變電站圍墻裝配式基礎(chǔ)的設(shè)計

李丹樂，俞昇森，朱 勛，李佳麗

(國網(wǎng)浙江湖州供電公司，浙江 湖州 313000)

目前，國內(nèi)外建筑工業(yè)化水平發(fā)展迅猛，諸如裝配式樓梯[1-2]、裝配式空調(diào)板[3]、裝配式墻板[4-5]等方面的研究都在如火如荼地進(jìn)行。為實現(xiàn)下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的裝配化生產(chǎn)和施工，首先根據(jù)力學(xué)原理判斷其受力分析滿足要求，再通過工廠預(yù)制裝配式基礎(chǔ)模塊，運輸至現(xiàn)場后進(jìn)行模塊化拼裝，即保證了工程質(zhì)量，又提高了工程效率，從而達(dá)到質(zhì)效雙提升的目的。同時，原有變電站濕作業(yè)模式較難適應(yīng)電力工程快速發(fā)展的市場需求，業(yè)主一旦啟動項目可行性研究分析，希望盡可能壓縮項目投資、項目工期等，對工程建設(shè)提出了更高的要求。

1 變電站圍墻裝配式基礎(chǔ)的整體設(shè)計

本文設(shè)計的基礎(chǔ)形式，其整體思路是：當(dāng)站內(nèi)外高差在1 m 以內(nèi)時推薦使用，相比于傳統(tǒng)墻下條形基礎(chǔ)的濕作業(yè)做法，起到了加快施工進(jìn)度、便于質(zhì)量把關(guān)、減少資金投入、避免惡劣天氣對施工的影響等積極作用。且本文設(shè)計研究的裝配式基礎(chǔ)，由于寬枕構(gòu)件間為分離式安裝放置，構(gòu)件下部土的應(yīng)力分布情況比條形基礎(chǔ)簡單，平均附加應(yīng)力更小，因此基礎(chǔ)計算更易滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性要求。

本文參考了文獻(xiàn)[6]、文獻(xiàn)[7]、文獻(xiàn)[8]研究成果，優(yōu)化設(shè)計出一種變電站圍墻裝配式基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)整體形式如圖1所示。

圖1 變電站圍墻裝配式基礎(chǔ)的整體形式

1.1 寬枕構(gòu)件布置及樣式

經(jīng)研究可以發(fā)現(xiàn)，如若基礎(chǔ)梁換由變電站圍墻裝配式基礎(chǔ)承載，各段基礎(chǔ)梁端部（非轉(zhuǎn)角處）和L 形轉(zhuǎn)角處的寬枕構(gòu)件可以采用不同錨固位置的杯口型寬枕構(gòu)件。這兩種寬枕構(gòu)件即構(gòu)成本文描述的變電站圍墻裝配式基礎(chǔ)，具體樣式分別如圖2、圖3所示。

圖2 非轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件

圖3 轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件

1.2 寬枕構(gòu)件安裝方法

本文寬枕構(gòu)件相應(yīng)的安裝方法決定采用預(yù)設(shè)拉錨鋼筋與預(yù)制基礎(chǔ)梁進(jìn)行錨固，其形式如圖4所示。

圖4 預(yù)設(shè)拉錨鋼筋示意圖

1.3 寬枕構(gòu)件吊裝方式

預(yù)制構(gòu)件的吊裝方案應(yīng)充分結(jié)合實際，綜合考慮起重設(shè)備的吊裝能力、構(gòu)件的外觀及尺寸、構(gòu)件的起落位置等因素確定。為保證預(yù)制構(gòu)件吊裝過程的安全，應(yīng)選用經(jīng)檢測合格的吊具和起重設(shè)備；應(yīng)采取可靠技術(shù)措施確保吊裝過程中多點一線（即吊具、掛鉤中心線及構(gòu)件重心）；吊裝過程應(yīng)緩慢進(jìn)行，宜按45°～60°夾角控制，盡可能一次性吊裝到位，避免長時間懸停或大幅度擺動。

本文寬枕構(gòu)件相應(yīng)的吊裝決定采用4點水平起吊的方式，吊點位置設(shè)于底板各邊中點，如圖5所示。

圖5 四點水平起吊的寬枕構(gòu)件

2 寬枕構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計

2.1 擬定寬枕構(gòu)件模型尺寸

2.1.1 非轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件

非轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件服務(wù)的位置是各段基礎(chǔ)梁端部，梁段將荷載有效傳遞至兩側(cè)墩板，綜合考慮墩板的受剪切、抗沖切能力，取其寬度為0.25 m。據(jù)初步的受力分析，取底板尺寸1.2 m×0.9 m，底板厚100 mm，構(gòu)件總高0.5 m（可根據(jù)基礎(chǔ)埋置深度等實際情況作相應(yīng)調(diào)整）。底板鋼筋保護(hù)層厚度取35 mm，兩側(cè)墩板厚度取0.15 m。針對整個構(gòu)件承載能力而言，鋼筋網(wǎng)的受力情況主要取決于兩側(cè)墩板，厚度過薄易受剪切力的作用，造成中部鋼筋過早受拉屈服強(qiáng)度下降，直至破壞，過厚雖可以很好地將力分散到兩端，但也容易產(chǎn)生材料過度浪費的現(xiàn)象。

