淺談鋼廠(chǎng)設(shè)備基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工

郭曉靜，周云飛

(四川省冶金設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610041)

0 前 言

隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)全面轉(zhuǎn)入結(jié)構(gòu)性去產(chǎn)能、系統(tǒng)性?xún)?yōu)產(chǎn)能的新階段，鋼廠(chǎng)設(shè)備基礎(chǔ)也在向著大型化、空間化改進(jìn)，如大型筏基、大型箱基、高架式基礎(chǔ)等[1]。這些基礎(chǔ)形式，從工藝上，有效地利用了空間、改善了工作環(huán)境；從土建上，在消除不均勻沉降、提高防水能力、減少混凝土用量、縮短工期等方面都取得了良好的效果；但是同時(shí)帶來(lái)了大體積混凝土、預(yù)埋螺栓設(shè)計(jì)與施工等普遍性的技術(shù)難題。

1 大體積混凝土設(shè)計(jì)與施工

圖1為在達(dá)鋼災(zāi)后燒結(jié)技改工程混合機(jī)的設(shè)備基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工示意圖。根據(jù)混合機(jī)的工藝要求，混合機(jī)的設(shè)備基礎(chǔ)頂標(biāo)高在室內(nèi)地坪±0.000以上最低1.075 m、最高2.158 m，該設(shè)備基礎(chǔ)的水平尺寸最窄處大于3.45 m、最寬處為13.8 m。根據(jù)地勘報(bào)告，廠(chǎng)區(qū)內(nèi)含有局部軟弱土層，統(tǒng)一采用振沖碎石樁進(jìn)行處理以達(dá)到承載力要求，將混合機(jī)的設(shè)備基礎(chǔ)的底標(biāo)高定為-1.000 m。由《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50496—2018)，大體積混凝土的結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于 1 m，本設(shè)備基礎(chǔ)為大體積混凝土[2]。

圖1 混合機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工示意圖

大體積混凝土應(yīng)選用水化熱低的通用硅酸鹽水泥，3天水化熱不宜大于250 kJ/ kg,7天水化熱不宜大于 280 kJ/ kg?；旌蠙C(jī)的設(shè)備基礎(chǔ)選用粉煤灰水泥，根據(jù)《中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥》(GB/T 200—2017)的低熱水泥3天水化熱≤197 kJ/ kg,7天水化熱≤230 kJ/ kg，初凝時(shí)間不小于60 min進(jìn)行生產(chǎn)[3]。

計(jì)算混凝土澆筑時(shí)的絕熱升溫值為：

T(t)=WQ(1-e-mt)/Cρ[1]

式中，W為每立方米混凝土的水泥用量， kg/m3，根據(jù)配合比取400；Q為每千克水泥水化熱，J/ kg，根據(jù)實(shí)驗(yàn)取270；t為水泥水化熱升溫齡期，取7；m為熱影響系數(shù), 一般取0.3；C為混凝土比熱容，一般取 0.96 kJ/( kg·K)；ρ為混凝土的密度，kg/m3，一般取2 500。

代入公式得 T(t)=39.6℃。綜合考慮施工作業(yè)環(huán)境溫度、晝夜溫差等情況，混凝土的中心溫度不大于 80℃，澆筑和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中無(wú)需采取控制混凝土溫度的措施[4]。

由于混合機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)的水平和豎向平面布置情況較為簡(jiǎn)單，初凝時(shí)間較長(zhǎng)，混凝土施工采用分層連續(xù)澆筑的方法，不預(yù)留豎向或水平施工縫。混凝土澆筑層厚度為500 mm,在前層混凝土初凝之前將次層混凝土澆筑完畢。對(duì)于基礎(chǔ)頂面部分突出部位混凝土的模板，基礎(chǔ)內(nèi)部沿豎向配置的間距小于1 m的構(gòu)造鋼筋網(wǎng)片，都采用提前預(yù)制、分層吊裝到位的施工方法，并采用支撐保證模板及鋼筋的整體穩(wěn)固性。

總的來(lái)說(shuō)，鋼廠(chǎng)中燒結(jié)工程的混合機(jī)、制粒機(jī)等設(shè)備基礎(chǔ)須根據(jù)工藝提資和地勘報(bào)告來(lái)設(shè)計(jì)，一般屬于大塊式獨(dú)立基礎(chǔ)，外形、埋件均比較簡(jiǎn)單。通過(guò)設(shè)計(jì)與施工配合，選擇原材料、保證構(gòu)造措施、制定澆筑順序就能夠達(dá)到大體積混凝土的施工質(zhì)量要求。

