大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的研究

吳運(yùn)斌

（福建鑫億祥冶金工程技術(shù)有限公司，福州 350015）

大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的研究

吳運(yùn)斌

（福建鑫億祥冶金工程技術(shù)有限公司，福州 350015）

軋鋼車間設(shè)計(jì)包括生產(chǎn)工藝、機(jī)械設(shè)備、采暖通風(fēng)、電力和熱力設(shè)施、廠房、基礎(chǔ)等部分。各部分設(shè)計(jì)的專業(yè)性和合理性，都直接關(guān)系到軋鋼設(shè)備整體的性能和使用壽命。在此背景下，筆者結(jié)合個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，以具體的設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，對(duì)大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)展開研究，以期為相關(guān)人員的具體設(shè)計(jì)工作提供參考。

大型軋鋼設(shè)備 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 性能 使用壽命

引言

大型軋鋼的生產(chǎn)工藝以及電氣、水道、通風(fēng)等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，均會(huì)對(duì)其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。甚至建設(shè)場地的地質(zhì)、水紋等實(shí)際情況，也會(huì)決定基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。所以，在大型軋鋼基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過程中，要對(duì)各方面因素綜合考慮。

1 大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的理論分析

1.1 大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的前提

地質(zhì)條件是否滿足大型軋鋼設(shè)備的需要，是進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的前提。通常情況下，要選擇良好的天然地基。但時(shí)，如果現(xiàn)實(shí)條件不允許，要結(jié)合地質(zhì)情況靈活處理。例如，在完整性好、節(jié)理裂縫未得到有效發(fā)育的巖石地質(zhì)上，可以進(jìn)行體積和荷載均較小的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；在存在厚度3m以下的軟土天然地基情況下，可以在軟土挖除后，填換高爐重礦渣，通過處理使其壓縮模量達(dá)到20MPa以上；深埋類型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，要在深埋前對(duì)地下水進(jìn)行有效處理等。

1.2 大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的選型原則

現(xiàn)階段，大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)的形式較多，如大塊式、厚墻式、構(gòu)架式、框架式、裝配式、臺(tái)架式、高架式和大型連續(xù)箱體式等。設(shè)計(jì)前，要按照設(shè)計(jì)原則進(jìn)行具體形式的選擇。通常，選擇的基礎(chǔ)形式要可以在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝下實(shí)現(xiàn)，可以在應(yīng)用場地長時(shí)間、高性能地應(yīng)用，外形尺寸要盡可能縮減，后期的操作維護(hù)具有可操作性，整體上經(jīng)濟(jì)實(shí)用[1]。

1.3 大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中常見的基礎(chǔ)形式介紹

目前，大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)形式呈現(xiàn)出多樣化特點(diǎn)。為保證基礎(chǔ)選型的科學(xué)性和合理性，在掌握設(shè)備選型的一般原則基礎(chǔ)上，要對(duì)目前較常見的集中設(shè)計(jì)形式產(chǎn)生較全面的了解。在此設(shè)計(jì)思路下，筆者對(duì)其中部分形式進(jìn)行介紹。

2 高架式基礎(chǔ)

此基礎(chǔ)舍去了地下室和水泵站結(jié)構(gòu)，使地下縱橫溝道開挖工程得到了極大縮減，且將幾乎所有的電纜、管線結(jié)構(gòu)在大型軋鋼設(shè)備使用點(diǎn)位置設(shè)置接口，進(jìn)一步減少了地下開挖的工程量。在此類基礎(chǔ)應(yīng)用的過程中，將設(shè)備操作直接在平臺(tái)面上完成，不僅優(yōu)化了整體環(huán)境，而且工藝設(shè)備的重量也隨之減少，所以在現(xiàn)階段得到了較廣泛的應(yīng)用[2]。例如，攀成鋼某機(jī)組工程的軋線設(shè)備中，除連軋機(jī)等少數(shù)設(shè)備應(yīng)用了大塊式的基礎(chǔ)形式外，絕大部分的設(shè)備均使用了高架式基礎(chǔ)形式，使整體環(huán)境相對(duì)理想，利于文明施工。

