浅谈电力基础建设工程混凝土施工技术及存在问题

2022-11-15李栋

科技与创新 2022年3期

李栋

（中国电建集团河北工程有限公司，河北石家庄050000）

近年来，中国的电力基建行业已经初见规模，为社会生产建设提供了充足、可靠的电能。基础部分是电力工程建设的重点，混凝土施工又是一项重要技术。但在建设前期，中国电力工程却存在质量监督不严、指标未全面落实、工程质量差等问题，既埋下了电力输送的安全隐患，而且还造成了不必要的资源浪费。因此，应提高电力基础建设的施工质量，为电力的正常、安全输送提供保障。

1 电力基础建设工程混凝土施工的常见问题

1.1 混凝土配合比不严格

配合比与混凝土的强度以及施工质量密切相关，与其他建筑工程相比，电力工程本身的特殊性决定了施工过程中混凝土会因初凝、水分蒸发等因素而影响配合比，使混凝土结构强度降低，甚至出现开裂问题，严重影响混凝土施工质量，同时也给电力的输送埋下安全隐患[1]。

1.2 混凝土原材料质量不合格

为了提高电力工程的施工效率，同时又能满足文明施工的要求，很多施工企业会选择商用混凝土，并逐渐替代了既往路拌式混凝土的供应方式。商用混凝土的优势是具有良好的和易性，且使用简单，因此深受施工团队的青睐。但在具体应用中，混凝土原材料的质量控制却始终存在问题，比如骨料级配不合格，拌和混凝土的沙石中含盐量较多，从而严重影响混凝土强度，还会出现因返碱而导致的脱落现象。

1.3 混凝土的浇筑养护不到位

混凝土结构强度很大程度上取决于浇筑质量，由于施工停留时间较长，在浇筑混凝土时，部分混凝土已经开始初凝，或者因过度振捣、振捣不充分等原因让混凝土结构出现空洞，严重降低了结构强度。养护混凝土的关键之处在于，既保证混凝土的结构强度能够满足施工要求，同时混凝土表面又不能太过干燥，否则会出现裂缝。实际施工中，因养护时间不够、监管缺陷等因素，混凝土经常出现各种质量问题，导致整体结构强度降低，混凝土表面大范围开裂。

2 混凝土施工技术要点

电力工程建设中，基础施工至关重要。提高地基施工质量，能够增强混凝土结构强度，同时减少应力作用。如果地基恰好处于软弱土层，则需要用砂垫层来加固，增强基础的承载能力，以免地下水渗入地基，影响地基强度。如果地基处于岩石层，则需要铺设滑动层来降低结构的约束力与温度应力。

2.1 混凝土的调配施工

混凝土是电力基础施工中应用最为广泛的施工材料，混凝土原材料主要包括水、水泥、砂石、外加剂等。制拌混凝土时，需要严格控制各种原材料的比例与质量，保证所有原材料都有出厂检验报告以及质量合格证书。尤其是水泥的稳定性与强度，均要符合施工要求[2]。混凝土材料的配合比直接决定了其适用度，因此，不仅要保证混凝土强度符合标准，同时还要酌情降低水化热，让混凝土具有可泵性，尽量减少水泥用量。为了达到这一目的，可以将适量的粉煤灰加入混凝土中。此外，还要给每种施工材料标注信息，比如生产日期、型号、规格、级别等。施工前，再次检验混凝土原材料质量，保证所有材料都符合质量标准。

2.2 混凝土的搅拌和运输

严格按照配料单来配置混凝土，禁止擅自更改配料单。拌和混凝土时，则需要根据气温、气候等客观因素合理调整砂石、骨料的含水量。如果没有在施工现场搅拌混凝土，则要格外注意混凝土的运输，运输途中可能会因为颠簸等因素导致混凝土碰撞、分离，影响混凝土的均匀性。如果是在施工现场搅拌，则需要用到起重机、提升架等运输设备，必须按规范要求操作。

2.3 混凝土的浇筑与振捣

浇筑混凝土之前，应严格检查混凝土的施工强度以及模板的施工质量，确定模板施工点、目标施工尺寸，清理模板杂物。浇筑施工时，可采用分层浇筑方式，混凝土的浇筑高度不能超过2m。浇筑前，可以将适量砂浆铺垫在浇筑底部，对于提高浇筑质量有一定帮助。浇筑施工中，应尽可能减少混凝土离析。此外，混凝土的振捣和浇筑应同步进行。

2.4 混凝土的保湿与养护

在过高的温度、干燥的环境下，混凝土出现收缩和变形现象，继而开裂。混凝土裂缝始终是影响施工质量的重要因素，为了避免这一现象，在完成混凝土浇筑与振捣施工后，还要做好养护工作，养护时间要达到14d，养护期间按时为混凝土洒水保湿[3]。养护方法的选择同样十分重要，如果养护方法不得当，很可能会影响混凝土的结构强度。可以为混凝土模板设置保温层，以避免混凝土表面温度发生大幅度变化，影响其必备应力。在混凝土初凝后，应及时覆盖塑料薄膜，降低表面水分的蒸发速度，尤其是冬天施工，更应该第一时间用薄膜养护，避免混凝土被冻害。养护过程中，其他施工作业可以同时进行，但是施工结束后，应立刻为混凝土覆盖保温层。还应保持混凝土结构表面热潮湿，用富水养护混合了膨胀剂的混凝土。尤其需要注意的是，若温度低于5℃，则不可给混凝土洒水。

