新型裝配式變壓器空腹基礎應用研究

江永生 顏 艷

(中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司，河南 鄭州 450000)

1 研究背景和意義

傳統變電站土建建設模式具有工人勞動強度大、生產效率低、施工速度慢、建設周期長、材料消耗多、環境污染大、質量控制難等缺點，標準化、簡約化的裝配式變電站是變電站建設的長遠發展方向之一，摒棄傳統的土建現場“濕法”施工，將傳統的現場澆筑、砌筑、粉刷轉化為工業標準化生產檢驗合格后，在現場按標準工藝快速拼裝，將施工串聯流程轉化為并聯流程。簡化施工現場，減少施工期粉塵、噪聲、污水污染及水資源消耗。

變壓器基礎常規設計多為大塊式板式基礎，此型式結構受力明確，施工工藝簡單，但也存在現場濕作業工程量大，施工周期長等缺點。本文通過以主變壓器基礎為主要對象來進行裝配式變電站土建模塊化的研究，遵循“安全性、適用性、通用性、經濟性”協調統一原則，應用“兩型一化”理念，綜合考慮本工程具體情況、區域環境條件，選擇適合的結構型式、裝配方案、建筑材料等，突出變電站工業化設施功能定位，實現安全可靠、技術先進、節約環保，實現標準配送式智能變電站建設要求。

2 變壓器基礎功能及設計要求

變壓器為一個變電站內的最核心設備，其長期安全穩定運行關系到千家萬戶的用電需求，甚至為國計民生，如由于變壓器發生故障造成供電中斷，造成的損失是無比巨大的。因此，作為變壓器的支撐結構，變壓器基礎的設計尤為重要，必須在承載力及變形方面滿足變壓器本體需求。DL/T 5457—2012變電站建筑結構設計技術規程對其作出了明確規定：

第10.3.1條主變壓器基礎可采用大塊式素混凝土基礎，也可采用鋼筋混凝土基礎。主變壓器基礎應盡量使荷載重心與基礎形心重合。

第10.3.2條主變壓器基礎應設置貯油坑，貯油坑的設置和構造，應符合下列要求：

1)油坑尺寸應比設備外輪廓尺寸大1.0 m，油坑四周檔油坎宜高出地面50 mm～100 mm。

2)貯油坑內應鋪設不小于250 mm厚的卵石層，基礎頂面應高出卵石層100 mm以上，油坑底面應設置坡度，將油排至集油坑，并用管道與事故油池相連接。

第11.1.2條：主變壓器基礎容許沉降差或傾斜為0.003l，l為基礎對應方向的長度。

近年來，隨著GIS設備的普遍應用，110 kV，220 kV GIS設備通過GIL管道母線與主變壓器直連，對主變壓器基礎沉降提出了更高的要求。

3 主變壓器基礎設計常規方案

3.1 常規方案設計及施工工序

按照DL/T 5457—2012變電站建筑結構設計技術規程要求，變壓器基礎通常設計為大塊式鋼筋混凝土板式基礎，因考慮抗裂性能及美觀需要，素混凝土結構采用比例較少，基礎平面圖及剖面圖詳見圖1，圖2。

按此方案，主變基礎與油坑須分別施工，施工工序如下所示：

基礎開挖→鋼筋綁扎→支立底板模板→澆筑主變底板→鋼筋綁扎→支立主變條基模板→安裝預埋件→澆筑主變條基基礎→鋼筋綁扎→油坑支模→澆筑混凝土→拆模→土方回填。

3.2 常規方案優缺點

1)常規方案優點。

結構型式設計簡單，受力明確，施工工藝簡單。

2)常規方案缺點。

現場濕作業較多，工程量大，施工工序較多，施工周期長，施工質量不易控制。

4 主變壓器基礎設計裝配式方案

4.1 裝配式方案設計及施工工序

因主變壓器基礎常規方案存在諸多缺點，且與國網公司推行的智能化裝配式變電站模塊化設計、工廠化加工思想存在較大差距，特對其進行改進，改進后的基礎平面圖、剖面圖詳見圖3，圖4。

按此方案，基礎連梁與油坑底板采用現澆混凝土，上部構件采用工廠預制，現場組裝方式，通過預埋件、卡槽與樁基連梁，底板連接，工序如下所示：

基礎開挖→鋼筋綁扎→支立連梁油坑底板模板→澆筑混凝土→裝配主變條基及油坑側壁→拆模→土方回填。

4.2 裝配方案優缺點

1)裝配方案優點。

現場濕作業較少，工程量小，施工工序較少，施工周期短，采用高強度混凝土及預應力鋼筋，對基礎油坑側壁抗裂及美觀度極為有利，施工質量容易控制。

2)裝配方案缺點。

增加了工廠預制運輸環節，裝配時需要焊接，對焊接質量要求較高。

5 主變基礎裝配式方案可行性分析

主變基礎裝配式方案基礎梁及油坑底板采用現澆，在頂部主變條基位置預留預埋件，在油坑端部預留卡槽，主變條基及油坑側壁通過工廠預制，采用高強度混凝土及預應力鋼筋加工而成，加工時在所需位置留設預埋件。各受力構件通過預埋件焊接連接，頂部連梁位置可隨意調整以適應千斤頂位置需求，油坑側壁之間通過凸凹槽及卡槽與油坑底板連接，外表面做防水處理。

裝配式方案基礎傳力途徑與常規方案基礎略有區別，前者由整板受力，后者由三條條形基礎受力，對于一般地質條件，條基均能滿足承載能力及變形要求。此外，裝配式僅多了一道焊接工藝，施工難度無明顯增加。而且，空腹箱型構件自重不大，加工、運輸、吊裝均無難度，因此，主變基礎裝配式方案是可行的。

主變基礎裝配式方案與常規方案對比分析詳見表1。

表1 裝配式基礎方案與常規基礎方案對比分析表

綜上分析，采用裝配式主變基礎和常規主變基礎作為設計方案均是可行的，二者各有優缺點。常規基礎方案結構型式設計簡單，受力明確，施工工藝簡單。但現場濕作業較多，工程量大，施工工序較多，施工周期長，施工質量不易控制。

裝配式主變基礎方案雖然增加了焊接工藝，但現場濕作業較少，節省材料，施工工序較少，施工周期短，施工質量容易控制,具有明顯的優勢。

6 結論

按照變電站“標準化設計、工廠化加工、裝配式建設”的設計思想，對標準配送式變電站主變基礎裝配方案進行應用研究，實現主變基礎上部構件均在工廠預制完成，在施工現場組裝而成，縮短建設總工期，簡化施工工藝，同時也保障了施工質量。與常規基礎方案相比，裝配式主變基礎具有以下優點：

1)上部預制主變條基及油池側壁構件采用預制構件，表面美觀，且不易產生裂縫等質量通病，減少后期維護量。

2)取消基礎底板，上部預制主變條基采用空腹箱型結構，與常規設計相比，大幅減少工程量約45%。

3)上部裝配式結構減少多項施工工序，大幅縮短工期。

4)現場濕作業工程量減小，有利于保護環境。