季节冻土区斜面杆塔基础的稳定性分析.doc

大庆地区变电站土建设计方案Civil design of substation in Daqing丛海超 [1] 马建新 [2] 大庆油田电力工程设计院 [1] 大庆油田设计院 [2][摘 要] 大庆地处东北严寒地区，极端温差大且施工周期短，给电力工程建设带来一定难度变电站的建、构筑物作为电力建筑在工业建筑及建设过程中有其自身的特点，为保证变电站设计合理、运行安全，本文在工程实践基础上，从建筑、结构、构造等方面总结了大庆地区变电站土建设计中常见的一些问题，并给出相应建议[关键词] 变电站 土建工程 设计方案1 引言大庆作为重要的石油工业城市, 为确保油气能源的高产稳产，对电力保障提出了更高要求变电站是输变电系统的重要一环，对油田电网的安全平稳运行起着至关重要的影响和作用为保证变电站建设顺利、运行安全、维护方便、技术先进，我们必须高度重视变电站的设计与建设2 变电站土建设计方案分析大庆地处中温带，属于大陆性季风气候，年平均气温 3.9℃，冬季最低温度-32.4℃，夏季最高温度 35.4℃，年平均气压 0.098Mpa，累计年十分钟平均最大风速 28.28m/s，冬季主导风向西北方向，夏季主导风向正西方向，年平均降雨量 476.9mm，最大积雪深度 22cm，最大冻土深度230cm。

针对大庆地区的特殊环境，在总结以往变电站工程设计经验的基础上，对变电站土建工程的设计特点作以下几点分析2.1 建筑物部分2.1.1 建筑物应为节能型围护结构设计应从冬季防寒和夏季防热两方面综合考虑节能问题，同时创造出良好的电力设备运行环境，目前黑龙江省已下发了推荐建筑节能保温墙体的文件和技术规定采光窗推荐使用1.50m×1.50m的双层中空玻璃窗，既能合理的配置外窗面积，使窗墙比在0.4-0.7之间，将通过窗体进行的室内外热交换降到最低，降低了建筑能耗，又能使玻璃的可见光透射比不小于0.40，满足室内采光要求同时，设计时所有外窗的气密性能不应低于 《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》 （GB7107-2002）中规定的4级 【1 】 外墙挑出构件如雨蓬、挑檐等均应采取隔断热桥和保温措施，窗口外侧四周墙面，均应进行保温处理，外墙的缝隙应采用弹性保温材料加以封闭 【1】 2.1.2 预防建筑物的屋面结构与防水层裂缝的措施为适应东北高寒地区温差大的特殊环境，变电站站区建筑物的挑檐板应设伸缩缝，间距不宜大于10m平屋面防水层容易出现热胀冷缩折拉裂缝的现象，设计建议考虑每隔10m设一道弧形突起伸缩节，推荐平屋面防水材料采用抗褶皱性能良好的三元乙丙防水卷材和自粘橡胶沥青防水卷材。

2.1.3 预 防 墙 体 饰 面 裂 缝 的 措 施为提高围墙、防火墙、建筑物的饰面工程质量，设计建议控制外墙装修时机，主墙体含水量不宜大于20%（基本干透） ，环境温度宜控制在5-20℃，大面积抹灰罩面必须控制分缝间距2.1.4 控 制 最 大 伸 缩 缝 间 距建、构筑物最大伸缩缝间距宜按规范标准 85%控制，采用双咬口胶条密封式伸缩缝构造对于不适合设置伸缩缝的超长建筑物，设计中应注意控制整体结构伸缩变形的协调性2.2 结构部分2.2.1 避免结构上刚下柔由于变电站的功能特性，使得变电站的柱网及填充墙的布置必须满足电气设计的要求，从而导致变电站的填充墙出现各层布置差别较大，最终出现底部柔弱层的建筑结构底层薄弱结构在2008年汶川地震中破坏严重 【2】 ，如图1所示图1 底部薄弱框架结构破坏变电站设计时，填充墙、隔墙在平面和竖向布置上尽量注意质量、刚度均匀对称，避免上下层刚度变化过大形成薄弱层；为满足电气设计要求使得确实无法满足变电站框架结构层间刚度均匀变化的情况下，可以在电缆层设置钢支撑，这样既增加底层抗侧刚度又能满足电缆层空间的使用要求2.2 构支架部分2.2.1 户外钢结构减少现场焊接量现场焊接工艺受气候条件影响，较难保证施工质量，因此构、支架及屋外钢结构现场组装尽量采用螺栓连接，为适应70℃极端温差反复作用效果，建议所有螺栓配用防松动垫圈。

