220kV 变电站土建裂缝成因及控制分析

宋 朝

（中国电建集团贵州工程有限公司，贵州 贵阳 550002）

技术的发展带动了各行各业的进步，在电力行业现代化趋势下，220kV 变电站在电力网络中的重要性凸显。电力企业在建设220kV 变电站时不仅需合理配备电气设备，关注电气施工，更需要注重土建施工，采用新材料、新工艺，提高土建结构稳定性、安全性。目前针对变电站土建施工方面产生了很多理论和实践成果，220kV 变电站建设中施工人员需注重土建施工，依据整体目标制定细化的土建施工方案，由专业人员完成全过程技术管理、质量控制，减少土建裂缝问题。

1 220kV 变电站土建裂缝的类型、成因及预防

1.1 干缩裂缝

1.1.1 成因

变电站土建工程主要为混凝土结构，当混凝土凝固时间结束或者浇筑了7d 左右的时间，其结构内的水分大量蒸发，拌制混凝土结构的水泥浆因水分不足，必将出现一定的干缩，甚至一些情况下伴随着水分的过快蒸发，因为上述情形所导致的混凝土裂缝现象具有不可逆性。在混凝土结构中水分蒸发期间，在不同结构部位内外表面的干缩速率不一致，正是因为结构表面水分的蒸发速率有明显差异，变电站土建结构的内外部变形程度明显不同，内外表面干缩现象无法完全一致，长此以往将导致混凝土裂缝，此种原因下的裂缝即为干缩裂缝。依据混凝土施工经验，混凝土结构外受外界温度等影响，其水分蒸发速率快，但内部水分蒸发缓慢，导致外部变形明显大于内部。一般来说，混凝土结构表面的干缩程度大，在内部混凝土拉应力影响下在局部位置可能伴随着一定的开裂现象。变电站混凝土结构裂缝主要为浅表裂缝，深度小、宽度小，在结构外部可肉眼观察到，这些裂缝主要为线状、网状，宽度一般在0.2mm 左右，主要分布在结构平面，如梁板结构的纵向上。

1.1.2 预防

针对220kV 变电站土建结构中的干缩裂缝，主要可采取以下控制措施：（1）优先采用收缩量小的水泥材料，有关人员需进入建材市场展开一系列调研，了解水泥材料的类型及其各自的性能指标，做好统计与分析。在后续施工建设期间，这些人员需与施工人员、技术人员等交流，从预防干缩裂缝的角度出发，选择收缩量相对较小的水泥材料，如中低热、粉煤灰水泥。（2）严格控制水灰比。根据混凝土施工经验，水灰比大小对混凝土干缩性的影响显著，前期的配合比设计中需考虑这一方面的影响关系，合理确定水灰比，在混合料中适量使用减水剂。（3）确定最佳的配合比，并控制搅拌过程。在前期的工作中应由专人负责配合比设计，这些人员需做好记录与数据分析，选定最佳配比。在配制混凝土时应按照配合比要求，控制每种材料的用量，选择恰当的搅拌工艺，控制搅拌时间、温度。（4）对混凝土实施早期防护，适当延长养护周期。[1]

变电站土建结构中，现浇楼板板角裂缝为比较典型的干缩裂缝，此类裂缝处于建筑阳角位置，裂缝与纵、横框架梁呈45°，多为贯通裂缝，一般在竣工后半年出现。针对此类裂缝，在施工期间应注意以下方面：针对阳角部位的混凝土板施工作业，应优先采用双层、双向小直径钢筋，以提高混凝土板的抵抗能力，应对收缩现象；优先采用收缩量小的混凝土或者水灰比小的混凝土；浇筑作业结束后的两年内，密切关注建筑内及建筑外的湿度条件，尽可能保障内外相对湿度的一致性，且需确保相对湿度在85%以上。

