滨海盐渍土输电线路用C60桩基混凝土示范工程简介.pdf

2 0 1 5年 第 3期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 5 No 3 Ma r c h 滨海 盐渍土输电线路用 C 6 0 混凝土示范工程简介 桩基 唐 囡 ， 赵康文 ， 林德 源 ， 陈云翔 ， 路新瀛 。 ( 1 国网江西省电力科学研究院， 南 昌 3 3 0 0 9 6 ； 2 国网福建省 电力有限公司 电力科学研究院 ， 福州 3 5 0 0 0 7 ； 3 清华大学土木工程系 ， 北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要 ： 在福 建某滨海输 电线路 中开展 了抗 滨海盐渍土侵蚀 的 C 6 0桩基 混凝土工程示范研 究。通过工程示 范， 检验 了 C6 0混凝土 的施 工性和抗 裂性 ； 并在其 中埋设 了耐久性传感 器， 用于长期 环境 作用下的混凝土劣化监测。通 过 示范工程发现 输 电线路基础作业环境差 施 工与管理水平相对落后。 综合考虑 电力施工特点和结构耐久性要 求， 建议 以 6 0 d或 9 0 d龄 期 时达到 C 6 0混凝土抗压 强度及规 定的渗透性要 求为 宜； 同时建议对地表 上下桩基 ， 特 别是 接桩 处， 必须进行防腐设计并规定施工要求 。 关键词 ： 滨海 ； 盐 渍土 ； 混凝 土桩 ； 耐久性 Ab s t r a c t ： A mo c k - u p t e s t f o r C 6 0 h i g h p e r f o r ma n c e p i l e c o n c r e t e wi t h h i g h r e s i s t a n c e t o s a l i n e a t t a c k i s c o mp l e t e d i n F u j i a n p r o v i n c e a n d t h e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e a r e t e s t e d T h e f u rt h e r d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e i s b e i n g m o n i t o r e d u s i n g e mb e d d e d d u r a b i l i t y s e n s o r s a t t h e f i e l d T h e d e mo n s t r a t i o n p I D i e c t s h o w s t h a t t h e e n v i r o n me n t o f t r a n s mi s s i o n l i n e f o u n - d a t i o n w o r k i s p o o r ， a n d t h e c o n s t r u c t i o n ma n a g e me n t l e v e l i s r e l a t i v e l y b a c k w a r d S o mo d i f i c a t i o n s a r e n e e d e d t o f o rm u l a t e for t h e d e s i g n o f d u r a b l e c o n c r e t e s t r u c t u r e s H e R r t h e g r o u n d a s w e l l a s t h e c o r r e s p o n d i n g c o n s t r u c t i o n ma n a g e me n t Ke y wo r d s ： C o a s t al ； S a l i n e s o i l ； C o n c r e t e p i l e ； Du r a b i l i t y 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5) 0 3 7 1 0 5 0前 言 输 电线路塔基混凝土的设计强度通常为 C 2 5 C 3 5 。