户外钢结构尽量避免焊接构造，必须采用焊接的节点宜使用Q235D、Q345D级钢材，重要焊缝等级不低于二级，严格控制焊条、焊剂型号品牌的选用，严禁使用超长焊缝或应力集中的节点构造2.2.2 建议构支架按抗疲劳构件设计现行钢结构规范对于使用寿命期内应力循环次数超过5×10 4次的结构，规定应考虑疲劳影响【3】 ，对于构、支架和避雷针等，建议按抗疲劳结构设计；对于非焊接的户外钢结构，选用钢材抗冷脆技术指标不低于Q235C、Q345C级钢材标准；并且优先采用Q235D、Q345D级钢材2.2.3 基础选型季节冻土地区由于冻胀和融沉破坏，常常会导致基础冻胀拔出，或者由于基础发生冻胀破坏，导致电杆倾斜，从而致使导线悬垂对地安全距离不满足，见图 2图 2 大庆油田某 110 千伏变电所电杆基础冻胀破坏图借助 ABAQUS 有限元软件，分别对土体冻胀和融沉时杆塔基础在外荷载作用下的稳定性进行研究，得出当基础斜面倾角大于 9.50时，基本没有位移，基础稳定设计中可取最优倾角为 1002.2.4 构架选型大庆地区变电站构架形式以传统的钢筋混凝土环形杆为主，这种构架自重大、组装和运输困难、易出现裂缝、后期维护困难。

现在南方一些城市已经放弃使用这种构架型式，而使用钢管杆，大庆地区很多厂家设备自带的构架也使用钢管杆，它具有安装简单、维修方便、强度高、抗震性好等优点，在设计中可以采用这种型式2.3 预防环境破坏影响的措施2.3.1 预防雪灾影响的措施进站道路路径选择，应避免路面低于路边自然地面，注意冬季地域主导风向，避开低洼地带和茂密林带下风侧边缘，尽量减缓寒风积雪阻断交通为防止春秋季节雨雪冻融影响交通，站内外道路不宜采用光面路面对进站道路、围墙、建、构筑物做局部地貌积雪判断，采取必要的措施，尽量避免形成积雪灾害对生产运行维护产生安全隐患；构、支架高度按电气基本要求增加对地距离0.2-0.3m2.3.2 预防冻胀破坏的措施土体冻胀力对于电缆沟、集水井、建筑物基础等地面以下设施具有较大的破坏作用，需要采取防冻胀措施可以在基础冻深范围内，沟道或基础的外侧贴护保温苯板或设置级配砂，缓解冻胀压力框架结构尽量考虑条形联合基础，地基梁下设架空隔离层，严禁地基梁或墙体直接砌筑在电缆沟或受冻胀影响的土层上建筑物室内隔墙基础也落在冻土深度以下，防止未采暖期的冻胀破坏3 结语本文通过对大庆地区变电站土建设计中一些常见问题的分析总结，得出合理性的建议，有助于今后设计。

参考文献[1] DB23/1269-2008.公共建筑节能设计标准黑龙江省实施细则[S][2] 叶列平,曲哲,陆新征,冯鹏.建筑结构的抗倒塌能力—汶川地震建筑震害的教训[J].建筑结构,2008,29(4):42-50.[3] GB50017-2003.钢结构设计规范[S]作者简介丛海超：工程师，现任大庆油田电力工程设计院院长.马建新：工程师，2008 年毕业于哈尔滨工业大学岩土工程专业，现在大庆油田设计院从事土建设计0459）5902234、13836824973、mjx911@。