1.2 沉陷裂缝

1.2.1 成因

结合220kV 变电站土建结构特点，在混凝土施工期间沉陷裂缝也相对常见，这一类裂缝多分布在砌体单薄、应力集中区域，如在施工作业中在窗脚部位有45°左右的斜裂缝，说明其所在位置顶层分布有裂缝，且裂缝对整个结构体系的危害较大。一般来说，沉陷裂缝为不均匀沉降所导致，如地基存在不均匀沉降现象，在不同砌体部位的沉降大小不一，大沉降砌体部分与小沉降砌体部分将出现相对位移，导致砌体中出现附加拉力或剪力，一旦这些作用力超过了砌体自身的强度，裂缝无法避免。以某220kV 变电站土建结构为例，其沉陷裂缝有以下几种：（1）纵墙两端的斜裂缝，大部分裂缝通过窗口的两个对角，裂缝向沉降较大的方向存在明显倾斜，从此处开始向上发展。横墙刚度较大，几乎不存在这种斜裂缝。在墙体下部这类型裂缝较为常见，且从墙体下部开始，在上部裂缝逐步减少，且宽度明显低于下部裂缝宽度。斜裂缝产生的直接原因为地基不均匀沉降，这种沉降作用下墙体的剪切力较大，一旦结构刚度达不到标准，必将导致裂缝。（2）窗间水平裂缝，在窗间墙上下对角成对出现，一般沉降大的裂缝位于下部，而沉降小的裂缝位于上部。此类裂缝因沉降、上部墙体受到了来自其他方面的阻力，导致窗间墙的水平剪力异常大，长此以往将出现水平裂缝。（3）竖向裂缝，在纵墙体中央顶部、底部窗台较为常见，上部位置的裂缝宽度较大，而下部位置的裂缝宽度较小。在土建结构施工中，如纵墙顶层为钢筋混凝土圈梁，顶层中央几乎不会出现竖向裂缝。但如窗间墙遭遇了外部较大的作用力，一旦上部集中荷载超过了自身极限，必将出现开裂问题。[2]

1.2.2 预防

土建施工期间为有效预防沉陷裂缝，施工人员应着重关注以下方面：（1）关注地基施工。在前期的工作中进入现场展开调研，分析现场的地质类型、土质条件，生成完整的地质报告，以此为基准确定地基处理技术及方法。如变电站现场为湿陷性黄土，需采取恰当的方式以去除黄土的湿陷性。施工人员按照要求开挖好基槽后，需全面钎探，在探出软弱位置并进行加固后，再开始处理基础。（2）在恰当的位置布置沉降缝。变电站土建施工作业中，有关人员需将主控制室、220kV 配电室分隔开来，保障二者的独立性，并在其间设置从基础开始断开的沉降缝，给二者创造各自独立沉降的条件，避免在纵墙位置产生裂缝。在现场设置沉降缝时应控制宽度，遵循行业规范，沉降缝部位的圈梁不得连接。（3）保障主体结构刚度、整体性符合要求，提高墙体抗剪强度。如建筑上部结构的刚度较大，对预防地基的不均匀沉降具有显著作用，为此，在结构体系中可设置钢筋混凝土圈梁，保障圈梁刚度，与此同时控制端部的门、窗等洞口。

1.3 温度裂缝

1.3.1 成因

大体积混凝土施工中，温度裂缝很难避免，在混凝土表面等十分常见。依据混凝土施工过程，当完成浇筑任务后混凝土开始硬化，此阶段水泥水化热现象明显，混凝土内部的温度急剧升高。220kV 变电站土建施工中，混凝土体积庞大，大量的热量聚集在混凝土内部无法散失，但混凝土表面的温度大大降低，结构内外部的温差较大，在混凝土表面出现了拉应力，一旦此作用力超出了混凝土自身的抗拉强度极限值，必将出现裂缝，这就是温度裂缝，多见于混凝土施工后期。温度裂缝的直接原因为：（1）混凝土与砖砌体的线膨胀系数不同，这一差异导致二者的伸缩量有所区别。通常，混凝土伸缩明显超过砌体，在砌体约束下混凝土梁常常因为较大的变形作用而出现抗压作用。一旦砌体应力高于其轴心抗拉强度或者抗剪强度，在此部位必将出现不同程度的开裂现象。（2）梁与砌体连接部位的水平裂缝多为施工不规范所引起。现场作业中如砌体砌筑到顶面，灰缝将引发或大或小的收缩现象，梁底砌体常常没有做好斜砖紧逼处理，多为直转砌筑，再加上在前期的施工作业中墙身位置留有空隙，仅用砂浆进行了简单填充，梁底与砌体之间存在水平裂缝，这一类裂缝在每层都有，但因为顶层的温度差异异常大，其裂缝更宽也更深。[3]

