变电站钢筋混凝土结构裂缝分析探讨

尤  良

摘  要: 变电站作为电网基础设施的重要组成部分,变电站土建是十分重要的。它的质量、安全、使用功能影响着电网的安全运行。本文主要对变电站钢筋混凝土结构裂缝的原因进行分析，并提出了裂缝控制措施。
关键词: 变电站；混凝土；裂缝
变电站钢筋混凝土结构构件设计上是允许带裂缝工作的。因此问题不在有无裂缝,而在于出现什么样的裂缝。如果对结构构件上的各种裂缝,通过调查测试,能找出裂缝出现的主要原因,从而采取有效的措施,避免裂缝的发生。裂缝发生后,找到开裂的主要原因,对于判断是否需要修补或加固十分重要。盲目决定是否需要修补和加固,既可能造成经济损失,也可能留下不安全的隐患。因此,修补或加固处理应根据调查测试提供的资料,经分析找到开裂的原因之后进行。
1 变电站钢筋混凝土结构裂缝的原因分析
主要是利用裂缝分布的规律性进行分析
1.1 各种荷载裂缝的分布规律
由于混凝土抗拉强度很低,钢筋混凝土结构构件在荷载作用下,当主拉应力超过混凝土抗压强度时,即出现这种荷载裂缝。因此,各种荷载裂缝将沿主拉应力方向开展,而其走向与主拉应力方向垂直。如钢筋混凝土框架梁一般在跨中下部或支座上部出现垂直裂缝,在支座附近出现斜裂缝;在垂直荷载和风何载共同作用下的框架,其顶节点柱的受拉边出现垂直裂缝,而地震荷载作用下,框架柱的柱头出现交叉的斜裂缝;又如钢筋混凝土肋形楼盖中的单向板,在均布荷载作用下,于短跨跨中下部和支座上部出现平行于长边方向的垂直裂缝;而肋形楼盖、井式楼盖中的双向板,在均布荷载作用下,其板顶和板底出现不规则裂缝分布; 受扭构件则出现与轴线成45°的螺旋状裂缝等。材料的收缩、冷缩和干缩将加剧这些裂缝的开展。因此,熟知各种受力构件裂缝分布规律,对于分析开裂的原因是十分有用的。
1.2 各种变形裂缝的分布规律
变形裂缝是结构构件因温差、湿差、沉降差的变形受到约束得不到满足而产生的约束应力超过混凝土的抗拉强度(或约束应变超过混凝土极限拉应变值)时引起的裂缝。这种裂缝总是出现在约束最大(不动点或几乎不动点)而抗力最小处。如与柱现浇的钢筋混凝土基础梁,当它受到柱基强力约束,因材料干缩或冷缩变形的作用下,在基础梁内产生很大的约束拉应力,因而引起贯穿全截面的垂直裂缝;较长的现浇钢筋混凝土高层建筑,因季节性温差及材料干缩的作用,在建筑物中部约束应力最大处出现垂直裂缝;在某些构造情况下,由于走廊、走道刚度很小,而被联系的两部分为剪力墙或框架剪力墙结构,刚度很大,他们都向各自的刚度中心收缩,对现浇的廊梁和走道楼板产生很大的约束拉力,出现裂缝;又如框架这类对支座变位敏感的超静定结构,由于各支点的差异沉降产生裂缝。熟知这些变形裂缝的分布规律,不仅有利于分析开裂原因,也有利于决定是否需要修补或加固。
2 变电站钢筋混凝土结构裂缝的控制措施
为减小混凝土收缩的影响、降低其总收缩值以及提高其抗拉强度,在施工阶段,应采取如下措施进行裂缝控制:
1)按有利于整体滑动(整体变形)的构造图及节点详图施工,做好隔离层。减小对结构变形的约束,使结构能以实现整体滑动(整体变形) 。
2)采用收缩性小、安定性好的水泥。如果采用水泥收缩性较大,相应地要调整伸缩的间距,或采用整体滑动的结构。通常,火山灰水泥的收缩性最大,其次是矿渣水泥,硅酸盐水泥的收缩性较小。此外,高强度水泥粒度较细,收缩率大于低强度的水泥。安定性不合格的水泥严禁使用。也严禁不同品种的水泥混用。
3)严格控制砂石的含泥量,使它符合规范要求。因为砂石含泥量大,混凝土的收缩也大。
4)严格控制混凝土的配合比(包括水灰比) 。配合比要在现场进行试配。搅拌前要按配合比计量投料,计量加水(扣除砂石中的含水量)。湿润模板时,不允许膜内贮水。