3 电力基础建设工程中混凝土施工技术的应用

与500kV线路相比，1000kV的特高压线路工程的基础方量更大，特别是转角塔基础，每基甚至达到了300～500m3。在时间上不允许现浇混凝土施工，因此采用商用混凝土。严格控制混凝土的原材料、搅拌与运输、下料与振捣、养护等环节，同时控制商用混凝土的坍落度。

3.1 混凝土的生产

混凝土的生产步骤为：①施工团队计算出混凝土的使用量，通知搅拌站，准备所需的原材料。②严格按照配合比施工，使用大型铲车装料、电子磅计量。砂、石使用输送带来运输，水泥与水则用输送泵运输。③每盘搅拌时间至少达到30s。

3.2 混凝土的输送与浇筑

3.2.1 输送

可以使用汽车泵输送的情况如下：①施工现场准备一台汽车混凝土输送泵车，水平输送距离37m。合理选择停放位置，保证臂架可以伸至各坑口的相应位置。基础坑口7m、根开17.5m、土的堆放宽度8m，三者相加没有超出37m，所以泵车完全可满足施工要求。②经管道泵出储料斗内的清水，充分湿润并清洁管道。水泥砂浆的配比与混凝土配比相同，将前者加入料斗内，润滑管道后，可以泵送混凝土。③控制初始泵送速度不宜过快，油压变化保持在允许范围内，若泵送一切顺利，则可恢复正常的泵送速度。保持连续泵送，如果无法及时供应混凝土，应酌情减慢泵送速度，如果不得已暂时中断泵送，仍需要继续搅拌[4]。

无法使用汽车泵输送时，可采用溜筒、溜管来输送，下料时需要注意：①频繁挪动，分层浇筑、逐渐推进。不可将混凝土堆得过高，任由混凝土流淌，以免出现砂窝、石窝。②用直径150mm的溜筒、溜管浇筑立柱。

3.2.2 浇筑

浇筑是需要注意：①操作泵车的工作人员尽可能一边移动布料杆一边浇筑，保证混凝土垂直下落。浇筑立柱时，应垂直落下输送管，且不能与模板发生碰撞。②严格控制布料杆软管高度，混凝土自由倾落的高度不得超过2m。③如果布料杆无法移动到准确位置，可使用串节溜筒施工，如果仍无法到位，则使用手推车运送。④2人配合控制布料杆软管，保证泵送混凝土的过程中不会喷向模板与支撑杆。不可在同一位置长时间泵送，泵送堆积的高度控制在0.5m以内。⑤专人振捣、专人监督，遵循“快插慢拔”的振捣原则，保持振捣均匀，当混凝土充分返浆时，则说明振捣时间合适，但又不能出现离析。⑥在自然分层浇筑形成后，即上层浇筑覆盖的同时，下层混凝土又没有初凝。此时将振捣棒插入下层混凝土0.5m左右，消除上下层之间的接缝。⑦考虑到混凝土的坍落度较大，因此丝杠与钢管的组合必须牢固可靠，需要将其支设在土质条件理想的坑壁上，并且垫上木条，以免土质松软导致模板发生鼓胀。委派专人看管模板，如果发现胀膜等问题，应立刻调整丝杠。⑧为了避免底板表面龟裂，施工过程中应严格控制搓抹时间。分3次搓抹基础顶面，第一次在形成浇筑面时搓抹；第二次在浇筑后1h搓抹，并且要控制基础顶面的标高和平整度；第三次在混凝土初凝之前搓抹，混凝土已经完成了一定收缩，因此搓抹要格外仔细，之后还要磨平混凝土表面，搓抹过程中不能撒水泥面。⑨尽量避免振捣到模板或者钢筋，二者之间的混凝土可采用人工振捣。如果混凝土坍落度较大、含水量较多，可进行二次振捣[5]。

3.3 混凝土的养护与拆模

浇筑施工完成后，在混凝土表面洒水，覆盖一层塑料薄膜，然后再覆盖一层麻袋。委派专人看管养护，定期掀开塑料薄膜为混凝土洒水，保持混凝土表面的湿润。养护至少1周的时间。如果在炎热的夏天施工，则完成养护的36～48h后可拆模。

4 大体积混凝土施工裂缝的原因及控制措施

大体积混凝土具有水泥用量多、结构厚实、施工要求高等特点。大量的水泥释放的水化热量也更多，从而导致混凝土内部与外部温差过大，最终出现裂缝，影响混凝土强度与施工质量。