1.3.2 预防

为预防220kV 变电站土建中的温度裂缝，现场作业中应遵循以下要求：（1）考虑水泥对温度裂缝的影响，注意选择水泥类型，一般应优先采用低热或者中热水泥，以减小水泥水化热影响。（2）依据配合比，控制水泥使用量，尽可能使水泥用量不超450kg/m3。（3）减小水灰比，使水灰比在0.6 以内。（4）调整骨料级配，在混合料中添加一定的粉煤灰或者高效减水剂，用这些替代水泥的作用，控制水泥用量。（5）如有条件，在混合物中可添加适量的外加剂，发挥其在减水、增塑等方面的作用，改善混凝土性能。（6）掌握温度应力与结构尺寸之间所存在的关联关系，意识到二者为正向关系，依据变电站土建结构尺寸等要求，合理划分施工工序、选择施工工艺。（7）监控混凝土温度，避免温度过高或者过低。（8）在恰当的位置预留温度收缩缝。

2 变电站土建施工中裂缝的控制措施

2.1 合理确定计算参数

变电站土建结构体系复杂，在一些关键部位有严格的结构标准。为提高土建施工水平，控制施工裂缝，在工程现场应合理确定每一参数，展开一系列分析与计算。依据很多220kV 变电站建设情况，其土建工程大部分为框架结构，这一结构下有关人员需合理确定房梁裂缝宽度，将房梁拉伸极限值控制在正常标准，使房梁具有抵抗外力的能力。

2.1.1 充分考虑梁柱重叠对应力带来的影响

220kV 变电站土建结构中，如有梁柱重叠现象，对梁端弯矩折减、梁端刚域的影响较大。有关人员在计算参数时，应重点关注梁柱重叠现象，分析这一现象对关键参数的影响。如以梁端刚域为例，梁端重叠时两端的弯矩显著减小，短时间内下降幅度在2%左右；梁端弯矩折减期间，两端弯矩同样呈下降趋势，但此时的下降幅度异常大，达到了上一种情况的6 倍以上。因此，在计算参数时有关人员需分析梁柱支座中心内力大小，适当控制边缘位置的内力，以增大两端的弯矩折减，使此部位具有较强的抵抗力，避免发生温度或者干缩裂缝。[4]

2.1.2 充分考虑支座宽度对裂缝宽度带来的影响

土建混凝土施工期间，裂缝宽度取决于多方面因素，支座宽度仅为其中的一个影响因素，虽然支座宽度对裂缝宽度有一定影响，但其影响幅度异常小。为合理控制裂缝，在施工过程中有关人员不可忽视支座宽度因素，适当将此参数控制在正常范围内。如平法出图期间，施工人员要精准计算裂缝宽度，必须着力分析支座中心内力对裂缝宽度标准内力的直接影响，具体的操作中，全面整合已有的变电站土建工程资料，依据结构特点及要求，调整配筋。比如，如裂缝宽度为0.3mm，在无支座宽度影响时，房梁配筋比率比平常高16%；裂缝为0.2mm 时，如分析支座宽度的影响，应在原有基础上减少配筋。

2.2 做好养护工作

土建工程的混凝土施工作业中，养护为最终环节，此环节的工作也会对混凝土结构性能有直接影响。因此，220kV 变电站土建施工中，为减少裂缝，施工人员必须重视养护工作，采取恰当的养护工作。当完成了混凝土的浇筑作业后，应由专人负责修整、抹平混凝土表面，完成定浆后再抹第二遍，与此同时压光，此养护期间所用水应符合要求。拆模以后同样需进行养护，此时的养护工作是为了保湿，可在混凝土表面覆盖薄膜，以减少水分的流失。拆模之前应采取洒水养护方式，此方式同样是为了保湿，避免过快失水，此环节的养护中施工人员需控制混凝土顶面、模板上水温、混凝土表层的温差，一般相互之间的温差需在15℃以内。当然，在养护期间不仅仅需关注上述方面，专业人员还需密切关注天气等的变化情况，分析混凝土的形态变化，从综合性角度制定最佳的养护方案，且在每一养护阶段都需遵循操作规范，避免错误操作影响养护效果。[5]

3 结语

裂缝是220kV 变电站土建施工中较为常见的问题，诱发裂缝的原因多样，且这些裂缝各有其规律，影响了结构美观性、稳定性。为提高220kV 变电站土建施工水平，工程人员在当下及未来都需注重裂缝控制，从裂缝原因等着手优化工艺，制定完善的施工技术体系，加强细节把控。