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        變電站工程設計過程中非常見結構問題

        2014-04-21 07:46:37馬瑞
        新媒體研究 2014年5期
        關鍵詞:應用設計

        馬瑞

        摘 要 變電站是屬于電力系統(tǒng)基建項目中最廣泛存在的項目,在工程實踐中,除了電算模型有諸多方面需要注意,系數(shù)的選擇、計算過程的調節(jié)等都對設計結果產(chǎn)生影響,此外地基基礎的處理、構架支架的計算、建筑病害的治理等非常見問題也是我們經(jīng)常要面對的問題。

        關鍵詞 變電站工程;設計;非常見;結構問題;小結;應用

        中圖分類號:TM63 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)05-0166-02

        1 概述

        變電站是屬于電力系統(tǒng)基建項目中最廣泛存在的項目,在工程實踐中,除出了電算模型有諸多方面需要注意,系數(shù)的選擇、計算過程的調節(jié)等都對設計結果產(chǎn)生影響,此外,諸如地基基礎的處理、構架支架的計算、矩形水池等特種結構非常見問題也是我們經(jīng)常要面對的問題。

        2 注漿技術

        在電力工程施工建設過程中,經(jīng)常會遇到水的威脅和不良地層的影響,致使工程事故、停滯而產(chǎn)生損失。對于此類地下工程水害和加固軟弱地層,堵水、截流、維幕、巖土加固等諸多技術共同構成的注漿技術。注漿材料的研究主要是探索新的品種,熟悉并掌握其性能,以便更好地為生產(chǎn)建設服務,解決地下水害的問題。最早用于注漿的材料,是石灰和粘土。法國的朗格于1934年對尤斯登法加以改進。他將一種鹽預先加入到水玻璃中,由于這兩種漿液的反應需要一段時間,所以可將這兩種漿液混合后,在凝膠之前采用單系統(tǒng)方式注入。其滲透能力和擴散半徑遠較尤斯登法為大。由于水玻璃材料來源豐富、價格便宜,所以,自問世以來就得到各國的重視,如德國、法國、英國、美國、前蘇聯(lián)、日本都先后進行了許多研究工作,并且大量用于注漿技術中,因而水玻璃化學注漿法也得到了不斷的改進與完善,直到現(xiàn)在還廣泛被用于礦井、隧道、大壩、橋墩等的注漿工程之中。據(jù)日本資料報道,在所有化學注漿材料中,水玻璃漿液最廣泛使用。

        3 電力構架

        1)構架、設備支架等構筑物應根據(jù)變電站的電壓等級、規(guī)模、施工及運行條件、制作水平、運輸條件及當?shù)氐臍夂驐l件來選擇合適的結構,其外形應做到相互協(xié)調,支架還應與上部設備相協(xié)調。

        2)330 kV及以上構架柱宜采用格構式鋼結構或A字柱鋼管結構。220 kV及以下構架柱可采用水泥桿或A字柱鋼管結構。梁宜用三角形或矩形斷面的格構式鋼梁。當A字柱平面外穩(wěn)定不能滿足要求時,應設置端撐。500 kV及以上構架梁內宜設置走道并與柱的爬梯相連接。

        3)變電站的屋外構支架應采用熱鍍鋅、噴鋅或其他可靠防腐措施。

        4)屋外構支架撓度不宜超過限值。

        5)配電裝置內的平臺兩端應設置扶梯,扶梯和走道欄桿的高度為1.1 m,走道板宜用熱鍍鋅的花紋鋼板。

        6)構架及支架等構筑物,宜采用混凝土剛性基礎或鋼筋混凝土擴展基礎。

        7)構架、支架及其他構筑物的基礎,當驗算上拔或傾覆穩(wěn)定時,荷載效應應按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合,基礎上拔或傾覆彎矩應小于或等于基礎的抗拔力或抗傾覆彎矩除以限值表中的穩(wěn)定系數(shù)。當基礎處于穩(wěn)定的地下水位以下時,應計算浮力的影響。