对于滨海盐渍土等严酷腐蚀环境 国家电网提 出可采用 C 6 0高抗渗混凝土来提高其耐久性【 ” 。为 此 ， 江 西省 电力 科学 研 究 院联 合 清 华 大学 研 制 出了 C 6 0抗盐渍高性能混凝土圆 ， 并与福建省电力科学研 究 院、 中国科 学院金属研究所 ( 下称 中科 院) 一起 ， 结合福建一实际滨海输 电线路工程 ， 开展了 C 6 0抗 盐渍混凝土的工程示范研究 。 以检验所研制混凝土 的施工性 和耐久性。 1 示范 输 电线路 工 程简 介 经 多 次 考察 ， 最 终 选 定 的示 范 工 程 为福 建 某 滨 海地区 1 1 0 k V输电线路3 1 。 该线路全长 8 7 4 k m， 所经 区域 主要 为 滨海 海积 平原 ， 海 拔在一 1 1 7 m之 间 。线 路地下水主要 为蕴含 于第 四系风积 、 海积 、 残积土 层 中的孔隙型潜水和风化岩 中的裂 隙水 ， 潜水埋深 约 0 2 m， 与海水水力联系密切 。地下水对混凝土 和钢筋 、 钢结构均具 中等腐蚀性 。输电塔设计工作 最高气温为 4 0 ， 最低为一 5 ， 年平均气温为 1 5 ； 设计计算 风速为 3 7 m s 。 1 5 m高处设计 最大风速为 基金项 目： 国家 电网公司课题资助项 目( 5 2 1 8 2 0 1 3 0 0 1 4 ) 。 40 m s 。 所 选 线 路 沿 线 主要 地 层 岩 性 自地 表 向 下性 质 如 下 ： 杂填土 ： 灰黄色 、 灰色， 人工堆积， 以粘土为 主 ， 堆积 年 限大 于 3 0年 ， 厚 度 0 9 4 O m。 淤泥： 海淤积， 灰黑色， 湿一 饱和， 流塑一 软塑。 包含有大量贝壳 ， 厚度 O 8 4 5 m。 粉质粘土： 冲洪积， 灰黄色， 湿， 松散， 主要成 份为粉砂 ， 含有 1 8 左右粘粒。一般厚度 0 7 5 5 m。 砾质粘性土： 残积， 灰白黄色， 湿 ， 可硬塑， 主 要成分为长石风化而成的粘性土 ，含粗砂约 3 0 ， 厚 度 4 0 7 5 m。 全风化花 岗岩 ： 黄褐色 ， 中粗粒结构 ， 块状构 造 ， 岩芯呈土状 ， 主要矿物成分为石英、 长石等， 岩体 完整程度为极破碎 ， 属软岩 ， 厚度 2 0 3 O m。 砂土状强风化花岗岩： 灰黄、 灰白色， 中粗粒 结构 ， 块状构造 ， 岩 芯呈土 状 ， 主要 矿物成分 为石 英 、 长石等 ， 岩体完 整程度 为极破 碎 ， 属 软岩 ， 厚度 5 5 1 1 0 m不等 。 碎块状强风化花岗岩： 灰黄、 灰白色 ， 主要矿 物成分为石英 、 长石等 ， 岩体完整程度 为极破碎 ， 属 一 71 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 3期 混凝 土 与水 泥制 品 总第 2 2 7期 软岩， 本层未揭穿。 该输 电线路设计为 C 3 0普通硅酸盐水泥混凝 土 要求水泥用量不小于 3 4 0 k g m ， 掺用防腐阻锈剂 和高效减水剂 ，基础露出部分涂刷环氧树脂防腐 漆 。所用 钢 筋为 H RB 4 0 0及 H P B 3 0 0 。 考虑土壤腐蚀性 。 最终确定的示范基础为紧邻 海渠的 J 1 、 J 2相邻塔基的 8根钻孔灌注桩。其 中， J 1 桩 基 尺 寸 为 1 4 0 0 1 8 0 0 0 m m， J 2为 01 6 0 0 1 7 0 0 0 mm。两塔 基地 下水 实 际与海 水相通 ， 涨 潮 时地 下海 水 接 近 地 面 。 见 图 1 ； 落 潮 时地 下海 水 隐于 地 面 ， 是 典型的严酷滨海盐渍土腐蚀环境。 ( a ) 砍桩 头 后涨 潮 时 的地 F 海 水( b ) 支模 生砖 基础 处 的地 F海水 图 1 地 下 海 水 高 度 情 况 根据结构设计和施工进度安排 ， 最终确定 的混 凝土示范方案见表 1 。