变电站围墙装配式基础的设计

李丹乐，俞昇森，朱 勋，李佳丽

(国网浙江湖州供电公司，浙江 湖州 313000)

目前，国内外建筑工业化水平发展迅猛，诸如装配式楼梯[1-2]、装配式空调板[3]、装配式墙板[4-5]等方面的研究都在如火如荼地进行。为实现下部基础结构的装配化生产和施工，首先根据力学原理判断其受力分析满足要求，再通过工厂预制装配式基础模块，运输至现场后进行模块化拼装，即保证了工程质量，又提高了工程效率，从而达到质效双提升的目的。同时，原有变电站湿作业模式较难适应电力工程快速发展的市场需求，业主一旦启动项目可行性研究分析，希望尽可能压缩项目投资、项目工期等，对工程建设提出了更高的要求。

1 变电站围墙装配式基础的整体设计

本文设计的基础形式，其整体思路是：当站内外高差在1 m 以内时推荐使用，相比于传统墙下条形基础的湿作业做法，起到了加快施工进度、便于质量把关、减少资金投入、避免恶劣天气对施工的影响等积极作用。且本文设计研究的装配式基础，由于宽枕构件间为分离式安装放置，构件下部土的应力分布情况比条形基础简单，平均附加应力更小，因此基础计算更易满足地基承载力、变形和稳定性要求。

本文参考了文献[6]、文献[7]、文献[8]研究成果，优化设计出一种变电站围墙装配式基础，该基础整体形式如图1所示。

图1 变电站围墙装配式基础的整体形式

1.1 宽枕构件布置及样式

经研究可以发现，如若基础梁换由变电站围墙装配式基础承载，各段基础梁端部（非转角处）和L 形转角处的宽枕构件可以采用不同锚固位置的杯口型宽枕构件。这两种宽枕构件即构成本文描述的变电站围墙装配式基础，具体样式分别如图2、图3所示。

图2 非转角处宽枕构件

图3 转角处宽枕构件

1.2 宽枕构件安装方法

本文宽枕构件相应的安装方法决定采用预设拉锚钢筋与预制基础梁进行锚固，其形式如图4所示。

图4 预设拉锚钢筋示意图

1.3 宽枕构件吊装方式

预制构件的吊装方案应充分结合实际，综合考虑起重设备的吊装能力、构件的外观及尺寸、构件的起落位置等因素确定。为保证预制构件吊装过程的安全，应选用经检测合格的吊具和起重设备；应采取可靠技术措施确保吊装过程中多点一线（即吊具、挂钩中心线及构件重心）；吊装过程应缓慢进行，宜按45°～60°夹角控制，尽可能一次性吊装到位，避免长时间悬停或大幅度摆动。

本文宽枕构件相应的吊装决定采用4点水平起吊的方式，吊点位置设于底板各边中点，如图5所示。

图5 四点水平起吊的宽枕构件

2 宽枕构件的优化设计

2.1 拟定宽枕构件模型尺寸

2.1.1 非转角处宽枕构件

非转角处宽枕构件服务的位置是各段基础梁端部，梁段将荷载有效传递至两侧墩板，综合考虑墩板的受剪切、抗冲切能力，取其宽度为0.25 m。据初步的受力分析，取底板尺寸1.2 m×0.9 m，底板厚100 mm，构件总高0.5 m（可根据基础埋置深度等实际情况作相应调整）。底板钢筋保护层厚度取35 mm，两侧墩板厚度取0.15 m。针对整个构件承载能力而言，钢筋网的受力情况主要取决于两侧墩板，厚度过薄易受剪切力的作用，造成中部钢筋过早受拉屈服强度下降，直至破坏，过厚虽可以很好地将力分散到两端，但也容易产生材料过度浪费的现象。