5)混凝土震捣密实,防止模板漏浆,并及时养护,使混凝土强度正常增长。如施工养护不好,施工过程拉得很长,不仅混凝土收缩很强烈,而且温差变化大的机遇也大,混凝土容易开裂。
6)正确设置施工后浇带。后浇带设置的目的是减少混凝土的收缩,提高结构抵抗温度收缩作用的能力。在设置施工后浇带时,应考虑以下几个问题: ①后浇带应设在对结构受力影响较小的部位,一般应从梁、板跨度1/3的部位通过,或从纵横强相交的部位或门洞口的连梁处通过; ②后浇带应贯通整个结构,将结构划分为几个独立的区段施工,但不宜直线通过一个开间,以免钢筋出现100%的搭接接头; ③后浇带的间距一般为30-40m,以保证混凝土在后浇带划分的区段内较自由地收缩; ④后浇带的宽度为700-1000mm,板和墙钢筋的搭接长度为45d,梁的主筋可以不断开,使其仍保持一定的联系; ⑤后浇带的混凝土浇灌宜在主体混凝土浇灌两个月后进行,此时,主体混凝土的收缩约完成60-70% ,最早也不得少于40天,如主体混凝土龄期太短,收缩大部分尚未完成,将失去后浇带的作用,但是,对整体滑动屋面为对付施工阶段开裂设置的后浇带,可以主体混凝土达到70%强度的龄期为准;⑥后浇带浇筑时的温度,不宜高于主体混凝土浇筑时的温度,以在气温较低的时候进行浇筑为宜; ⑦浇筑后浇带的混凝土最好用微膨胀的浇筑水泥配制,以防止新老混凝土之间出现裂缝。如有困难,也可用高一个强度等级的混凝土浇筑; ⑧后浇带混凝土初凝后要加强养护,保持湿润状态(两周内) ,采用微膨胀混凝土刚性防水屋面的后浇带最好蓄水养护。
7)推广可连续浇筑的微膨胀混凝土加强带的施工新技术。施工时,在加强带的两侧分别架设Φ5-Φ10的钢筋网,以免先浇筑的带外混凝土流入加强带内。带外混凝土浇筑完毕后随即改换浇筑微膨胀混凝土, 如掺14—15%的混凝土膨胀剂(UEA) ,其膨胀率约为4-6×10-4 (14天的限制膨胀率约为2-4×10-4 ) ,这样大的膨胀量可以补偿加强带以外混凝土的收缩,和部分冷缩温差的影响。加强带内的配筋和混凝土强度等级控制,一定要按设计要求施工,增配部分钢筋应有足够的锚固长度。采用微膨胀混凝土加强带也要特别加强养护,其养护期不得少于14天。
8)裂缝结构构件的加固。当裂缝(包括钢筋锈蚀、混凝土劣化)影响结构承载力,危及结构安全时,应考虑采取加固处理。通常由温差(冷缩)、干缩、地基差异沉降等变形因素引起的裂缝,其宽度即使超过裂缝需修补的上限值,也不一定会影响结构的承载力。因此,变形裂缝的重要特点是,裂缝一旦出现,结构的变形全部(如活口裂缝) 或部分(如有钢筋拉接的非活口裂缝)得到满足,裂缝处的约束力随即全部消失或有所减少。这些裂缝的部位,往往是可以设置人工变形缝(伸缩缝、沉降缝)处,并非主要受力方向,仅仅是将承重结构一分二或三而已。因此,裂缝原因的分析,对判断是否需要加固事关重要。若判断为变形裂缝,一般可断定为只需进行裂缝修补,甚至不需修补。但是,当钢筋锈蚀、混凝土劣化到影响结构承载力时,仍需进行加固。若分析为荷载裂缝,其宽度又超过裂缝修补的上限值,则需加固处理。
3 结语
变电站钢筋混凝土结构出现裂缝的因素非常复杂，而钢筋混凝土结构裂缝是影响混凝土结构安全性和耐久性的重要因素。只有在各方面引起高度重视,做到科学的设计、精心的施工、合理的维护,才能有效控制裂缝的发生,为变电站的安全运行创造条件。

参考文献
[1]混凝土结构设计规范GB50010—2002.中国建筑工业出版社. [2]建筑施工手册(第四版)缩印本中国建筑工业出版社出版、发行2003,北京. [3]混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204—2002.北京：中国标准出版社.