施工電源裝配式基礎(chǔ)的研究與應(yīng)用

曹松山 閆凱 殷建剛

摘要：對(duì)變電站建設(shè)中使用的施工電源裝配式基礎(chǔ)進(jìn)行了研究，包括裝配式基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防腐工藝、走線方案及受力分析等，簡(jiǎn)要介紹了施工電源裝配式基礎(chǔ)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：裝配式基礎(chǔ);H型鋼結(jié)構(gòu);防腐;受力分析

0 引言

2012年，國(guó)家電網(wǎng)公司全面開展標(biāo)準(zhǔn)配送式智能變電站試點(diǎn)工作，推行“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”理念，即對(duì)變電站內(nèi)建筑物采用通用設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)變電站的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化建設(shè)。

為滿足變電站模塊化建設(shè)需要，施工電源應(yīng)具備快速部署、可重復(fù)利用的特性。通常施工電源安裝前需先用砌體或混凝土建造設(shè)備基礎(chǔ)，此過程周期較長(zhǎng)。開關(guān)施工電源設(shè)備雖已實(shí)現(xiàn)模塊化安裝功能，但設(shè)備基礎(chǔ)每次都要現(xiàn)場(chǎng)澆筑，土建施工的工程量較大，且工期較長(zhǎng)。施工電源每次服役0.5～1年，工程結(jié)束后，需要拆除基礎(chǔ)，造成混凝土浪費(fèi)，污染環(huán)境。因此，為了縮短現(xiàn)有變電站改建、擴(kuò)容的施工工期，在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)新舊設(shè)備更換，本文設(shè)計(jì)了一種能在現(xiàn)場(chǎng)快速組裝的移動(dòng)變電站施工電源裝配式基礎(chǔ)，既能縮短施工周期，又能創(chuàng)造一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 施工電源裝配式基礎(chǔ)研究

1.1 ? ?裝配式基礎(chǔ)概述

常規(guī)混凝土基礎(chǔ)澆筑工藝復(fù)雜、施工效率較低，已不能完全適應(yīng)施工電源高效投運(yùn)的要求，在這種情況下，就需要一種能滿足施工電源“即到即用”需求的裝配式基礎(chǔ)，從而提升施工電源的使用效率。

施工電源設(shè)備宜采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，其具備轉(zhuǎn)運(yùn)便捷、可重復(fù)利用的特點(diǎn)，可解決常規(guī)混凝土基礎(chǔ)施工效率低、影響施工電源使用效率的問題。

施工電源設(shè)備基礎(chǔ)采用輕鋼結(jié)構(gòu)制作且安裝簡(jiǎn)單，采用5根基于H型鋼結(jié)構(gòu)的條狀基礎(chǔ)，其長(zhǎng)度尺寸根據(jù)施工電源設(shè)備長(zhǎng)寬而定，各基礎(chǔ)間相互獨(dú)立，使用時(shí)將5根條狀基礎(chǔ)以搭積木的形式擺放到水泥墊層上即可?；A(chǔ)的擺放位置應(yīng)充分考慮施工電源的載荷分布情況及施工電源的進(jìn)出線位置，在滿足承重要求的情況下，預(yù)留出外部接線空間。施工電源裝配式基礎(chǔ)一般視圖如圖1所示。

1.2 ? ?裝配式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

施工電源裝配式基礎(chǔ)采用基于H型鋼的條形結(jié)構(gòu)，H型鋼為300 mm×300 mm寬翼型鋼（件1），長(zhǎng)度根據(jù)施工電源外形尺寸及基礎(chǔ)布置形式設(shè)計(jì)。為提高H型鋼承載能力及穩(wěn)定性，在H型鋼兩側(cè)焊接加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)（件2），該件采用10 mm厚熱軋鋼板制作，同時(shí)兼作基礎(chǔ)的吊掛結(jié)構(gòu)。施工電源裝配式基礎(chǔ)三視圖如圖2所示。

1.3 ? ?裝配式基礎(chǔ)防腐研究

施工電源裝配式基礎(chǔ)由于直接放置在地面，長(zhǎng)期受到地表潮濕環(huán)境影響且存在短期浸水可能，此外需要經(jīng)常在不同施工現(xiàn)場(chǎng)間轉(zhuǎn)移使用，故對(duì)基礎(chǔ)的防腐要求很高，需要滿足不同區(qū)域腐蝕環(huán)境級(jí)別要求。經(jīng)綜合考慮，本文裝配式基礎(chǔ)的防腐設(shè)計(jì)按照《色漆和清漆-防護(hù)涂料體系對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕保護(hù) 第2部分：環(huán)境分類》（ISO 12944-2—2017）中C5-M環(huán)境級(jí)別設(shè)計(jì)。

