變電站工程設(shè)計(jì)過程中非常見結(jié)構(gòu)問題

馬瑞

摘 要 變電站是屬于電力系統(tǒng)基建項(xiàng)目中最廣泛存在的項(xiàng)目，在工程實(shí)踐中，除了電算模型有諸多方面需要注意，系數(shù)的選擇、計(jì)算過程的調(diào)節(jié)等都對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生影響，此外地基基礎(chǔ)的處理、構(gòu)架支架的計(jì)算、建筑病害的治理等非常見問題也是我們經(jīng)常要面對(duì)的問題。

關(guān)鍵詞 變電站工程；設(shè)計(jì)；非常見；結(jié)構(gòu)問題；小結(jié)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）05-0166-02

1 概述

變電站是屬于電力系統(tǒng)基建項(xiàng)目中最廣泛存在的項(xiàng)目，在工程實(shí)踐中，除出了電算模型有諸多方面需要注意，系數(shù)的選擇、計(jì)算過程的調(diào)節(jié)等都對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生影響，此外，諸如地基基礎(chǔ)的處理、構(gòu)架支架的計(jì)算、矩形水池等特種結(jié)構(gòu)非常見問題也是我們經(jīng)常要面對(duì)的問題。

2 注漿技術(shù)

在電力工程施工建設(shè)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到水的威脅和不良地層的影響，致使工程事故、停滯而產(chǎn)生損失。對(duì)于此類地下工程水害和加固軟弱地層，堵水、截流、維幕、巖土加固等諸多技術(shù)共同構(gòu)成的注漿技術(shù)。注漿材料的研究主要是探索新的品種，熟悉并掌握其性能，以便更好地為生產(chǎn)建設(shè)服務(wù)，解決地下水害的問題。最早用于注漿的材料，是石灰和粘土。法國的朗格于1934年對(duì)尤斯登法加以改進(jìn)。他將一種鹽預(yù)先加入到水玻璃中，由于這兩種漿液的反應(yīng)需要一段時(shí)間，所以可將這兩種漿液混合后，在凝膠之前采用單系統(tǒng)方式注入。其滲透能力和擴(kuò)散半徑遠(yuǎn)較尤斯登法為大。由于水玻璃材料來源豐富、價(jià)格便宜，所以，自問世以來就得到各國的重視，如德國、法國、英國、美國、前蘇聯(lián)、日本都先后進(jìn)行了許多研究工作，并且大量用于注漿技術(shù)中，因而水玻璃化學(xué)注漿法也得到了不斷的改進(jìn)與完善，直到現(xiàn)在還廣泛被用于礦井、隧道、大壩、橋墩等的注漿工程之中。據(jù)日本資料報(bào)道，在所有化學(xué)注漿材料中，水玻璃漿液最廣泛使用。

3 電力構(gòu)架

1）構(gòu)架、設(shè)備支架等構(gòu)筑物應(yīng)根據(jù)變電站的電壓等級(jí)、規(guī)模、施工及運(yùn)行條件、制作水平、運(yùn)輸條件及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件來選擇合適的結(jié)構(gòu)，其外形應(yīng)做到相互協(xié)調(diào)，支架還應(yīng)與上部設(shè)備相協(xié)調(diào)。

2）330 kV及以上構(gòu)架柱宜采用格構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)或A字柱鋼管結(jié)構(gòu)。220 kV及以下構(gòu)架柱可采用水泥桿或A字柱鋼管結(jié)構(gòu)。梁宜用三角形或矩形斷面的格構(gòu)式鋼梁。當(dāng)A字柱平面外穩(wěn)定不能滿足要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置端撐。500 kV及以上構(gòu)架梁內(nèi)宜設(shè)置走道并與柱的爬梯相連接。

3）變電站的屋外構(gòu)支架應(yīng)采用熱鍍鋅、噴鋅或其他可靠防腐措施。

4）屋外構(gòu)支架撓度不宜超過限值。

5）配電裝置內(nèi)的平臺(tái)兩端應(yīng)設(shè)置扶梯，扶梯和走道欄桿的高度為1.1 m，走道板宜用熱鍍鋅的花紋鋼板。

6）構(gòu)架及支架等構(gòu)筑物，宜采用混凝土剛性基礎(chǔ)或鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。