即地下部分 ： A、 C桩采用 C 6 0 混 凝 土 ， B、 D桩 采 用 C 3 0 + 原 设 计 阻 锈剂 混 凝 土 ； 地 上 部分 ： 应课 题组 要求 ， 分 别对 比 C 3 0 + 不 同阻锈 剂 、 C 6 0加与 不加 中科 院 阻锈剂 的情 况 。 表 l 示范工程桩基混凝土类 型和分配 煤灰和磨细矿渣为 4 5 的 C 6 0高性能混凝土 ， 但却 因无 C 6 0混凝土生产资质而无法进行生产 ； 当地 建委规定混凝土 中不得同时复掺粉煤灰和磨细矿 渣 。为此 ， 只能与另一搅拌站协商 ， 改为以下约定 ： 混凝土强度 在 6 0 d或 9 0 d时达到 6 O MP a以上 即 可 ； 混凝土配合 比参照该搅拌站 已有 C 5 0 C 5 5成 熟配合比进行调整 ，同意复掺粉煤灰和磨细矿渣 。 经过试配 ， 所得示范混凝土配合比见表 2 。 表 2 示范工程用混凝土配合 比 k g m 混凝土搅拌时间控制在 9 0 1 2 0 s 。出机坍落度 控制在( 2 0 0 + 2 0 ) mm， 坍落扩展度大于 5 5 0 mm。因该 搅拌站距工地有约 4 0 mi n车程 ，要求 1 h混凝土坍 落度 损 失不 大 于 出机 时 的 l O ， 并严 禁 在途 中或 现 场加 水 。 2 2混 凝 土施工 2 _ 2 1 施 工顺 序安 排 因现场只有一台钻孔机 且钻孑 L 人员与地表 以 上混凝土施工人员为不 同机组 ， 故施工单位按如下 顺序安排施工 ：灌注两基 A桩地下 C 6 0混凝土 ； 灌注两基 c桩地下 C 6 0 混凝土； 灌注两基 B桩 地下 C 3 0混凝土 ；灌注两基 D桩地下 C 3 0混凝 注 ： D 一 清华大学混凝土耐久性监测传感器 ； Z 一 中科院腐蚀传感器 ； Y 一 埋设 。 2混凝土 生产 与施 工 2 1 混凝 土 的生产 经实地考察和各方协商 ， 决定在不改变施工单 位 的工艺和进度安排前提下 ， 委托一商 品混凝土搅 拌站负责示范 C 6 0混凝土的生产 、 运输和泵送 。不 料却在 C 6 0混凝土委托生产环节上几经波折 原 因 如下 ： 距离施工单位较近的商品混凝土搅拌站虽 按 课 题组 提供 技 术 用 P 0 4 2 5级 水泥 制 备成 功 了 总胶凝材料为 5 1 6 k g m 3 水泥用量 2 8 4 k g m 3 复掺粉 一 7 2一 土 ； 砍桩头接筋后 ， 灌注两基 B、 D 桩地上 C 3 0混凝土 ； 灌注 J 2 、 J l 塔 基 A、 C桩地 上 C 6 0混凝 土 。 按上述施工顺序 。地下混凝 土 在灌 注 约 1 3 1 7 d后 一 起 砍桩 头 。 接 钢筋 、 支模板 ， 在统一浇筑地上各组 C 3 0混凝土后 ，第 2 d浇筑地上各组 C 6 0混凝土。施工单位因人员调配， 在最 后 C 6 0混凝 土浇 筑后 的第 4 d 统一进行了拆模 。 打磨表面 ， 并滚涂 丙烯酸地坪漆( 与设计要求的环氧 涂料不符 ) 。 2 2 2 混 凝 土的运 输 、 灌注 与振 捣 提供 C 6 0 、 C 3 0混凝土 的搅拌站分别距工地有 约 4 0 mi n 、 2 0 mi n的车程 考 虑交通堵塞 ， 对 C 6 0混 凝土的坍落度损失提出了严格要求 。混凝土罐车的 发车 间隔由施工单位根据现场浇筑速度与搅拌 站 进行电话协调 施 工 企业 考 虑成 本 和 一 次混 凝 土 浇 筑量 ， 所有 地下 C 6 0混凝土均采用搅拌站车泵进行灌注 ， 导管 振 捣 ： 而 地 上 C 6 0则 采 用 挖 掘 机 原 地 卸 料 、 自地 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 3期 混凝 土与水 泥制 品 总第 2 2 7期 时 间 图 6施工现场环境温湿度 越 赠 图 7 J 1 一 A地表上下近似对称埋深下 混凝土 内外温度变化 表 4 J 1 一 A地表上下近似对称埋深下温度值 图 8 J 2 一 A地表上下 近似对称埋深下 混 凝 土 内外 温 度 变 化 由图表可 以看 出：J 1 一 A、 J 2 一 A混凝土中心温 升分别高达 3 0 3 6 。 