因此，非轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件模型尺寸設(shè)定如圖6所示。單個構(gòu)件的重量約650 kg，便于實際生產(chǎn)的運輸與吊裝。

圖6 非轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件正側(cè)視圖

2.1.2 轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件

轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件服務(wù)的位置是圍墻L形轉(zhuǎn)角處，同理梁段將荷載有效傳遞至兩側(cè)墩板。且在L 形轉(zhuǎn)角處，由于構(gòu)件受偏心荷載，除分析墩板受剪切、沖切等作用外，底板及支撐基礎(chǔ)梁的墩板等部位均會受到附加彎矩作用，綜合考慮仍將墩板寬度取為0.25 m。進(jìn)而，取底板尺寸1 m×1 m，底板厚100 mm，構(gòu)件總高0.5 m（可根據(jù)基礎(chǔ)埋置深度等實際情況作相應(yīng)調(diào)整）。兩側(cè)墩板的厚度取0.15 m，底板鋼筋保護(hù)層厚度同非轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件取為35 mm。

因此，轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件模型尺寸設(shè)定如圖7 所示。單個構(gòu)件的重量約620 kg，便于實際生產(chǎn)的運輸與吊裝。

圖7 轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件正側(cè)視圖

2.2 寬枕構(gòu)件模型尺寸驗算

當(dāng)寬枕構(gòu)件采用本文3.1 小節(jié)擬定的模型尺寸，經(jīng)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB 50017-2011 計算分析得知，寬枕構(gòu)件即基礎(chǔ)的受沖切承載力、受剪切承載力等均滿足規(guī)范要求，構(gòu)件尺寸設(shè)計較為合理。

同時，通過抗彎計算確定基礎(chǔ)底板實配雙向E12@150的HRB400鋼筋。

2.3 底板鋼筋網(wǎng)格形式

2.3.1 非轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件

因非轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件傳力形態(tài)與傳統(tǒng)獨立基礎(chǔ)類似，鋼筋網(wǎng)格形式用普通的平行于底板邊的布筋形式，如圖8所示。

圖8 鋼筋網(wǎng)格示意圖（1）

2.3.2 轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件

因轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件傳力形態(tài)相較于傳統(tǒng)獨立基礎(chǔ)差異性較大，鋼筋網(wǎng)格形式不再是普通的平行于底板邊的布筋形式。本文將其底板鋼筋網(wǎng)格形式采用雙層雙向?qū)沁B線的布筋形式，且最外層有一根構(gòu)造（架立）鋼筋，采用與底板邊成90°夾角的布筋形式。研究發(fā)現(xiàn)，此種鋼筋網(wǎng)格形式之所以能夠有效控制轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件變形，主要在于墩板連線方向混凝土的抗拉強(qiáng)度小于極限拉應(yīng)力值，充分抑制邊角翹曲變形現(xiàn)象產(chǎn)生；與底板邊成對角連線的鋼筋與墩板連線方向平行或垂直，更有利于控制構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的變形，發(fā)揮承載能力極限狀態(tài)下的強(qiáng)度。鋼筋網(wǎng)格形式如圖9所示。

圖9 鋼筋網(wǎng)格示意圖（2）

3 變電站圍墻應(yīng)用裝配式基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)效益分析

變電站圍墻裝配式基礎(chǔ)具有可適用范圍廣、場景多，構(gòu)件布置及樣式簡單，安裝及吊裝方式易實現(xiàn)，回收再利用率高等優(yōu)點，同時徹底擺脫了現(xiàn)場濕作業(yè)，減少了環(huán)境污染，節(jié)約了人材機(jī)等直接經(jīng)濟(jì)成本，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

圍墻裝配式基礎(chǔ)在變電站中的應(yīng)用，能夠充分保證產(chǎn)品構(gòu)件的原生質(zhì)量，壓縮施工工期，提升施工效率，解決現(xiàn)場濕作業(yè)澆筑基礎(chǔ)受天氣、溫度影響大等難題。同時，裝配式基礎(chǔ)生產(chǎn)、運輸及安裝等各環(huán)節(jié)均較為便捷的特點，減少了材料和資源浪費。此外，采用預(yù)制裝配式基礎(chǔ)可進(jìn)一步提高電力部門供電可靠性和應(yīng)急處置能力，縮短搶修、技改、基建作業(yè)等停電時間，將用戶停電率降至最低，對提高業(yè)擴(kuò)報裝等可產(chǎn)生間接的經(jīng)濟(jì)效益。最后，研究的產(chǎn)品實物在某變電站成功示范應(yīng)用的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)全新商業(yè)模式助推變電站圍墻裝配式基礎(chǔ)大面積推廣使用，長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計研究的變電站圍墻裝配式基礎(chǔ)，其基本構(gòu)件型式主要有非轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件和轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件兩種。其中，非轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件服務(wù)于各段基礎(chǔ)梁端部位置，轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件服務(wù)于圍墻L 形轉(zhuǎn)角處。

針對變電站圍墻裝配式基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。主要從整體思路、寬枕構(gòu)件的布置、樣式、安裝方法、吊裝方式和尺寸擬定等多方面展開研究，尤其創(chuàng)新性地提出將轉(zhuǎn)角處寬枕構(gòu)件的底板鋼筋網(wǎng)格形式采用雙層雙向?qū)沁B線的布筋形式，更有利于控制構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的變形，發(fā)揮承載能力極限狀態(tài)下的強(qiáng)度。