        8)架構及設備支架的柱插入基礎杯口的深度不應小于《220kV~750kV變電站設計技術規(guī)程》表7.4.8的規(guī)定值。根據(jù)吊裝穩(wěn)定需要,柱插入杯口深度還不應小于0.05倍柱身高度。但當施工采取打臨時拉線等措施時可不受限制。

        9)構架及支架的杯口,當杯壁厚度與杯壁高度之比(當基礎為階梯型且杯口深大于第一臺階高度時,取壁厚與第一階壁高之比)大于或等于0.5(對構架)或0.4(對支架)時,允許杯壁內不配置鋼筋。杯壁厚度及底板扣除杯口深度后的凈厚度均不應小于150 mm。

        10)空心管構、支架柱底內應采取可靠防止積水措施:管底埋管或灌混凝土,混凝土上部開瀉水孔;柱腳在地面以下的部分應采取強度等級較低的混凝土包裹(保護層厚度不應小于50 mm)。并應使包裹的混凝土高出地面不小于150 mm;當柱腳地面在地面以上時,柱腳地面應高出地面不小于l00 mm。

        11)電纜溝的側壁宜采用砌體結構,在地質條件差、地基土不均勻的地段可局部采用鋼筋混凝土或混凝土結構,混凝土蓋板宜雙面配筋。對于嚴寒地區(qū),濕陷性黃土、膨脹土等地區(qū),不宜采用磚砌電纜溝。砌體溝壁頂端處宜設置混凝土壓頂梁。

        4 矩形水池實例

        4.1 設計資料

        池頂活荷P1=4.5(kN/m2);覆土厚度ht=200(mm);池內水位Hw=3000(mm);容許承載力R=90(kN/m2)。

        水池長度H=12000(mm);水池寬度B=8000(mm);池壁高度h0=3000(mm);底板外伸C1=500(mm)。

        底板厚度h1=300(mm);頂板厚度h2=200(mm);墊層厚度h3=100(mm);池壁厚度h4=250(mm)。

        地基承載力設計值R=90(kPa)。

        支柱數(shù)n1=2 ;支柱截面尺寸a1=300(mm)。

        地下水位高于底板Hd=1500(mm);抗浮安全系數(shù)Kf=1.10。

        4.2 地基承載力驗算

        1)底板面積AR1=(H+2*h4+2*C1)*(B+2*h4+2*C1)

        =(12+2*0.25+2*0.5)*(8+2*0.25+2*0.5)=128.2(m2)

        2)頂板面積AR2=(H+2*h4)*(B+2*h4)

        =(12+2*0.25)*(8+2*0.25)=106.2(m2)

        3)支柱重量Fk1=25*a1*a1*H0*n1=25*0.3*0.3*3*2=13.5(kN)

        4)池頂荷載Pg=P1+ht*18=4.5+0.2*18=8.1(kN/m2)endprint

        5)池壁重量CB=25*(H+2*h4+B)*2*H0*h4=25*(12+2*0.25+8)*2*3*0.25=768.7(kN)

        6)底板重量DB1=25*AR1*h1=25*128.2*0.3=961.5(kN)

        7)頂板重量DB2=25*AR2*h2=25*106.2*0.2=531(kN)

        8)水池全重G=CB+DB1+DB2+Fk1=768.7+961.5+531+13.5=2274.7(kN)

        9)單位面積水重Pwg=(H*B*Hw*10)/AR1=(12*8*3*10)/128.2=22.46(kN/m2)

        10)單位面積墊層重Pd=23*h3=23*0.1=2.3(kN/m2)

        11)地基反力R0=Pg+G/AR1+Pwg+Pd=8.1+2274.7/128.2+22.46+1.79=50(kN/m2)

        R0=50(kN/m2)

        4.3 水池整體抗浮驗算

        底板外伸部分回填土重Fkt=[(H+2 *h4+2*C1)+(B+2*h4)]*2*C1*H0*16=[(12+2*0.25+2*0.5)+(8+2*0.25)]*2*0.5*3*16=1056(kN)

