變電站圍墻裝配式基礎的設計

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行。為實現(xiàn)下部基礎結構的裝配化生產(chǎn)和施工，首先根據(jù)力學原理判斷其受力分析滿足要求，再通過工廠預制裝配式基礎模塊，運輸至現(xiàn)場后進行模塊化拼裝，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，對工程建設提出了更高的要求。

1 變電站圍墻裝配式基礎的整體設計

本文設計的基礎形式，其整體思路是：當站內(nèi)外高差在1 m 以內(nèi)時推薦使用，相比于傳統(tǒng)墻下條形基礎的濕作業(yè)做法，起到了加快施工進度、便于質(zhì)量把關、減少資金投入、避免惡劣天氣對施工的影響等積極作用。且本文設計研究的裝配式基礎，由于寬枕構件間為分離式安裝放置，構件下部土的應力分布情況比條形基礎簡單，平均附加應力更小，因此基礎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[6]、文獻[7]、文獻[8]研究成果，優(yōu)化設計出一種變電站圍墻裝配式基礎，該基礎整體形式如圖1所示。

圖1 變電站圍墻裝配式基礎的整體形式

1.1 寬枕構件布置及樣式

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

圖2 非轉(zhuǎn)角處寬枕構件

圖3 轉(zhuǎn)角處寬枕構件

1.2 寬枕構件安裝方法

本文寬枕構件相應的安裝方法決定采用預設拉錨鋼筋與預制基礎梁進行錨固，其形式如圖4所示。

圖4 預設拉錨鋼筋示意圖

1.3 寬枕構件吊裝方式

預制構件的吊裝方案應充分結合實際，綜合考慮起重設備的吊裝能力、構件的外觀及尺寸、構件的起落位置等因素確定。為保證預制構件吊裝過程的安全，應選用經(jīng)檢測合格的吊具和起重設備；應采取可靠技術措施確保吊裝過程中多點一線（即吊具、掛鉤中心線及構件重心）；吊裝過程應緩慢進行，宜按45°～60°夾角控制，盡可能一次性吊裝到位，避免長時間懸?；虼蠓葦[動。

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

圖5 四點水平起吊的寬枕構件

2 寬枕構件的優(yōu)化設計

2.1 擬定寬枕構件模型尺寸

2.1.1 非轉(zhuǎn)角處寬枕構件

非轉(zhuǎn)角處寬枕構件服務的位置是各段基礎梁端部，梁段將荷載有效傳遞至兩側墩板，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，構件總高0.5 m（可根據(jù)基礎埋置深度等實際情況作相應調(diào)整）。底板鋼筋保護層厚度取35 mm，兩側墩板厚度取0.15 m。針對整個構件承載能力而言，鋼筋網(wǎng)的受力情況主要取決于兩側墩板，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)角處寬枕構件模型尺寸設定如圖6所示。單個構件的重量約650 kg，便于實際生產(chǎn)的運輸與吊裝。

圖6 非轉(zhuǎn)角處寬枕構件正側視圖

2.1.2 轉(zhuǎn)角處寬枕構件

轉(zhuǎn)角處寬枕構件服務的位置是圍墻L形轉(zhuǎn)角處，同理梁段將荷載有效傳遞至兩側墩板。且在L 形轉(zhuǎn)角處，由于構件受偏心荷載，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。進而，取底板尺寸1 m×1 m，底板厚100 mm，構件總高0.5 m（可根據(jù)基礎埋置深度等實際情況作相應調(diào)整）。兩側墩板的厚度取0.15 m，底板鋼筋保護層厚度同非轉(zhuǎn)角處寬枕構件取為35 mm。

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

圖7 轉(zhuǎn)角處寬枕構件正側視圖

2.2 寬枕構件模型尺寸驗算

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

同時，通過抗彎計算確定基礎底板實配雙向E12@150的HRB400鋼筋。

2.3 底板鋼筋網(wǎng)格形式

2.3.1 非轉(zhuǎn)角處寬枕構件

因非轉(zhuǎn)角處寬枕構件傳力形態(tài)與傳統(tǒng)獨立基礎類似，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)角處寬枕構件

因轉(zhuǎn)角處寬枕構件傳力形態(tài)相較于傳統(tǒng)獨立基礎差異性較大，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)角處寬枕構件變形，主要在于墩板連線方向混凝土的抗拉強度小于極限拉應力值，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 變電站圍墻應用裝配式基礎的經(jīng)濟效益分析

變電站圍墻裝配式基礎具有可適用范圍廣、場景多，構件布置及樣式簡單，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)約了人材機等直接經(jīng)濟成本，有較好的經(jīng)濟效益。

圍墻裝配式基礎在變電站中的應用，能夠充分保證產(chǎn)品構件的原生質(zhì)量，壓縮施工工期，提升施工效率，解決現(xiàn)場濕作業(yè)澆筑基礎受天氣、溫度影響大等難題。同時，裝配式基礎生產(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，采用預制裝配式基礎可進一步提高電力部門供電可靠性和應急處置能力，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)擴報裝等可產(chǎn)生間接的經(jīng)濟效益。最后，研究的產(chǎn)品實物在某變電站成功示范應用的基礎上，引導全新商業(yè)模式助推變電站圍墻裝配式基礎大面積推廣使用，長遠的經(jīng)濟效益顯著。

4 結束語

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

針對變電站圍墻裝配式基礎進行優(yōu)化設計。主要從整體思路、寬枕構件的布置、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)下的強度。