7）構(gòu)架、支架及其他構(gòu)筑物的基礎(chǔ)，當(dāng)驗(yàn)算上拔或傾覆穩(wěn)定時(shí)，荷載效應(yīng)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合，基礎(chǔ)上拔或傾覆彎矩應(yīng)小于或等于基礎(chǔ)的抗拔力或抗傾覆彎矩除以限值表中的穩(wěn)定系數(shù)。當(dāng)基礎(chǔ)處于穩(wěn)定的地下水位以下時(shí)，應(yīng)計(jì)算浮力的影響。

8）架構(gòu)及設(shè)備支架的柱插入基礎(chǔ)杯口的深度不應(yīng)小于《220kV～750kV變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》表7.4.8的規(guī)定值。根據(jù)吊裝穩(wěn)定需要，柱插入杯口深度還不應(yīng)小于0.05倍柱身高度。但當(dāng)施工采取打臨時(shí)拉線等措施時(shí)可不受限制。

9）構(gòu)架及支架的杯口，當(dāng)杯壁厚度與杯壁高度之比（當(dāng)基礎(chǔ)為階梯型且杯口深大于第一臺(tái)階高度時(shí)，取壁厚與第一階壁高之比）大于或等于0.5（對(duì)構(gòu)架）或0.4（對(duì)支架）時(shí)，允許杯壁內(nèi)不配置鋼筋。杯壁厚度及底板扣除杯口深度后的凈厚度均不應(yīng)小于150 mm。

10）空心管構(gòu)、支架柱底內(nèi)應(yīng)采取可靠防止積水措施：管底埋管或灌混凝土，混凝土上部開瀉水孔；柱腳在地面以下的部分應(yīng)采取強(qiáng)度等級(jí)較低的混凝土包裹（保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50 mm）。并應(yīng)使包裹的混凝土高出地面不小于150 mm；當(dāng)柱腳地面在地面以上時(shí)，柱腳地面應(yīng)高出地面不小于l00 mm。

11）電纜溝的側(cè)壁宜采用砌體結(jié)構(gòu)，在地質(zhì)條件差、地基土不均勻的地段可局部采用鋼筋混凝土或混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土蓋板宜雙面配筋。對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)，濕陷性黃土、膨脹土等地區(qū)，不宜采用磚砌電纜溝。砌體溝壁頂端處宜設(shè)置混凝土壓頂梁。

4 矩形水池實(shí)例

4.1 設(shè)計(jì)資料

池頂活荷P1=4.5（kN/m2）；覆土厚度ht=200（mm）；池內(nèi)水位Hw=3000（mm）；容許承載力R=90（kN/m2）。

水池長(zhǎng)度H=12000（mm）；水池寬度B=8000（mm）；池壁高度h0=3000（mm）；底板外伸C1=500（mm）。

底板厚度h1=300（mm）；頂板厚度h2=200（mm）；墊層厚度h3=100（mm）；池壁厚度h4=250（mm）。

地基承載力設(shè)計(jì)值R=90（kPa）。

支柱數(shù)n1=2 ；支柱截面尺寸a1=300（mm）。

地下水位高于底板Hd=1500（mm）；抗浮安全系數(shù)Kf=1.10。

4.2 地基承載力驗(yàn)算

1）底板面積AR1=（H+2*h4+2*C1）*（B+2*h4+2*C1）

=（12+2*0.25+2*0.5）*（8+2*0.25+2*0.5）=128.2（m2）

2）頂板面積AR2=（H+2*h4）*（B+2*h4）

=（12+2*0.25）*（8+2*0.25）=106.2（m2）

3）支柱重量Fk1=25*a1*a1*H0*n1=25*0.3*0.3*3*2=13.5（kN）

4）池頂荷載Pg=P1+ht*18=4.5+0.2*18=8.1（kN/m2）endprint

5）池壁重量CB=25*（H+2*h4+B）*2*H0*h4=25*（12+2*0.25+8）*2*3*0.25=768.7（kN）

6）底板重量DB1=25*AR1*h1=25*128.2*0.3=961.5（kN）

7）頂板重量DB2=25*AR2*h2=25*106.2*0.2=531（kN）

8）水池全重G=CB+DB1+DB2+Fk1=768.7+961.5+531+13.5=2274.7（kN）

9）單位面積水重Pwg=（H*B*Hw*10）/AR1=（12*8*3*10）/128.2=22.46（kN/m2）

10）單位面積墊層重Pd=23*h3=23*0.1=2.3（kN/m2）

11）地基反力R0=Pg+G/AR1+Pwg+Pd=8.1+2274.7/128.2+22.46+1.79=50（kN/m2）

R0=50（kN/m2）

4.3 水池整體抗浮驗(yàn)算

底板外伸部分回填土重Fkt=[（H+2 *h4+2*C1）+（B+2*h4）]*2*C1*H0*16=[（12+2*0.25+2*0.5）+（8+2*0.25）]*2*0.5*3*16=1056（kN）

