施工电源装配式基础的研究与应用

曹松山 闫凯 殷建刚

摘要：对变电站建设中使用的施工电源装配式基础进行了研究，包括装配式基础的结构设计、防腐工艺、走线方案及受力分析等，简要介绍了施工电源装配式基础在工程项目中的应用情况。

关键词：装配式基础;H型钢结构;防腐;受力分析

0 引言

2012年，国家电网公司全面开展标准配送式智能变电站试点工作，推行“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”理念，即对变电站内建筑物采用通用设计方案，实现变电站的标准化、模块化建设。

为满足变电站模块化建设需要，施工电源应具备快速部署、可重复利用的特性。通常施工电源安装前需先用砌体或混凝土建造设备基础，此过程周期较长。开关施工电源设备虽已实现模块化安装功能，但设备基础每次都要现场浇筑，土建施工的工程量较大，且工期较长。施工电源每次服役0.5～1年，工程结束后，需要拆除基础，造成混凝土浪费，污染环境。因此，为了缩短现有变电站改建、扩容的施工工期，在最短时间内实现新旧设备更换，本文设计了一种能在现场快速组装的移动变电站施工电源装配式基础，既能缩短施工周期，又能创造一定的社会效益和经济效益。

1 施工电源装配式基础研究

1.1    装配式基础概述

常规混凝土基础浇筑工艺复杂、施工效率较低，已不能完全适应施工电源高效投运的要求，在这种情况下，就需要一种能满足施工电源“即到即用”需求的装配式基础，从而提升施工电源的使用效率。

施工电源设备宜采用装配式钢结构基础，其具备转运便捷、可重复利用的特点，可解决常规混凝土基础施工效率低、影响施工电源使用效率的问题。

施工电源设备基础采用轻钢结构制作且安装简单，采用5根基于H型钢结构的条状基础，其长度尺寸根据施工电源设备长宽而定，各基础间相互独立，使用时将5根条状基础以搭积木的形式摆放到水泥垫层上即可。基础的摆放位置应充分考虑施工电源的载荷分布情况及施工电源的进出线位置，在满足承重要求的情况下，预留出外部接线空间。施工电源装配式基础一般视图如图1所示。

1.2    装配式基础结构设计

施工电源装配式基础采用基于H型钢的条形结构，H型钢为300 mm×300 mm宽翼型钢（件1），长度根据施工电源外形尺寸及基础布置形式设计。为提高H型钢承载能力及稳定性，在H型钢两侧焊接加强板结构（件2），该件采用10 mm厚热轧钢板制作，同时兼作基础的吊挂结构。施工电源装配式基础三视图如图2所示。

1.3    装配式基础防腐研究

施工电源装配式基础由于直接放置在地面，长期受到地表潮湿环境影响且存在短期浸水可能，此外需要经常在不同施工现场间转移使用，故对基础的防腐要求很高，需要满足不同区域腐蚀环境级别要求。经综合考虑，本文装配式基础的防腐设计按照《色漆和清漆-防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护 第2部分：环境分类》（ISO 12944-2—2017）中C5-M环境级别设计。

为保证基础防腐寿命，设计人员在明确环境条件后，需从材料选型、表面防护等方面有针对性地开展防腐设计。单根基础采用热轧H型钢焊接而成，焊接前零件需经过酸洗、磷化等前处理工序，去除工件表面油污及铁锈，并在工件表面形成一层致密磷化膜，以增强喷漆附着力。工件经焊接及焊缝处理后，将进行喷漆工序，喷漆采用多道防腐工艺，包括工件底漆、中间漆、面漆的喷涂作业。其中，底漆采用环氧富锌底漆（锌粉含量不低于80%），干膜厚度50～80 μm，中间漆采用环氧云铁中间漆，干膜厚度150～180 μm，最外层采用沥青漆，干膜厚度120～140 μm，总干膜厚度280～400 μm。施工电源装配式基础的防腐工艺路线如图3所示。

1.4    装配式基础走线研究

施工电源采用底部进出线形式，高压侧电缆从高压室底部进入高压柜内，在摆放基础时预留豁口，作为高压室外侧进缆口。低压侧出线从低压室底部引出施工电源设备，由于低压线缆线径较粗且比较多，考虑将横向基础错开低压室放置，以便预留出整体出线通道。

基础按要求摆放好后，施工电源即可放置在基础上，基础高出水泥垫层300 mm，并在进出线位置预留豁口，故基础无需下沉，人员在地面上即可完成施工电源进出线接线工作。

1.5    装配式基础受力分析

施工电源装配式基础能否正常使用，需校核其承载能力。在设计载荷范围内，装配式基础的应力、变形等参数应符合设计要求。本文通過采用Simulation有限元分析软件，对基础的承载能力进行分析，通过计算基础的变形、等效应力，验证结构强度的合理性。

施工电源装配式基础仿真几何模型和网格剖分示意图如图4所示，在仿真分析中，材料采用Q235B热轧钢，其杨氏模量为200 GPa，泊松比为0.3，材料的屈服强度为235 MPa，抗拉强度为375～460 MPa。

在仿真计算中，基础结构采用正四面体网格剖分，各棱边的网格尺寸保持一致，其中在支撑加强件附近进行了加密处理。装配式基础经过高品质网格划分，节点总数为72 429，单元总数为35 688。

基于Simulation静力仿真分析流程：设置应用材料、添加夹具、施加零部件接触条件、应用局部接触条件，结合上述网格划分策略，应用网格控制方法并划分网格，最终装配式基础承载应力分布云图和位移分析云图分别如图5、图6所示。

由图5可以看出，施工电源设备放置在基础上时，应力集中在纵梁上，最大应力达到5.27 MPa，未超过材料的屈服强度，可以满足要求。由图6可以看出，产生的最大变形发生在纵梁边缘处、舱体底座短边位置，最大变形量为0.02 mm，变形极小，结构安全。以上说明此结构设计满足承载要求。

2 施工电源装配式基础的工程应用

施工电源装配式基础具有结构简单、快速投用、可重复使用、施工方便等优点，现场进行的湿作业量大量减少，作业过程更加环保，同时也减少了材料和能源的浪费，有着良好的经济效益和环保效益，可在工程项目中大力推广应用。

目前该施工电源装配式基础已经在湖北鄂州500 kV变电站建设中得到使用，如图7所示，现场无需浇筑混凝土基础，只需做简单地坪，即可实现装配式基础的快速投用，满足了该变电站快速建站的需求。装配式基础可以实现快速模块化拼接，缩短了变电站建设周期，且各模块无损化拆卸，能够实现重复利用，提升了工程项目的整体经济效益。

3 结语

施工电源装配式基础采用钢结构模块化设计、工厂化加工、现场装配的形式，组装成设备基础，满足对基础的强度、承载力要求。同时，其使用过程高效环保，对天气环境无特殊要求，可广泛应用于电力、铁路等基础建设领域。

[参考文献]

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[2] 荣洋，王小平，曾华益，等.电力设备装配式基础研究现状[J].建材世界，2019，40（3）：63-66.

[3] 侯国求，袁理明，武永光，等.雷神山应急临时医院结构设计体会[J].华中建筑，2020，38（4）：32-38.

收稿日期：2020-08-24

作者简介：曹松山（1987—），男，河南濮阳人，工程师，研究方向：预装式集成变电站。