施工電源裝配式基礎的研究與應用

曹松山 閆凱 殷建剛

摘要：對變電站建設中使用的施工電源裝配式基礎進行了研究，包括裝配式基礎的結構設計、防腐工藝、走線方案及受力分析等，簡要介紹了施工電源裝配式基礎在工程項目中的應用情況。

關鍵詞：裝配式基礎;H型鋼結構;防腐;受力分析

0 引言

2012年，國家電網公司全面開展標準配送式智能變電站試點工作，推行“標準化設計、工廠化加工、裝配式建設”理念，即對變電站內建筑物采用通用設計方案，實現變電站的標準化、模塊化建設。

為滿足變電站模塊化建設需要，施工電源應具備快速部署、可重復利用的特性。通常施工電源安裝前需先用砌體或混凝土建造設備基礎，此過程周期較長。開關施工電源設備雖已實現模塊化安裝功能，但設備基礎每次都要現場澆筑，土建施工的工程量較大，且工期較長。施工電源每次服役0.5～1年，工程結束后，需要拆除基礎，造成混凝土浪費，污染環境。因此，為了縮短現有變電站改建、擴容的施工工期，在最短時間內實現新舊設備更換，本文設計了一種能在現場快速組裝的移動變電站施工電源裝配式基礎，既能縮短施工周期，又能創造一定的社會效益和經濟效益。

1 施工電源裝配式基礎研究

1.1 ? ?裝配式基礎概述

常規混凝土基礎澆筑工藝復雜、施工效率較低，已不能完全適應施工電源高效投運的要求，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，從而提升施工電源的使用效率。

施工電源設備宜采用裝配式鋼結構基礎，其具備轉運便捷、可重復利用的特點，可解決常規混凝土基礎施工效率低、影響施工電源使用效率的問題。

施工電源設備基礎采用輕鋼結構制作且安裝簡單，采用5根基于H型鋼結構的條狀基礎，其長度尺寸根據施工電源設備長寬而定，各基礎間相互獨立，使用時將5根條狀基礎以搭積木的形式擺放到水泥墊層上即可。基礎的擺放位置應充分考慮施工電源的載荷分布情況及施工電源的進出線位置，在滿足承重要求的情況下，預留出外部接線空間。施工電源裝配式基礎一般視圖如圖1所示。

1.2 ? ?裝配式基礎結構設計

施工電源裝配式基礎采用基于H型鋼的條形結構，H型鋼為300 mm×300 mm寬翼型鋼（件1），長度根據施工電源外形尺寸及基礎布置形式設計。為提高H型鋼承載能力及穩定性，在H型鋼兩側焊接加強板結構（件2），該件采用10 mm厚熱軋鋼板制作，同時兼作基礎的吊掛結構。施工電源裝配式基礎三視圖如圖2所示。

1.3 ? ?裝配式基礎防腐研究

施工電源裝配式基礎由于直接放置在地面，長期受到地表潮濕環境影響且存在短期浸水可能，此外需要經常在不同施工現場間轉移使用，故對基礎的防腐要求很高，需要滿足不同區域腐蝕環境級別要求。經綜合考慮，本文裝配式基礎的防腐設計按照《色漆和清漆-防護涂料體系對鋼結構的防腐蝕保護 第2部分：環境分類》（ISO 12944-2—2017）中C5-M環境級別設計。

為保證基礎防腐壽命，設計人員在明確環境條件后，需從材料選型、表面防護等方面有針對性地開展防腐設計。單根基礎采用熱軋H型鋼焊接而成，焊接前零件需經過酸洗、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，以增強噴漆附著力。工件經焊接及焊縫處理后，將進行噴漆工序，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。其中，底漆采用環氧富鋅底漆（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的防腐工藝路線如圖3所示。

1.4 ? ?裝配式基礎走線研究

施工電源采用底部進出線形式，高壓側電纜從高壓室底部進入高壓柜內，在擺放基礎時預留豁口，作為高壓室外側進纜口。低壓側出線從低壓室底部引出施工電源設備，由于低壓線纜線徑較粗且比較多，考慮將橫向基礎錯開低壓室放置，以便預留出整體出線通道。

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

1.5 ? ?裝配式基礎受力分析

施工電源裝配式基礎能否正常使用，需校核其承載能力。在設計載荷范圍內，裝配式基礎的應力、變形等參數應符合設計要求。本文通過采用Simulation有限元分析軟件，對基礎的承載能力進行分析，通過計算基礎的變形、等效應力，驗證結構強度的合理性。

施工電源裝配式基礎仿真幾何模型和網格剖分示意圖如圖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，材料的屈服強度為235 MPa，抗拉強度為375～460 MPa。

在仿真計算中，基礎結構采用正四面體網格剖分，各棱邊的網格尺寸保持一致，其中在支撐加強件附近進行了加密處理。裝配式基礎經過高品質網格劃分，節點總數為72 429，單元總數為35 688。

基于Simulation靜力仿真分析流程：設置應用材料、添加夾具、施加零部件接觸條件、應用局部接觸條件，結合上述網格劃分策略，應用網格控制方法并劃分網格，最終裝配式基礎承載應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，施工電源設備放置在基礎上時，應力集中在縱梁上，最大應力達到5.27 MPa，未超過材料的屈服強度，可以滿足要求。由圖6可以看出，產生的最大變形發生在縱梁邊緣處、艙體底座短邊位置，最大變形量為0.02 mm，變形極小，結構安全。以上說明此結構設計滿足承載要求。

2 施工電源裝配式基礎的工程應用

施工電源裝配式基礎具有結構簡單、快速投用、可重復使用、施工方便等優點，現場進行的濕作業量大量減少，作業過程更加環保，同時也減少了材料和能源的浪費，有著良好的經濟效益和環保效益，可在工程項目中大力推廣應用。

目前該施工電源裝配式基礎已經在湖北鄂州500 kV變電站建設中得到使用，如圖7所示，現場無需澆筑混凝土基礎，只需做簡單地坪，即可實現裝配式基礎的快速投用，滿足了該變電站快速建站的需求。裝配式基礎可以實現快速模塊化拼接，縮短了變電站建設周期，且各模塊無損化拆卸，能夠實現重復利用，提升了工程項目的整體經濟效益。

3 結語

施工電源裝配式基礎采用鋼結構模塊化設計、工廠化加工、現場裝配的形式，組裝成設備基礎，滿足對基礎的強度、承載力要求。同時，其使用過程高效環保，對天氣環境無特殊要求，可廣泛應用于電力、鐵路等基礎建設領域。

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收稿日期：2020-08-24

作者簡介：曹松山（1987—），男，河南濮陽人，工程師，研究方向：預裝式集成變電站。