刚性地板在110kV及以下电力工程建设中的实际应用

引言

在工程建设领域中,电力工程建设由于其运行的特殊性,无论是作为中继连接点的变电站、开关站,还是作为末端输出的配电房,建成之后均需要安装各种电气设备,并要保证设备长期稳定运行供电,保障周边工业用电或者居民用电。各种电气设备在安装固定设备基础之后需要连接通电,安装连接分为硬连接和软连接。高压柜之间并排成列需要采用铜排硬连接,高压柜、低压柜和变压器错列布置则需要采用电缆软连接:电缆一般敷设在电缆沟内,通过设备基础的预留孔引上分别接入高压柜、低压柜和变压器。同样,由于电力工程或者电力设备的带电运行,其高危性不言而喻,不论是110kV变电站、10kV开关站,还是10kV配电房都会分布于工业园、居住小区或者城中村的角落位置,防止普通人误闯触电。这种角落位置的地理地形环境一般比较差,要么是处在回填土上,要么是在池塘边或者水沟边。在较差的地理地形环境建设工程中,如果对建筑物基础及设备基础处理不够妥善,建筑物或者设备基础在建成投产后数年内往往会发生沉降问题,影响工程质量甚至可能造成安全事故。

1110kV及以下电力工程变压器基础及设备基础设计存在的问题

由于电力工程建设的行业参考资料《南方电网公司标准设计和典型造价V1.0》对变压器及设备基础没有单独考虑不良地理环境的处理,部分设计人员经验不足套用标准设计,不单独考虑对这部分基础进行具体的地基处理,就会导致目前建成的110kV变电站、10kV开关站或者10kV配电房投运数年之后,基础会过度沉降或者不均匀沉降,如果沉降差异过大,就会使相应的上部结构产生额外应力。当额外应力超过设计限度时,将会产生裂缝、倾斜甚至破坏,导致室内地面高低不平,设备之间形成高低差,破坏已经连接好的铜排或者电缆,使设备之间的软硬连接错位,接触不良。轻则建筑物墙身出现裂纹,室内地面破碎,影响整体美观性:重则供电设备报警,上传错误数据至调度,或者连接位置接触不良直接停止供电,日后需要长时间停电专门进行维护,影响周边居民和工业的正常生活生产,不能保证供电稳定性。

2刚性地板的优缺点详述

设备安装完成后在日常运行过程中,是不允许出现由各种因素导致的故障停电,针对在不良地形上建造110kV及以下的变电站、开关站或者配电房,地基处理不好可能会导致建筑物或者设备基础出现不均匀沉降的问题,除了需要根据地质勘察报告要求,并结合周边环境的影响,考虑对建筑物的基础承台采用锤击桩、静压桩或者灌注桩等处理措施外,建筑物的设备间底部设计同样需要考虑各种设备的荷载,出具符合要求的设计方案。由于110kV变电站主控楼内的10kV高压室需要布置高压柜、站用变、电缆沟等设施,而10kV开关站和配电房需要布置高低压柜和变压器,高压柜和低压柜均为成列紧密布置,为各个设备基础单独设置桩基,这样存在布置间距不足、施工步骤繁琐以及综合成本过高等问题。综合比较各种处理方案,包括施工实施的难易程度和所需费用的大小,目前行之有效、实用性比较强的方案是在建筑物的设备间底部增加一层刚性地板。

传统的刚性地面按照08G101一11《G101系列图集施工常见问题答疑图解》的定义是:刚性地面系指无框架梁的建筑地面,其平面内的刚度比较大,在水平力作用下,平面内变形很小:其他硬质地面达到一定厚度也属于刚性地面,如石材地面、沥青混凝土地面及有一定基层厚度的地砖地面等。根据08G101一11对刚性地面的常规做法,它既没有对刚性地面的板厚适用范围进行定义,也没有设置钢筋与地梁进行锚固连接,其本质上仍然属于独立地面或者独立基础的做法,与地梁或者其他基础的衔接位置存在接口处理问题,如果按照这种不锚固钢筋的地面做法,对基础的不均匀沉降后期的改善几乎没有效果。

在110kV及以下电力工程建设中,实际应用的改进做法为将地板设置在基础承台顶部,板面高度为一0.700:视环境因素影响,板厚一般取300mm,双向双层配筋,钢筋锚入地梁,并且地梁加高至＋0.300,采用+30混凝土浇筑,使底部结构与建筑物形成一个整体框架,内部空间为1m高度,预留给设备基础及电缆沟砌筑。这样的做法可以增加地板的抗弯、抗折及抗扭强度,使地板与地梁形成一体式结构,增加了梁壁的抗渗强度。

该改进做法具备以下优点:

(1）刚性地板与建筑物形成整体,并依靠建筑物的基础和板块自身的设计强度承载受力,即使设备基础所处位置的地基因各种因素,如地质勘察报告准确性差、设计方案不合理或者施工方不按图施工等,处理不好也不会单独不均匀沉降,破坏整体稳定性。

(2）刚性地板与加高的地梁形成钢筋混凝土一体式结构,可以有效防止地下水由底部结构渗入,侵蚀室内的电缆沟、电缆以及设备基础。

(3）刚性地板建造完成后,建筑物下部形成一个平整的内部空间,方便室内的设备基础、电缆沟和室内地面的施工。

(4）与总体工程量相比,额外增加的刚性地板的工程量所需费用增加不大,不会对总体工程造价造成影响。

(5）刚性地板的设计及施工做法难度总体不大,对建筑物和设备基础的单独沉降和不均匀沉降防护效果显著。

(6）该方案可改进建筑物的结构设计,应用范围广,适应性强。

由于110+k变电站的主控楼、10+k开关站及配电房的建筑物长度、宽度控制合理,面积最大的110+k变电站主控楼按照南方电网的标准设计是5V4×1m4,首层的10+k高压室尺寸一般为204×104,在建筑物内为首层的设备室设置刚性地板不需考虑设置后浇带或者伸缩缝,只需验证其结构整体稳定性满足相关规范要求即可。

3结语

虽然各个变电站、开关站或者配电房所处的地理位置不一样,刚性地板的具体做法还需要考虑结构构造是否合理,验证建筑物框架的整体强度是否满足要求,地板厚度、钢筋配筋的大小及间距需按实取值,以及地板底部的基层土如何处理等。但简单而言,刚性地板就是将建筑物楼板的常规做法进行加强,将其设置在建筑物基础底部,依靠建筑物的底部承台基础及刚性地板自身强度承受荷载,底板底部的基层土可采用强夯、排水固结换土处理或者采用换填的石粉进行支撑,刚性地板具备施工方法简单、改善及防护成效显著、应用范围广和对地形适应性强等优点。

综上所述,在110+k变电站主控楼、10+k开关站或者配电房设置刚性地板,是应用于各种电力设备基础和电缆沟道的不均匀沉降防护处理较为有效而简单易用的技术方案。