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現場施工完畢后,發現設備需要焊接在鋼板上的焊點只有區區幾段。如果工藝和土建之前能密切配合,提前知道焊點的位置,改周圈布置鋼板為間斷布置,就能節省下部分費用;而且這是不難做到的。設計人員需要清楚的是設備的荷載分布情況、有無動荷載、基礎頂面、底面要求的標高、預埋件的分布情況、預留孔的情況。還要注意到是否與其他設備或者建筑基礎有沖突,并根據情況作相應調整。某些廠房基礎做得很大,平面上排不開,就只能降廠房的基礎,使設備基礎壓在廠房基礎之上,這部分設備基礎的荷載就傳到了廠房基礎之上,廠房基礎就需要重新校核。設備基礎的頂面標高應由設備條件確定,底面標高應根據設備條件和結構專業要求確定。在滿足工藝要求和地基承載力要求的前提下,設備基礎應淺埋,在有季節性凍土分布的地區,基礎底面應埋置在凍土厚度之下。
基礎的配筋應按照計算確定,滿足受壓、受彎、受剪、沖切的要求。對于設有暗道等型式復雜的設備基礎,應在必要的地方加設暗柱、暗梁,使得設備基礎作為結構受力清晰,傳力明確。應按工藝要求設置預埋件。對于臥置在地基上的塊型設備基礎,基本只受壓力作用,可以采用素混凝土澆筑,但是考慮大體積混凝土施工的裂縫問題,一般在頂層或底層配置鋼筋網。《混凝土結構設計規范》規定“臥置于地基上的混凝土板,板中受拉鋼筋的最小配筋率可適當降低,但不應小于0.15%。”對于板式的設備基礎,應滿足這個要求,對于厚度較大的設備基礎(一般設備基礎的埋深,在不考慮凍土的情況下,至少是地面以下500mm,頂面高出地面200~300mm,對于一個平面尺寸2m×2m的設備基礎,所受彎矩相對厚度來講,幾乎可以忽略不計,應該可以算是厚度較大了)則不應該認為是“板”,因而不必滿足這條規范。實際上,對于塊型的設備基礎,所配置的鋼筋均不受力,對于這種構造鋼筋,需要從澆筑混凝土體積大小來選擇鋼筋的種類和間距,以控制混凝土收縮為目的鋼筋,設置太大太密并無必要,一些小型設備基礎,對裂縫要求不敏感,做成素混凝土墩也沒問題。對于產生震動的設備,需要滿足《動力機器基礎設計規范》的要求,“體積為20~40m3的大塊式基礎,應在基礎頂面配置直徑10mm,間距200mm的鋼筋網”;“體積大于40m3的大塊式基礎,應沿四周和頂、底面配置直徑10~14mm,間距200~300mm的鋼筋網。”
對于某些動力設備基礎,為防止設備振動導致結構破壞或者建筑地面的破碎,需采取隔振措施。一般的做法是為設備基礎設計一個池子,底板和側壁按計算求得,底板上鋪設細砂卵石層,上鋪油氈,然后打墊層,澆筑混凝土。池子側壁與設備基礎間設置隔震溝,內填沙,以達到隔震的效果。有些設備基礎并不產生震動,依然需要隔震措施,這些設備往往精度要求高(光學廠房較常見),對外來震源敏感,這樣的設備基礎除了上述隔震要求外,還需要盡量將設備基礎體積做大,以保證其在外來震源下的穩定性。對大塊體的設備基礎應考慮裂縫控制問題,應盡量選擇強度等級低、低水化熱水泥配制的混凝土,鋼筋盡量選擇直徑小、間距小的配置方式。
設備基礎體形復雜,體量大,防止混凝土表面出現裂縫是重要的要求。設備基礎,尤其是大體積的設備基礎表面產生裂縫的原因與梁板表面的裂縫不同。梁板裂縫一般為受力裂縫,是由于混凝土構件在荷載作用下,混凝土受拉端的拉應力大于混凝土抗拉強度而產生的。大體積混凝土設備基礎的裂縫產生原因較復雜,但主要是混凝土澆筑時產生的大量水化熱,混凝土表面在凝固時,隨著水化熱的耗散,溫度降回環境溫度,混凝土收縮而產生的裂縫。混凝土收縮裂縫一般分布在表面,因為大體積混凝土中心部分由于受到周圍混凝土的約束,不會開裂,而表面的混凝土無約束,裂縫開展的情況就較嚴重。
為了防止混凝土表面的裂縫出現和發展,除了在表面設置抗裂鋼筋外,還應盡量選擇低熱水泥配置混凝土,如礦渣水泥,粉煤灰水泥等,可以加入外加劑,以降低水灰比,減少水化熱。在長條形的大體積混凝土施工中,可以設置后澆帶,以使大型設備基礎分割成小塊,待混凝土收縮基本完成后(通常40天),再用高標的細石混凝土灌實填密。有些大型設備基礎采用分塊分層澆筑,以保證水化熱的散發。采用這種方法宜在每層混凝土表面設置鋼筋網,以防止每層表面出現裂縫;對施工縫的處理也應精細,澆筑下一層前應掃除灰塵、清除雜物,并在表面鑿毛,以確保混凝土連成一體。大型設備基礎的養護工作也相當重要,要在澆筑完畢后的12h內及時用草墊覆蓋,蓄水10cm養護不少于3天,并盡量晚拆模。由于混凝土表面裂縫原因的多樣性和施工現場的不確定性,故而即使采用了以上措施,也難保證一定不出現裂縫。當出現表面裂縫時,應在裂縫處涂環氧膠泥或噴水泥砂漿進行表面封閉處理;當出現貫穿裂縫時,應采用壓力灌漿進行修補。
設備基礎的設計需要與工藝專業密切配合,既滿足工藝要求又盡量經濟合理;施工要控制精確度,防止因為表面裂縫等原因導致設備安裝出現問題。只有設計精心,施工精細,才能做出良好的設備基礎。
作者:王志從張宇單位:中國核電工程有限公司河北分公司北方工程設計研究院有限公司