基于轻质活性粉末混凝土的预制装配式电缆沟研究及在输变电工程中的应用

万新（广州电力设计院）



基于轻质活性粉末混凝土的预制装配式电缆沟研究及在输变电工程中的应用

万新
（广州电力设计院）

【摘要】本文基于一种新型的轻质活性粉末混凝土材料，研究了轻质高强预制装配式电缆沟，分析了这种材料的材质组成、配制原理和养护工艺，介绍了此种基于轻质活性粉末混凝土预制装配式电缆沟的型式和设计优化，通过在广州某输电线路工程应用，总结了其应用的社会效益和经济效益，为下一步推广奠定了基础。

【关键字】装配式电缆沟；轻质活性粉末混凝土；输变电工程

1　前言

预制装配式电缆沟相对于传统的电缆沟而言，其优势在于减少现场施工时间、优化现场施工环境和便于运行维护，所以预制装配式电缆沟必须考虑重量轻、强度高和耐久性好等优点的材质。综合调查分析，现在主要应用的预制装配式电缆沟材质为普通混凝土或高强混凝土材料，而混凝土材料作为一种常规材料，应用较广，但是由于其重度大的缺点，导致其应用在预制装配式结构中运输、安装及施工多不便利。

目前，国内外已有部分人员、厂家已开始研究轻质高强预制电缆沟技术，并已形成部分成果，但其成果中使用寿命与成本不能合理匹配，都不能兼顾强度高、重量轻、耐久性好、防腐好、造价较优的特点，严重影响预制电缆沟技术在电网建设中推广与应用，均不能满足广州等地区电网建设的需要。因此，研究一种轻质高强预制装配式电缆沟是很有必要的。

2　轻质活性粉末混凝土分析

2.1材质组成

活性粉末混凝土是继高强度、高性能混凝土之后，于二十世纪末由法国布伊格公司研究出的一种超高强、低脆性、耐久性优异并具有广阔应用前景的新型超高强混凝土。和一般的混凝土不同，它不含粗骨料，而是由砂、水泥、活性掺合料及高效减水剂等组成，为了提高其韧性和延性通常加入钢纤维。在其凝结、硬化过程中可采取适当的加压、加热等成型养护工艺。由于其成分中粉末的含量和活性的增加而被称为活性粉末混凝土。

活性粉末混凝土是一种强度高、韧性大、孔隙率低且耐久性极高的超高性能混凝土。它的基本设计思想是：通过高材料组分的细度与活性，减少材料内部的缺陷（孔隙与微裂缝），获得超高强度与高耐久性。而轻质活性粉末混凝土（Lightweight Reactive Powder Concrete）针对活性粉末混凝土的组分特点，保证其基本配合比的前提下，增加一定比例的轻质骨料，这样保证在牺牲一部分高强度的前提下，降低了混凝土的容重，从而实现轻质高强的要求[1]。

2.2配制原理

轻质活性粉末混凝土的基本配制原理是：充分发挥各种组成颗粒的填充效应，通过提高各种原材料的细度与活性，使得其充分参与混凝土内部的水化过程，使材料内部的缺陷（孔隙与微裂缝）减到最少，以获得高强度与高耐久性。

其制备技术：通过各组颗粒之间的填充效应提高拌制材料匀质性，从而从微观角度上增加了轻质活性粉末混凝土的密实度：矿物掺合料平均粒径约为水泥颗粒直径的百分之一，其可以很好地填充于水泥颗粒的孔隙之间；而与高效减水剂相适应的低碱水泥颗粒填充在了细骨料之间；级配良好的细骨料填充在合适级配的轻质骨料。在配制混凝土时加入矿物掺合料，可降低水化热，改善拌合物的工作性能，提高混凝土的后期强度，并可改善其内部结构，提高抗腐蚀能力；在拌合物初步凝固后进行热养护加快各种活性成分的水化反应改善其微观结构；同时为了弥补高强度带来的高脆性的缺点，在拌合时可以根据设计要求掺入钢纤维以增加抗拉拔强度，提高混凝土的韧性[2]。

2.3养护工艺

养护对混凝土性能的发展至关重要，养护不当会造成混凝土内部结构发育不良，影响结构的功能和使用性能，甚至导致混凝土表面出现裂纹。本轻质活性粉末混凝土装配式电缆沟，为工厂预制式，所以可以采用室内初养-二次-终期养护的方式进行养护。由于广州地区平均温度较高，为恒定较高的养护温度提供了一定的便利性和经济性。初养阶段采用室内空调方式进行干热预养护，初养恒温温度应控制在35±5℃，在初养时构件上方需用塑料薄膜覆盖以减少其表面水分的散失保持湿润。初养一方面是为了加速混凝土拌合物的凝结硬化，另一方面使构件表面的活性粉末掺合料发生初步反应。二次养护是在混凝土终凝之后采用蒸汽方式进行湿热养护，目的是为了取干热养护方式前期之长,补其后期之短，在混凝土终凝后减少其自收缩。终养是在车间室内进行自然养护，不可直接暴露在室外，以免室内外温差过大导致产生裂纹，车间室内环境温度不应低于20℃，等构件冷却至室温后，可转移至存放区进行存放，并对构件进行洒水养护，时间不应少于7d[3]。