2.1 大型連續(xù)箱體基礎(chǔ)

此類基礎(chǔ)通常包括主電室地下室、地下油庫、污水坑等結(jié)構(gòu)。所以，在此結(jié)構(gòu)應(yīng)用后，幾乎所有的地下設(shè)備均被設(shè)置在大底板上，為地下各種管線的布置提供了較好空間。另外，此類型基礎(chǔ)形式應(yīng)用過程中，不需要設(shè)置變形縫，使箱體整體性和剛度明顯提升，極大地提升了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的防水能力。所以，現(xiàn)階段應(yīng)用的范圍相對(duì)也較廣泛。例如，武鋼1580mm熱軋、天鐵1750mm熱軋等，均采用了此種基礎(chǔ)形式。

2.2 大型筏基和箱體基礎(chǔ)

筏基建立在筏板基礎(chǔ)上，是對(duì)筏板剛度、建立結(jié)構(gòu)等進(jìn)行優(yōu)化后的成果。大型筏基強(qiáng)調(diào)將筏板及其以上的墻、板、柱等結(jié)構(gòu)視為整體結(jié)構(gòu)，然后通過將其內(nèi)部分割成多個(gè)箱體，提升其剪切強(qiáng)度。所以，此類型基礎(chǔ)在整體性方面非常理想，且厚度并不大，為加快施工進(jìn)度、降低施工成本創(chuàng)造了條件[3]?，F(xiàn)階段，我國大型軋鋼設(shè)備對(duì)此種基礎(chǔ)形式也進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，如武鋼一米七軋機(jī)工程等。

3 大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目介紹

某大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)整體長度為684m，寬度在54～70m之間，應(yīng)用225號(hào)混凝土量達(dá)到18.5×104m3，帶有地下室。雖然未進(jìn)行放水設(shè)施的設(shè)計(jì)，但采用了排水設(shè)施，防止因混凝土滲透而影響基礎(chǔ)的整體性能。此基礎(chǔ)的內(nèi)墻、外墻和頂板的厚度分別在0.3～0.6m、2m和0.45～0.65m。在過去設(shè)計(jì)的過程中，考慮到底板、柱子、頂板等是其結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成，按照底板、柱子和頂板、輔助設(shè)備的順序進(jìn)行了分塊分層澆筑，并對(duì)具體的施工程序進(jìn)行了細(xì)化。另外，設(shè)計(jì)過程中，考慮到地下室頂板的高度達(dá)到5～6.5m，厚度也超過1m，所以對(duì)頂板的支模進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。這直接導(dǎo)致設(shè)計(jì)的大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)在建設(shè)過程中，不僅施工期較長、施工投入較多，而且對(duì)現(xiàn)場混凝土的搗制效率要求非常高，施工現(xiàn)場的管理難度大。可見，此大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不滿足選型原則，要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.2 大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

筆者結(jié)合大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)對(duì)地質(zhì)條件的要求以及目前施工水平，認(rèn)為應(yīng)該從以下方面對(duì)此設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。

首先，將基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式調(diào)整為箱形大筏片形式。箱形大筏片基礎(chǔ)形式是美國某熱軋帶鋼廠在復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中提出的。當(dāng)時(shí)，其平面尺寸達(dá)到了41m×43m，厚度超過1.4m。應(yīng)用的過程中，需要將其與輥道等結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)用變形縫隔開。在案例項(xiàng)目中，用此種形式的基礎(chǔ)取代原有的設(shè)計(jì)形式，不僅可以使地下空間得到更加充分的利用，而且對(duì)縮減過期、成本、混凝土等方面也具有積極作用[4]。例如，在采用箱形大筏片形式基礎(chǔ)后，基礎(chǔ)底部標(biāo)高大部分為統(tǒng)一標(biāo)高，雖然加深了部分基底標(biāo)高，但由于原設(shè)計(jì)中上部結(jié)構(gòu)主要以柱子、墻或箱體的形式存在，所以增加的基地標(biāo)高并不會(huì)導(dǎo)致混凝土用量的大幅度提升，反而提供了更充足的地下利用空間。部分設(shè)備基礎(chǔ)可以直接利用在回填土方面，為大型土方機(jī)械化施工創(chuàng)造了條件，提升了施工進(jìn)度。在使用箱形大筏片形式后，頂部的標(biāo)高也會(huì)隨之減少。這是因?yàn)樵诨A(chǔ)設(shè)計(jì)過程中會(huì)考慮現(xiàn)有生產(chǎn)工藝是否能夠滿足實(shí)際需要，并結(jié)合項(xiàng)目對(duì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度的要求，對(duì)設(shè)備的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。在標(biāo)高的數(shù)量減少的情況下，基礎(chǔ)頂部標(biāo)高的數(shù)量也會(huì)隨之減少。