抗浮全重Fk=G+ht*AR2*16+Fkt（抗浮時(shí)覆土容重取16 kN/m3）=2274.7+0.2*106.2*16+1056=3638（kN）

總浮力Fw=AR2*（Hd+h1）*10=106.2*（1.5+0.3）*10=1912（kN）

Fk=3638（kN）>Kf*Fw=2103.2（kN）整體抗浮驗(yàn)算滿足要求。

4.4 水池局部抗浮驗(yàn)算

單位面積抗浮力G1=[（16*ht+25*h1+25*h2）*AR2+Fk1]/AR2=[（16*0.2+25*0.3+25*0.2）*106.2+13.5]/106.2=16（kN/m2）

局部浮力Fw1=10*（Hd+h1）=10*（1.5+0.3）=18（kN/m2）

G1=16（kN/m2）

4.5 荷載計(jì)算

1）池內(nèi)水壓Pw=rw*H0=10*3=30（kN/m2）

2）池外土壓Pt：池壁頂端Pt0=[Pg+rt*（ht+h2）]*[Tan（45-30/2）^2]=[8.1+18*（0.2+0.2）]*[Tan（45-30/2）^2]=5.09（kN/m2）

池壁底端Pt1=[Pg+rt*（ht+h2+H0-Hd）+rt*Hd]*[Tan（45-/2）^2]+10*Hd=[8.1+18*（0.2+0.2+3-1.5）+10*1.5]*[Tan（45-30/2）^2]+10*1.5=34.09（kN/m2）

池底荷載qD=Pg+（Fk1+CB）/AR2=8.1+（13.5+768.7）/

106.2=14.20（kN/m2）

4.6 內(nèi)力計(jì)算

（H邊）池壁內(nèi)力計(jì)算：H/H0=12000/3000=4，由于H/H0>2故按豎向單向板（擋土墻）計(jì)算池壁內(nèi)力。

1）池外（土、水）壓力作用下池壁內(nèi)力。

Pt0=Pt1-Pt2=34.09-5.09=29（kN/m2）

U=Pt2/Pt1=5.09/34.09=0.14

V=（9*U^2+7*U+4）/20）^0.5=（9*0.14^2+7*0.14+4）/20）^0.5=0.50

QA=[（11*Pt2+4*Pt1）*H0]/40=[11*5.09+4*34.09）*3]/40=14.0

Y0=（V-U）*H0/（1-U）=（0.50-0.14）*3000/（1-0.14）=1.2

最大彎矩Mn1=QA*Y0-[Pt2*（Y0^2）]/2-[（Pt0*（Y0^3）]/（6*H）

=14.0*1.2-[5.09*（1.2^2）]/2-[29*（1.2^3）]/（6*12）=12.4（kN·m）

底端彎矩Mn2=-（7*Pt2+8*Pt1）*H0^2/120=

-（7*5.09+8*34.09）*3^2/120=-23.0（kN·m）

角隅最大彎矩Mj1=-0.076*Pt1*H0^2=-0.076*34.09*3^2=-3.4（kN·m）

2）池內(nèi)水壓力作用下池壁內(nèi)力。

最大彎矩Mw1=0.0298*Pw*H0^2=0.0298*30*3^2=8.04（kN·m）

最大彎矩位置，距底端0.553*H0=1.659（m）

底 端 彎 矩Mw2=-（Pw*H0^2）/15=-（30*3^2）/15=-18（kN·m）

角隅最大彎矩Mj2=-0.035*Pw*H0^2=-0.035*30*3^2=-9.4（kN·m）

由于B邊池壁高度與H邊相同，故計(jì)算從略，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果參見H邊池壁計(jì)算。

5 結(jié)論

綜合考慮以各具體方案及現(xiàn)實(shí)存在的可變性因素和固定因素，進(jìn)行總體上適用于電氣專業(yè)使用的結(jié)構(gòu)、構(gòu)筑物，分部上，每個(gè)具體構(gòu)筑物或地基基礎(chǔ)的處理又都滿足相應(yīng)的使用要求和安全性評(píng)價(jià)。

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