4.1 大体积混凝土施工裂缝的原因分析

4.1.1 约束条件

根据所受约束的位置，可以将大体积混凝土的约束条件分为2种类型：①内约束。形成原因是混凝土内部出现不均匀的变形，引起混凝土内部质点之间的相互约束。②外约束。指的是构造物边界产生的约束作用。随着温度的变化，大体积混凝土不可避免地会发生形变，在外界因素约束了混凝土形变的情况下，混凝土内部便会形成应力，并影响混凝土结构的稳定性。如果混凝土结构物的形变被完全约束，根据温度变形计算公式（温度×膨胀系数）可知，当温度变形超过了极限拉伸值后，就会导致混凝土出现裂缝。

4.1.2 外界气温

浇筑大体积混凝土的过程中，混凝土的入模温度随着外界温度的升高而升高，继而使混凝土内部的热量大量增加，内部温度更高。在外界温度迅速下降的情况下，混凝土内部与外部就会形成较大的温差，从而增加混凝土开裂的风险。如果外界温度较高，则会降低混凝土向外散热的传热系数，混凝土内部热量无法充分散发，导致内部高温。随着水泥的水化反应，混凝土内部聚集的热量越来越多，内部温度不断上升，最终开裂。

4.1.3 收缩变形

混凝土凝结过程中，损失的水分在80%左右，仅有约20%的水分被利用。混凝土的体积会随着凝结而发生改变，而混凝土中胶凝材料的性质又会影响混凝土体积的变化程度，一般情况下，普通水泥的体积会收缩、变小。一些特殊的水泥则会膨胀，体积变大。混凝土收缩的主要原因是其内部存在含水空隙，空隙中的水分蒸发后，会引起空隙内毛管力的改变。混凝土的收缩变形通常具有可逆性，当混凝土因水分蒸发而收缩后，再往混凝土中注水，则混凝土就会膨胀，并恢复到收缩前的体积。

4.1.4 水泥的水化热

水泥在凝结过程中会释放许多热量，这种现象称之为水泥水化热。而混凝土的导热性能较差，尤其是大体积混凝土，散发的热量极小，因此混凝土内部便聚集了大量热量，内部温度过高。但混凝土外部的散热速度却很快，在内外温差的作用下，最终形成裂缝。

4.2 大体积混凝土裂缝的控制措施

4.2.1 设计

科学分析和选择大体积混凝土的结构形式，采用合理的分块施工措施。

在大体积混凝土的强度等级满足施工要求后，尽量选择强度等级C20～C35的中低强度水泥。

合理设置大体积混凝土内的钢筋分布，推荐小直径、小间距的钢筋分布方式，钢筋直径以8～14mm为宜，间距控制在10～15cm，截面配筋率大于等于0.3%。如果混凝土内部钢筋的抗约束作用无法满足施工标准，则可以通过增加温度钢筋的方式来提高构造钢筋的抗约束性能。

优化结构物的约束条件，且保证不影响承压式基础的情况下，可以将滑动层设置在混凝土的垫层。

4.2.2 原材料

粗骨料与细骨料。粗骨料宜采用连续级配，细骨料则推荐中粗砂，这种类型的粗细骨料配合具有良好的和易性，能够大幅度减少水泥的使用量，避免严重的水化热。除此之外，还要严格检查粗细骨料，避免含泥量过多影响水泥的收缩与抗拉强度。

水泥。混凝土的温度与水泥的水化热程度密切相关，尤其是大体积混凝土，宜采用水化热低的水泥，以减少水化热过程中产生的热量。

粉煤灰。这是混凝土的常用掺加物，能够提高混凝土的和易性，降低水化热，还能节约水泥，降低混凝土的制备成本[6]。

4.2.3 施工

大体积混凝土施工通常采用分层浇筑的方式，又可以细分为分段法、全面法、斜面法3种浇筑方法。浇筑过程中应均匀布料、分层振捣，上下层的浇筑时间间隔控制在1h内。尽量减慢浇筑速度，促进热量的散发，振捣棒的排距控制在500mm以内，插入下层混凝土50～100mm，保证混凝土振捣密实，增强混凝土的抗拉强度，避免缩小和变形。

注意出机温度与浇注温度，尽量降低混凝土的入模温度，夏天浇筑时可以将冰块加入混凝土的拌合料，避免混凝土入模温度过高。此外，还要优化混凝土运输路线，减少混凝土在途中的时间。

控制裂缝的出现应做到以下几点：①将温度配筋设置在工程基础内，并增加斜向构造的配筋，改善应力集中问题，预防裂缝；②掺加适量细度模数满足施工要求的粉煤灰，减少水泥的使用量，改善混凝土的和易性与泵送性；③做好插筋与地脚螺栓部位的振捣、抹压与养护措施，避免因钢筋导热迅速而造成局部的温度梯度增加；④将S形的薄壁设置在基础内部，并焊接钢管用来降低温度，养护过程中，用冷水降低混凝土的内部温度，缩小内外之间的温差。