混凝土内部温度最高时， 环 境 温度 恰好 最低 ， 内外 温 差高 达 4 4 5 0 这对 混 凝 土 的 温 度 控 裂极 为不 利 ； 尽 管 如 此 ， 各 C 6 0混 凝 土 也未出现任何竖 向温度应力开裂 ， 显示 出优 良的抗 温度应力开裂性能。拆模时混凝土内外温差均小 于 2 5 ， 但此时 J 2 一 A桩的中心温度仍高达 4 2 6 。 相似位置处 ， J 2 一 A桩中的温度均高于 J l A桩 ， 这 是 因为前者体积相对更大所致 。 同桩 、 同径 向位 置 处 地 上 混 凝 土 的 内部 温 度 均 高 于 地下 的 ， 这 是 缘 于地 表 以下受 地下 海水 潮汐 影 响所致 。 4 - 3 J 1 一 A桩 C 6 0混凝 土 环 向开裂 原 因分 析 根据 以上监测数据可知 温度应力和失水干缩 不是造成 J l A桩环形开裂 的原因。因为温度应力 造成 的将是竖向而非环向开裂 ， 干缩也不能造成此 种 深 长 的规 则裂 缝 。经 观察 和调 研发 现 此 环形 裂缝 是 由施 工不 当造 成 ， 原 因如 下 ： ( 1 ) 过早 松 模 。J l A桩 最后 浇 筑 完工 时 已接 近下 午 1 7点 ， 而施工单位在不到 1 2 h内 即卸 掉 了联 接 上 下 模 板 的大部 分 螺栓 提 早 松动 了模板。 ( 2 ) 该 桩 在砍 桩头 后 ， 为 支模板 ，在钢筋笼外侧垒砌 7 4 盟 赠 了单 匹生砖环型底座 ， 高达 5 0 e ra左右( 见 图 l b ) ， 由 于基础土层强度弱 在上面混凝土和地脚螺栓的压 力下产生 了变形 。 从 而造成上 部混凝土倾 斜 ， 复合 上述的提早松模 即造成在顶部第 一 、 二模 板处产 生 塑性 开裂 。 5混凝 土的耐 久性 监测 图 9和 图 l O分别 是 埋 入 J 1 一 A、 J 2 一 A桩 基 C 6 0 混凝土中的两耐久性传感器监测结果 。其中一 A1 、 一 A 2分 别表示 地 表下 、 地表 上 的传感 器 。一 1 ， 一 2 ， 一 3 ， 一 4分 别表 示 自混 凝 土表 面 至保 护层 内部 不 同深 度 的 测量值 。各 图中左半部分 为拆模前 的监 测数据放 大 ， 右 半部 为拆模 后 至满 两个 月 时 的监 测数 据 。 由图可以看 出。混凝土阻抗早期增长较快 ， 一 个 月后 即趋 平 稳 这 与混 凝 土 的 强 度 增 长 规 律 相 同 ； 另外 ， 相 同保护层深度内， 地上混凝土的阻抗值 图 9 J 1 一 A桩地表上下混凝土保护层 内不 同深度下 的混凝 土阻抗 随时间变化情况 舳 加 如 加 m O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 唐囡， 赵康文 ， 林德源 ， 等 滨海盐渍土输电线路用 C 6 0桩基混凝土示范工程简介 蛊 赠 时间 图 1 0 J 2 一 A桩地表上下混凝土保护层 内不 同深度下 的混凝 土阻抗 随时间变化情况 均大 于地下 的( 约是后者 的 1 2倍左右 ) ， 说 明地下 混凝土明显受到地下海水潮汐影响。当然 ， 混凝土 在 短期 内不 可 能 因 地 下海 水 浸 泡 而 过 早 出 现 严 重 劣化 ， 但在长期潮汐 和干湿循环作用下 ， 混凝土是 否会发生破坏 ， 将留待进一步观测。 6问题 及对 策 6 1 地 区性 技术 规定 问题 试验证明 ， 复掺粉煤灰和磨 细矿渣的低渗透性 混凝土具有优 良的抗盐渍土侵蚀能力闭 。而示范地 区建委规定 ： C 6 0混凝 土中不得同时掺用粉煤灰和 磨细矿渣 。尽管此规定对施工迅速的工民建有一定 积极作用 ， 但它对大体积桩基混凝土 的应用显然并 不适宜。因为大体积混凝土中的温升可促进两种掺 和料 的水化 ， 使其各 自优点发挥 ， 在提高混凝土强 度 的同时 ， 大大降低其渗透性 。