3　预制装配式电缆沟设计要点

3.1预制电缆沟型式

预制装配式电缆沟的型式主要有分块组装型和整体“U”型，如图1、图2所示。

图1　电缆井分块组装图

图2　电缆沟整体“U”型

分块组装型考虑到两侧侧墙的稳定性及其受力特点，主要应用于电缆井及变电站站内小型的电缆沟，其主要由盖板、侧板及底板三种类型的板组装而成，此种型式的优势一方面在于单块长度可以做得较长，且设计及厂家加工长度灵活，可以根据设计要求长短配合；另一方面工厂预制的模板制作及养护较简便，且单块重量较轻，便于运输及现场安装。整体“U”型是目前应用较广的一种型式，其优点在于设计受力合理、工厂一次加工成型和现场安装简便。本文工程应用即为此种型式。

图3　南方电网变电站标准设计的钢筋混凝土电缆沟型式

图4　基于轻质活性粉末混凝土的整体“U”型预制电缆沟

3.2电缆沟优化设计

基于轻质活性粉末混凝土的整体“U”型预制电缆沟，可以在电缆沟的材料使用量上进行优化。图3为广州地区应用较多的南方电网变电站标准设计的钢筋混凝土电缆沟型式，本型式适用于电缆沟宽度B≥800mm，深度H≤1400mm的情况，其中电缆沟侧壁d=200。图4为根据南方电网标准设计的边界条件，且当B=1400时设计的基于轻质活性粉末混凝土的整体“U”型预制电缆沟，此预制装配式电缆沟根据施工安装工况及运行使用条件的不利工况计算，验算时自重乘以动力系数，脱模、翻转、吊装、运输取1.5，临时固定取1.2，设计沟侧壁厚度为100mm，底板厚度为100mm；上部设四个吊装孔；根据地质及地形情况每隔约5～10m在流水槽内设计一组集水口；纵向连接处侧面采用凹凸槽，底部采用搭接的连接方式，搭接处采用防水水泥砂浆灌注；受力钢筋采用预应力混凝土钢棒，以提高其抗拉强度。设计时应根据电缆沟制作、运输及安装的条件确定每段的长度，一般可采用1.6m至2.0m。

对比分析，基于轻质活性粉末混凝土的整体“U”型预制电缆沟约比普通混凝土电缆沟重量约轻50%，节约了混凝土及钢材材料使用量，且便于运输、施工。另根据安装工艺及施工情况，可以在电缆沟四个边侧预埋型钢，以避免运输、安装过程中造成电缆沟边角的破坏。

4　工程应用

4.1工程介绍

本工程为广州花都地区某220kV变电站的三回110kV电缆出线，由于此220kV变电站位于新建好的双向六车道国道旁，110kV电缆出线必须沿着车行道，埋深约500mm。此国道机动车通行量较大，外部条件要求单向必须开通一个车道，且要求电缆沟施工必须保证缩短工期，设计人员根据现场情况，采用了如图4所示的装配式电缆沟型式，将电缆沟布置在单向的中间车道。

4.2施工要求

地基要求：由于装配式电缆沟纵向连接较脆弱，为相对柔性连接，只允许约0.5°以内的转角变形沉降，故要求电缆沟的地基处理较严格。一般要求地基承载力特征值fak≥120kPa，地基土压缩模量≥4.5MPa；对中、粗砂、石屑干密度1.8～2.0；粉土、粉质粘土（8

安装要求：为了节约成本，预制装配式电缆沟运输安装方式一般有两种：一种是采用随车起重运输车将构件运到现场，直接吊装进入沟槽安装，此种方式的优点在于施工现场不用租用临时堆放场地，不用二次运输吊装，适用于工厂运输距离较短、且小型的项目。另一种是采用大型平板运输车先将构件运到现场的临时堆放场地，然后由小型叉车直接开入沟槽中安装，此种方式适用于工厂运输距离较长，或者是随车起重运输车无法进入施工场地的情况。本工程采用了第一种方式进行安装，将随车起重运输车停放在第三车道，直接吊装安装。

安装整体效果良好，安装图如图5，安装实体图如图6。

图5　电缆沟安装图

图6　安装实体图

4.3工程应用效果评价

⑴社会效益：装配式电缆沟的应用，免去了现浇混凝土电缆沟的养护环节，安装施工工艺简化，缩短了现场施工工期，减短了道路围蔽的时间，且施工现场场区观感好，为安全文明施工提供了良好条件。

⑵经济效益：通过基于轻质活性粉末混凝土的整体“U”型预制电缆沟设计，采用工厂预制化，减少了整体的混凝土和钢材的材料用量。推广使用后，将节省电力建设投资，完全符合今后电网建设发展的需求。

5　结语

基于轻质活性粉末混凝土的预制装配式电缆沟具有强度高、重量轻、耐久性好、防腐好、造价较优的特点，且具有良好的社会和经济效益，而且还可以移位重复使用，有利于工程全寿命周期循环利用，但是由于轻质活性粉末混凝土的原材料组成及其配合比参数对其性能影响显著，且需要较好的养护技术，若大规模推广使用，需要严格控制其原材料的质量和比例，同时应选择合理的养护制度。

【参考文献】

[1]湖南送变电勘察设计咨询有限公司,长沙泽宇建筑材料科技有限公司.高强轻质防腐混凝土预制装配式电缆沟[P].中国专利:CN202989953U,2012-12-20

[2]武文娟.掺钢纤维的活性粉末混凝土（RPC）力学性能影响的研究[J].自然科学，2010.39(10)：10-12.

[3]郑居焕.养护制度对掺偏高岭土活性粉末混凝土强度的影响[J].石家庄铁道学院学报，2008,48(12)：23-25.