2 預(yù)埋螺栓設(shè)計(jì)與施工

圖2為云南永鋼60萬(wàn)高線(xiàn)加熱爐設(shè)備基礎(chǔ)及螺栓平面布置示意圖。預(yù)埋螺栓的規(guī)格多、數(shù)量大，需要在滿(mǎn)足工藝要求的前提下對(duì)它們進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容見(jiàn)表1。

圖2 加熱爐設(shè)備基礎(chǔ)及螺栓平面布置示意圖

表1預(yù)埋螺栓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

預(yù)埋螺栓工藝提資(已知條件)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(求解)定位螺栓平面位置、二次澆筑層厚度a、二次澆筑層頂標(biāo)高一次澆筑層標(biāo)高H1長(zhǎng)度螺栓露出二次澆筑層的長(zhǎng)度b及螺紋長(zhǎng)度c、設(shè)備荷載(垂直力、傾翻力矩)、螺帽及墊圈形式螺栓錨固長(zhǎng)度L及形式調(diào)節(jié)孔螺栓直徑調(diào)節(jié)孔寬度d及深度e

1)確定預(yù)埋螺栓的定位。工藝提出的預(yù)埋螺栓平面位置應(yīng)保持不變，但是工藝提出基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為二次澆筑層施工完畢后的最終頂標(biāo)高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須減去二次澆筑層厚度得到一次澆筑層頂標(biāo)高H1用于土建施工。

2)確定螺栓的長(zhǎng)度。工藝提出的預(yù)埋螺栓露出二次澆筑層的長(zhǎng)度及螺紋長(zhǎng)度應(yīng)保持不變，螺栓的錨固長(zhǎng)度L及錨固形式(直錨、彎錨、錨板)應(yīng)根據(jù)設(shè)備荷載(垂直力、傾翻力矩)和設(shè)備大小(基礎(chǔ)寬度、厚度)計(jì)算得到。

3)設(shè)計(jì)螺栓調(diào)節(jié)孔。一般設(shè)備基礎(chǔ)的預(yù)埋螺栓采用在整個(gè)螺栓長(zhǎng)度范圍內(nèi)直接預(yù)留孔或者在設(shè)備基礎(chǔ)頂部水平面二次澆筑的施工方法，以達(dá)到設(shè)備基礎(chǔ)接觸面的密實(shí)度及水平等精度要求。加熱爐的設(shè)備基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓直徑大、長(zhǎng)度長(zhǎng)，并且需要滿(mǎn)足高溫受力要求。所有螺栓均為特種金屬非標(biāo)定制，加工工期長(zhǎng)、造價(jià)高，預(yù)埋螺栓施工的精度要求更高，不允許出現(xiàn)誤差。本工程中對(duì)于直徑24～42 mm的預(yù)埋螺栓提出了增設(shè)了螺栓調(diào)節(jié)孔的做法。調(diào)節(jié)孔的大小根據(jù)螺栓直徑、埋深和施工經(jīng)驗(yàn)確定如表2。

表2 加熱爐基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓調(diào)節(jié)孔尺寸表 單位：mm

調(diào)節(jié)孔位于螺栓的上端與二次澆灌層相通，并同時(shí)澆筑如圖3。在大型設(shè)備基礎(chǔ)施工中，預(yù)埋螺栓的定位需要制作專(zhuān)門(mén)的支架[5]。在加熱爐的大型預(yù)埋螺栓中增設(shè)了調(diào)節(jié)孔之后，預(yù)埋螺栓只需與結(jié)構(gòu)本身的鋼筋網(wǎng)簡(jiǎn)單的連接就能保證軸線(xiàn)位置，既提高了安裝速度，又降低制作金屬支架的成本，在施工中取得了良好的效果。

圖3 預(yù)埋螺栓參數(shù)設(shè)計(jì)示意圖

3 結(jié) 論

與民用建筑或公共建筑的使用要求不同，鋼廠(chǎng)的設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工是為了滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。根據(jù)工藝要求分析混凝土、預(yù)埋螺栓的特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中充分考慮施工的技術(shù)難點(diǎn)，不僅有利于提高工程質(zhì)量、縮短工期、降低成本，在設(shè)備的使用和維護(hù)過(guò)程也會(huì)帶來(lái)便利。