其次，在用箱形大筏片形式替代原有的基礎(chǔ)形式過程中，要處理原有的施工縫，形成整體式的箱形和底板，使整個(gè)結(jié)構(gòu)更加規(guī)整。這一方面可以為施工創(chuàng)造更加有力的施工條件，止水帶等防水材料的使用數(shù)量也大幅縮減。這種設(shè)計(jì)方式可能會(huì)產(chǎn)生局部漏水，但在原有排水溝的作用下，大型軋鋼的整體性能并不會(huì)受到直接影響。必要的情況下，利用添加膨脹劑的混凝土對(duì)滲水部位進(jìn)行處理，可以達(dá)到較好的防滲效果。但是，在對(duì)基礎(chǔ)外形進(jìn)行設(shè)計(jì)改造的過程中，需要注意此種改造雖然可以在一定程度上降低基礎(chǔ)在軟弱地質(zhì)環(huán)境中沉降的概率，但基礎(chǔ)內(nèi)部的各類生產(chǎn)線的布置要科學(xué)合理，盡可能避免因生產(chǎn)線布置不當(dāng)，造成動(dòng)荷載、靜荷載、事故荷載等出現(xiàn)沖突，導(dǎo)致大型軋鋼設(shè)備發(fā)生位移[5]。此外，在對(duì)案例項(xiàng)目設(shè)計(jì)改造的過程中，要有意識(shí)地將使用的柱子、梁板等結(jié)構(gòu)設(shè)置成統(tǒng)一模板，這在一定程度上也有利于提升施工效率和施工質(zhì)量。

可見，在大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過程中，要按照設(shè)計(jì)選型的原則，選用合適的基礎(chǔ)形式，并通過具體設(shè)計(jì)優(yōu)化，在保證基礎(chǔ)性能滿足實(shí)際需要的基礎(chǔ)上，降低成本投入，提升施工可操作性。

4 結(jié)論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在大型軋鋼整體設(shè)計(jì)中的重要性，并對(duì)設(shè)計(jì)的地質(zhì)條件、選型的原則、具體計(jì)算等方面不斷優(yōu)化。這是大型軋鋼設(shè)計(jì)水平提升的具體體現(xiàn)，應(yīng)在不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)上積極推廣。

[1]高景榮.大型軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討[J].鋼鐵技術(shù)，2006，（4）：44-47.

[2]夏友木.大型熱連軋軋鋼生產(chǎn)線設(shè)備安裝工藝優(yōu)化研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2009.

[3]李書本.軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)型式[J].中國城市經(jīng)濟(jì)，2011，（21）：205-206.

[4]李書本.軋鋼設(shè)備基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)型式[J].鋼鐵技術(shù)，2011，（6）：48-51.

[5]牛曉宇.河南濟(jì)鋼軋鋼設(shè)備精益化管理改進(jìn)研究[D].西安：西北大學(xué)，2012.

Research on Foundation Design of Large Rolling WU Yunbin

(Fujian Xinyixiang Metallurgical Engineering Technology Co., Ltd., Fuzhou 350015)

Rolling workshop design includes production technology, mechanical equipment, heating ventilation, electricity and heat facilities, plant, foundation and so on. All parts of the professional design and rationality, are directly related to the overall performance of rolling equipment and service life. In this context, the author combined with personal experience, to specific design projects, for example, large-scale rolling equipment basic design research, with a view to the relevant personnel to provide a reference design work.

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