        抗浮全重Fk=G+ht*AR2*16+Fkt(抗浮時覆土容重取16 kN/m3)=2274.7+0.2*106.2*16+1056=3638(kN)

        總浮力Fw=AR2*(Hd+h1)*10=106.2*(1.5+0.3)*10=1912(kN)

        Fk=3638(kN)>Kf*Fw=2103.2(kN)整體抗浮驗算滿足要求。

        4.4 水池局部抗浮驗算

        單位面積抗浮力G1=[(16*ht+25*h1+25*h2)*AR2+Fk1]/AR2=[(16*0.2+25*0.3+25*0.2)*106.2+13.5]/106.2=16(kN/m2)

        局部浮力Fw1=10*(Hd+h1)=10*(1.5+0.3)=18(kN/m2)

        G1=16(kN/m2)

        4.5 荷載計算

        1)池內水壓Pw=rw*H0=10*3=30(kN/m2)

        2)池外土壓Pt:池壁頂端Pt0=[Pg+rt*(ht+h2)]*[Tan(45-30/2)^2]=[8.1+18*(0.2+0.2)]*[Tan(45-30/2)^2]=5.09(kN/m2)

        池壁底端Pt1=[Pg+rt*(ht+h2+H0-Hd)+rt*Hd]*[Tan(45-/2)^2]+10*Hd=[8.1+18*(0.2+0.2+3-1.5)+10*1.5]*[Tan(45-30/2)^2]+10*1.5=34.09(kN/m2)

        池底荷載qD=Pg+(Fk1+CB)/AR2=8.1+(13.5+768.7)/

        106.2=14.20(kN/m2)

        4.6 內力計算

        (H邊)池壁內力計算:H/H0=12000/3000=4,由于H/H0>2故按豎向單向板(擋土墻)計算池壁內力。

        1)池外(土、水)壓力作用下池壁內力。

        Pt0=Pt1-Pt2=34.09-5.09=29(kN/m2)

        U=Pt2/Pt1=5.09/34.09=0.14

        V=(9*U^2+7*U+4)/20)^0.5=(9*0.14^2+7*0.14+4)/20)^0.5=0.50

        QA=[(11*Pt2+4*Pt1)*H0]/40=[11*5.09+4*34.09)*3]/40=14.0

        Y0=(V-U)*H0/(1-U)=(0.50-0.14)*3000/(1-0.14)=1.2

        最大彎矩Mn1=QA*Y0-[Pt2*(Y0^2)]/2-[(Pt0*(Y0^3)]/(6*H)

        =14.0*1.2-[5.09*(1.2^2)]/2-[29*(1.2^3)]/(6*12)=12.4(kN·m)

        底端彎矩Mn2=-(7*Pt2+8*Pt1)*H0^2/120=

        -(7*5.09+8*34.09)*3^2/120=-23.0(kN·m)

        角隅最大彎矩Mj1=-0.076*Pt1*H0^2=-0.076*34.09*3^2=-3.4(kN·m)

        2)池內水壓力作用下池壁內力。

        最大彎矩Mw1=0.0298*Pw*H0^2=0.0298*30*3^2=8.04(kN·m)

        最大彎矩位置,距底端0.553*H0=1.659(m)

        底 端 彎 矩Mw2=-(Pw*H0^2)/15=-(30*3^2)/15=-18(kN·m)

        角隅最大彎矩Mj2=-0.035*Pw*H0^2=-0.035*30*3^2=-9.4(kN·m)

        由于B邊池壁高度與H邊相同,故計算從略,內力計算結果參見H邊池壁計算。

        5 結論

        綜合考慮以各具體方案及現(xiàn)實存在的可變性因素和固定因素,進行總體上適用于電氣專業(yè)使用的結構、構筑物,分部上,每個具體構筑物或地基基礎的處理又都滿足相應的使用要求和安全性評價。

        參考文獻

        [1]韓立軍,張茂林,賀永年.巖土加固技術[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2005.

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        [4]張連明.一種廉價優(yōu)質的注漿材料——粘土水泥漿[J].大壩觀測與土工測試,1997(3):39-40.

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