為保證基礎(chǔ)防腐壽命，設(shè)計(jì)人員在明確環(huán)境條件后，需從材料選型、表面防護(hù)等方面有針對(duì)性地開展防腐設(shè)計(jì)。單根基礎(chǔ)采用熱軋H型鋼焊接而成，焊接前零件需經(jīng)過酸洗、磷化等前處理工序，去除工件表面油污及鐵銹，并在工件表面形成一層致密磷化膜，以增強(qiáng)噴漆附著力。工件經(jīng)焊接及焊縫處理后，將進(jìn)行噴漆工序，噴漆采用多道防腐工藝，包括工件底漆、中間漆、面漆的噴涂作業(yè)。其中，底漆采用環(huán)氧富鋅底漆（鋅粉含量不低于80%），干膜厚度50～80 μm，中間漆采用環(huán)氧云鐵中間漆，干膜厚度150～180 μm，最外層采用瀝青漆，干膜厚度120～140 μm，總干膜厚度280～400 μm。施工電源裝配式基礎(chǔ)的防腐工藝路線如圖3所示。

1.4 ? ?裝配式基礎(chǔ)走線研究

施工電源采用底部進(jìn)出線形式，高壓側(cè)電纜從高壓室底部進(jìn)入高壓柜內(nèi)，在擺放基礎(chǔ)時(shí)預(yù)留豁口，作為高壓室外側(cè)進(jìn)纜口。低壓側(cè)出線從低壓室底部引出施工電源設(shè)備，由于低壓線纜線徑較粗且比較多，考慮將橫向基礎(chǔ)錯(cuò)開低壓室放置，以便預(yù)留出整體出線通道。

基礎(chǔ)按要求擺放好后，施工電源即可放置在基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)高出水泥墊層300 mm，并在進(jìn)出線位置預(yù)留豁口，故基礎(chǔ)無需下沉，人員在地面上即可完成施工電源進(jìn)出線接線工作。

1.5 ? ?裝配式基礎(chǔ)受力分析

施工電源裝配式基礎(chǔ)能否正常使用，需校核其承載能力。在設(shè)計(jì)載荷范圍內(nèi)，裝配式基礎(chǔ)的應(yīng)力、變形等參數(shù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。本文通過采用Simulation有限元分析軟件，對(duì)基礎(chǔ)的承載能力進(jìn)行分析，通過計(jì)算基礎(chǔ)的變形、等效應(yīng)力，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的合理性。

施工電源裝配式基礎(chǔ)仿真幾何模型和網(wǎng)格剖分示意圖如圖4所示，在仿真分析中，材料采用Q235B熱軋鋼，其楊氏模量為200 GPa，泊松比為0.3，材料的屈服強(qiáng)度為235 MPa，抗拉強(qiáng)度為375～460 MPa。

在仿真計(jì)算中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用正四面體網(wǎng)格剖分，各棱邊的網(wǎng)格尺寸保持一致，其中在支撐加強(qiáng)件附近進(jìn)行了加密處理。裝配式基礎(chǔ)經(jīng)過高品質(zhì)網(wǎng)格劃分，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為72 429，單元總數(shù)為35 688。

基于Simulation靜力仿真分析流程：設(shè)置應(yīng)用材料、添加夾具、施加零部件接觸條件、應(yīng)用局部接觸條件，結(jié)合上述網(wǎng)格劃分策略，應(yīng)用網(wǎng)格控制方法并劃分網(wǎng)格，最終裝配式基礎(chǔ)承載應(yīng)力分布云圖和位移分析云圖分別如圖5、圖6所示。

由圖5可以看出，施工電源設(shè)備放置在基礎(chǔ)上時(shí)，應(yīng)力集中在縱梁上，最大應(yīng)力達(dá)到5.27 MPa，未超過材料的屈服強(qiáng)度，可以滿足要求。由圖6可以看出，產(chǎn)生的最大變形發(fā)生在縱梁邊緣處、艙體底座短邊位置，最大變形量為0.02 mm，變形極小，結(jié)構(gòu)安全。以上說明此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足承載要求。

2 施工電源裝配式基礎(chǔ)的工程應(yīng)用

施工電源裝配式基礎(chǔ)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、快速投用、可重復(fù)使用、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的濕作業(yè)量大量減少，作業(yè)過程更加環(huán)保，同時(shí)也減少了材料和能源的浪費(fèi)，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，可在工程項(xiàng)目中大力推廣應(yīng)用。

目前該施工電源裝配式基礎(chǔ)已經(jīng)在湖北鄂州500 kV變電站建設(shè)中得到使用，如圖7所示，現(xiàn)場(chǎng)無需澆筑混凝土基礎(chǔ)，只需做簡(jiǎn)單地坪，即可實(shí)現(xiàn)裝配式基礎(chǔ)的快速投用，滿足了該變電站快速建站的需求。裝配式基礎(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)快速模塊化拼接，縮短了變電站建設(shè)周期，且各模塊無損化拆卸，能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)利用，提升了工程項(xiàng)目的整體經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

施工電源裝配式基礎(chǔ)采用鋼結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)、工廠化加工、現(xiàn)場(chǎng)裝配的形式，組裝成設(shè)備基礎(chǔ)，滿足對(duì)基礎(chǔ)的強(qiáng)度、承載力要求。同時(shí)，其使用過程高效環(huán)保，對(duì)天氣環(huán)境無特殊要求，可廣泛應(yīng)用于電力、鐵路等基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域。

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收稿日期：2020-08-24

作者簡(jiǎn)介：曹松山（1987—），男，河南濮陽(yáng)人，工程師，研究方向：預(yù)裝式集成變電站。