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小议设备基础的设计与施工

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现场施工完毕后,发现设备需要焊接在钢板上的焊点只有区区几段。如果工艺和土建之前能密切配合,提前知道焊点的位置,改周圈布置钢板为间断布置,就能节省下部分费用;而且这是不难做到的。设计人员需要清楚的是设备的荷载分布情况、有无动荷载、基础顶面、底面要求的标高、预埋件的分布情况、预留孔的情况。还要注意到是否与其他设备或者建筑基础有冲突,并根据情况作相应调整。某些厂房基础做得很大,平面上排不开,就只能降厂房的基础,使设备基础压在厂房基础之上,这部分设备基础的荷载就传到了厂房基础之上,厂房基础就需要重新校核。设备基础的顶面标高应由设备条件确定,底面标高应根据设备条件和结构专业要求确定。在满足工艺要求和地基承载力要求的前提下,设备基础应浅埋,在有季节性冻土分布的地区,基础底面应埋置在冻土厚度之下。

基础的配筋应按照计算确定,满足受压、受弯、受剪、冲切的要求。对于设有暗道等型式复杂的设备基础,应在必要的地方加设暗柱、暗梁,使得设备基础作为结构受力清晰,传力明确。应按工艺要求设置预埋件。对于卧置在地基上的块型设备基础,基本只受压力作用,可以采用素混凝土浇筑,但是考虑大体积混凝土施工的裂缝问题,一般在顶层或底层配置钢筋网。《混凝土结构设计规范》规定“卧置于地基上的混凝土板,板中受拉钢筋的最小配筋率可适当降低,但不应小于0.15%。”对于板式的设备基础,应满足这个要求,对于厚度较大的设备基础(一般设备基础的埋深,在不考虑冻土的情况下,至少是地面以下500mm,顶面高出地面200~300mm,对于一个平面尺寸2m×2m的设备基础,所受弯矩相对厚度来讲,几乎可以忽略不计,应该可以算是厚度较大了)则不应该认为是“板”,因而不必满足这条规范。实际上,对于块型的设备基础,所配置的钢筋均不受力,对于这种构造钢筋,需要从浇筑混凝土体积大小来选择钢筋的种类和间距,以控制混凝土收缩为目的钢筋,设置太大太密并无必要,一些小型设备基础,对裂缝要求不敏感,做成素混凝土墩也没问题。对于产生震动的设备,需要满足《动力机器基础设计规范》的要求,“体积为20~40m3的大块式基础,应在基础顶面配置直径10mm,间距200mm的钢筋网”;“体积大于40m3的大块式基础,应沿四周和顶、底面配置直径10~14mm,间距200~300mm的钢筋网。”

对于某些动力设备基础,为防止设备振动导致结构破坏或者建筑地面的破碎,需采取隔振措施。一般的做法是为设备基础设计一个池子,底板和侧壁按计算求得,底板上铺设细砂卵石层,上铺油毡,然后打垫层,浇筑混凝土。池子侧壁与设备基础间设置隔震沟,内填沙,以达到隔震的效果。有些设备基础并不产生震动,依然需要隔震措施,这些设备往往精度要求高(光学厂房较常见),对外来震源敏感,这样的设备基础除了上述隔震要求外,还需要尽量将设备基础体积做大,以保证其在外来震源下的稳定性。对大块体的设备基础应考虑裂缝控制问题,应尽量选择强度等级低、低水化热水泥配制的混凝土,钢筋尽量选择直径小、间距小的配置方式。

设备基础体形复杂,体量大,防止混凝土表面出现裂缝是重要的要求。设备基础,尤其是大体积的设备基础表面产生裂缝的原因与梁板表面的裂缝不同。梁板裂缝一般为受力裂缝,是由于混凝土构件在荷载作用下,混凝土受拉端的拉应力大于混凝土抗拉强度而产生的。大体积混凝土设备基础的裂缝产生原因较复杂,但主要是混凝土浇筑时产生的大量水化热,混凝土表面在凝固时,随着水化热的耗散,温度降回环境温度,混凝土收缩而产生的裂缝。混凝土收缩裂缝一般分布在表面,因为大体积混凝土中心部分由于受到周围混凝土的约束,不会开裂,而表面的混凝土无约束,裂缝开展的情况就较严重。

为了防止混凝土表面的裂缝出现和发展,除了在表面设置抗裂钢筋外,还应尽量选择低热水泥配置混凝土,如矿渣水泥,粉煤灰水泥等,可以加入外加剂,以降低水灰比,减少水化热。在长条形的大体积混凝土施工中,可以设置后浇带,以使大型设备基础分割成小块,待混凝土收缩基本完成后(通常40天),再用高标的细石混凝土灌实填密。有些大型设备基础采用分块分层浇筑,以保证水化热的散发。采用这种方法宜在每层混凝土表面设置钢筋网,以防止每层表面出现裂缝;对施工缝的处理也应精细,浇筑下一层前应扫除灰尘、清除杂物,并在表面凿毛,以确保混凝土连成一体。大型设备基础的养护工作也相当重要,要在浇筑完毕后的12h内及时用草垫覆盖,蓄水10cm养护不少于3天,并尽量晚拆模。由于混凝土表面裂缝原因的多样性和施工现场的不确定性,故而即使采用了以上措施,也难保证一定不出现裂缝。当出现表面裂缝时,应在裂缝处涂环氧胶泥或喷水泥砂浆进行表面封闭处理;当出现贯穿裂缝时,应采用压力灌浆进行修补。

设备基础的设计需要与工艺专业密切配合,既满足工艺要求又尽量经济合理;施工要控制精确度,防止因为表面裂缝等原因导致设备安装出现问题。只有设计精心,施工精细,才能做出良好的设备基础。

作者:王志从张宇单位:中国核电工程有限公司河北分公司北方工程设计研究院有限公司

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