因此，非转角处宽枕构件模型尺寸设定如图6所示。单个构件的重量约650 kg，便于实际生产的运输与吊装。

图6 非转角处宽枕构件正侧视图

2.1.2 转角处宽枕构件

转角处宽枕构件服务的位置是围墙L形转角处，同理梁段将荷载有效传递至两侧墩板。且在L 形转角处，由于构件受偏心荷载，除分析墩板受剪切、冲切等作用外，底板及支撑基础梁的墩板等部位均会受到附加弯矩作用，综合考虑仍将墩板宽度取为0.25 m。进而，取底板尺寸1 m×1 m，底板厚100 mm，构件总高0.5 m（可根据基础埋置深度等实际情况作相应调整）。两侧墩板的厚度取0.15 m，底板钢筋保护层厚度同非转角处宽枕构件取为35 mm。

因此，转角处宽枕构件模型尺寸设定如图7 所示。单个构件的重量约620 kg，便于实际生产的运输与吊装。

图7 转角处宽枕构件正侧视图

2.2 宽枕构件模型尺寸验算

当宽枕构件采用本文3.1 小节拟定的模型尺寸，经《建筑地基基础设计规范》GB 50017-2011 计算分析得知，宽枕构件即基础的受冲切承载力、受剪切承载力等均满足规范要求，构件尺寸设计较为合理。

同时，通过抗弯计算确定基础底板实配双向E12@150的HRB400钢筋。

2.3 底板钢筋网格形式

2.3.1 非转角处宽枕构件

因非转角处宽枕构件传力形态与传统独立基础类似，钢筋网格形式用普通的平行于底板边的布筋形式，如图8所示。

图8 钢筋网格示意图（1）

2.3.2 转角处宽枕构件

因转角处宽枕构件传力形态相较于传统独立基础差异性较大，钢筋网格形式不再是普通的平行于底板边的布筋形式。本文将其底板钢筋网格形式采用双层双向对角连线的布筋形式，且最外层有一根构造（架立）钢筋，采用与底板边成90°夹角的布筋形式。研究发现，此种钢筋网格形式之所以能够有效控制转角处宽枕构件变形，主要在于墩板连线方向混凝土的抗拉强度小于极限拉应力值，充分抑制边角翘曲变形现象产生；与底板边成对角连线的钢筋与墩板连线方向平行或垂直，更有利于控制构件在正常使用极限状态下的变形，发挥承载能力极限状态下的强度。钢筋网格形式如图9所示。

图9 钢筋网格示意图（2）

3 变电站围墙应用装配式基础的经济效益分析

变电站围墙装配式基础具有可适用范围广、场景多，构件布置及样式简单，安装及吊装方式易实现，回收再利用率高等优点，同时彻底摆脱了现场湿作业，减少了环境污染，节约了人材机等直接经济成本，有较好的经济效益。

围墙装配式基础在变电站中的应用，能够充分保证产品构件的原生质量，压缩施工工期，提升施工效率，解决现场湿作业浇筑基础受天气、温度影响大等难题。同时，装配式基础生产、运输及安装等各环节均较为便捷的特点，减少了材料和资源浪费。此外，采用预制装配式基础可进一步提高电力部门供电可靠性和应急处置能力，缩短抢修、技改、基建作业等停电时间，将用户停电率降至最低，对提高业扩报装等可产生间接的经济效益。最后，研究的产品实物在某变电站成功示范应用的基础上，引导全新商业模式助推变电站围墙装配式基础大面积推广使用，长远的经济效益显著。

4 结束语

本文设计研究的变电站围墙装配式基础，其基本构件型式主要有非转角处宽枕构件和转角处宽枕构件两种。其中，非转角处宽枕构件服务于各段基础梁端部位置，转角处宽枕构件服务于围墙L 形转角处。

针对变电站围墙装配式基础进行优化设计。主要从整体思路、宽枕构件的布置、样式、安装方法、吊装方式和尺寸拟定等多方面展开研究，尤其创新性地提出将转角处宽枕构件的底板钢筋网格形式采用双层双向对角连线的布筋形式，更有利于控制构件在正常使用极限状态下的变形，发挥承载能力极限状态下的强度。