因此 ， 复掺粉煤灰和 磨 细矿渣技术 ， 是控制 C 6 0混凝土成本 ， 保证其优 良抗盐渍性能的必要条件之一 当然 ， 如果能将抗盐渍 C 6 0混凝土的强度和渗 透性验收龄期推至 6 0 d或 9 0 d ，那么不仅能显著降 低混凝土的早期温度应力开裂风险 其技术经济效 益也会更加显著。 6 2 混凝 土 施工 管理 问题 尽管参与本次工程示范 的各单位均十分重视 ， 但从实际施工效果看 ， 施工人员的技术和管理水平 相对较低 ， 施工水平相较 目前的工民建和市政而言 明显落后 ， 对现代 高性 能混凝土 特别是高强混凝 土 的施工 了解甚少 ， 甚至不知道高强混凝土在早期 易开裂 ， 需要更加精心 的适 时湿养护 ： 也不知不能 因为高强混凝土早期强度增长快就可提前松模 。另 外还存在不 按图纸将 地脚螺栓与钢筋笼相联等 问 题 。此类不 以钢筋混凝土耐久性为本的施工 ， 终将 影响结构的质量和使用寿命 。此类施 问题在文献 6 1 中也 多有 反 映 似 乎 是 电力 基础 施 工 中司 空 见惯 的 现象 ， 应引起相关单位重视并加以改正。 6 3接 桩 处结 构 耐 久 性 设 计 问题 因受地下盐 水干 湿 循 环 、 结 晶等作用 ， 地 表 上下 一定 深 度 ( 如 0 5 m) 内 的 混 凝 土 结 构 需 特 别 设 计 ，或 增设 附加 防护 。 但在本工程示范工程 中， 没有专 门针对 此部位 的 混 凝土耐久性设 计和施 工要求。 本次示范工程 中看到 ， 在接桩部位 ， 为支模板 用生砖砌筑模板基础 ， 在混凝土灌 注拆模后 ， 直 接 掩 土 的施 工 方 法 。一 旦 监管 不 严 ， 将 会 严 重 减少 地 表 附近混凝土的钢筋保护层厚度 ， 甚 至造成地下海 水 直 通 连钢 筋 的现 象 ，造成 地 下 桩 基 过早 烂 根 ， 严 重威胁结构 的安全 和耐久。因此 ， 建议 电力设计 部 门针对此类问题 ， 提出专 门防护设计 和相应施 工规 定 ， 以提高盐渍土地区的电力基础耐久性 。 7结语 通 过 福 建 滨 海 地 区输 电线 路 工 程 桩 基 C 6 0混 凝土示范工程 ， 检验了 C 6 0抗盐渍混凝土的施工性 能 。通过示范工程 ， 发现 了一些有关盐渍 区地区混 凝土结构设计和施工的问题 。建议应加强盐渍土地 区 、 地表 上 下基 础混 凝土 的耐 久性 设计 。 参考文献 ： 1 】 国家电网公 司实用型关键技术研究项 目申报指南 R 国 家 电网科技部， 2 0 1 2 ， 9 ： 1 0 f 2 唐囡， 张宇， 邱静， 等 滨海盐 渍土输 电线路用 C 6 0塔基混凝 土 的研 制及性 能检验 J 】 ， 建 筑技 术( 已录用 ， 待发表) 3 1 福建省创益 电力 工程咨询有限公司 忠田( 东埔 )忠门 1 l O k V线路工程基 础施 工图【 R 】 2 0 1 3 5 福 建省 电力勘测设 计院 忠 田( 东埔 ) 忠门 1 1 0 k V线 路工 程岩土工程勘察 报告【 R 】 2 0 1 3 5 5 中国土 木工程学会 C C E S 一 2 0 0 4混凝 土耐久 性设计 与施 工 指南， 2 0 0 5年修订版【 M】 2 0 0 5 ， 1 0 ： 3 7 6 1 许聪 明电力 线路杆塔 钢筋混 凝土基 础施 工的质量 控制 J 福建电力与电工， 2 0 0 6 ( 9 ) ：4 0 4 2 收 稿 日期 ： 2 01 4 1 2 2 3 作者简介 ： 唐囡 ( 1 9 6 5 一 ) ， 女 ， 高级工程师。 通讯地址 ： 南昌市 民强路 8 8 号 E mail ： t a n g n a n -O 0 7 1 6 3 c o m 通 讯 作 者 ： 路 新 瀛 ( 1 9 6 6 一) ， 男 ， 教 授 。 通讯地址 ： 清华 大学土木工程系 E mail ： l u x y ma i l t s i n g h u a e d u c a 一 75 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m