浅谈大型设备基础的设计与施工

浅谈大型设备基础的设计与施工

李素斌

身份证号码： 13233119760905**** 河北石家庄 050000

摘要： 大型设备基础设计的成功与否与工艺及设备专业的密切配合关系极大，土建专业人员应深入了解设备的工作特性、安装和检修情况、荷载、地脚螺栓方位及对基础设计的要求等。施工前应进行图纸会审，根据一系列理论计算提出施工阶段的综合抗裂措施，制定关键部位的施工作业指导书。

关键词：大型设备；基础；设计；施工

引言：

设备基础设计成功与否，与工艺和设备专业密切配合关系极大，土建专业人员应深入了解设备的工作特性、安装和检修情况、荷重、地脚螺栓、方位以及对基础设计的要求等。大型设备基础一般属于大体积混凝土范畴，故其施工应重点考虑混凝土硬化时产生较大水化热及收缩应力而造成的混凝土开裂。

1 大型设备基础的重要性

设备基础上安装价格较为昂贵的生产设备，若出现问题将危及生产，其后果严重，故安全等级一般取二级，基础采用整体性较好的混凝土结构。鉴于项目设备日渐大型化，大型设备基础的成功浇筑为设备顺利安装创造条件成为施工管理中必须加强重视的控制节点。石化项目中设备基础大致可分类为泵类，槽、储罐类，工业炉，冷箱，塔形设备基础及压缩机基础。本文以空分冷箱基础为例，从设计构造及施工角度出发对冷箱基础在设计与施工中应该引起足够重视的环节进行剖析。

2 大型设备基础的设计

2. 1 设计时应取得的资料

1）工艺条件图。包括设备布置，冷箱几何尺寸和箱底标高，冷箱设备总重、物料重、配管等附件重、隔冷填料重、冷箱底的温度、地脚螺栓的位置和规格、安装要求等。

2）冷箱在装置中的坐标位置、基础顶面的设计标高。

3）建设场地的工程地质和水文地质勘察资料。

2. 2 冷箱基础计算应考虑的荷载

冷箱基础的计算应考虑的永久荷载包括：设备重、物料重、隔冷填料重、基础自重、对由永久荷载效应控制的基本组合，分项系数取1.35。可变荷载包括：风荷载、雪荷载，分项荷载系数取1.4。

2. 3 冷箱基础设计的构造要求

由于冷箱基础本体混凝土经常处于负温下，故应有抗冻标号不应小于D100，而含水率直接影响抗冻能力，故对混凝土有抗渗等级要求不小于P12。抗冻混凝土制作时加入引气剂，可使混凝土空隙内充满很多小气泡，起到防水的作用。温度变化时还有一定的弹性，使混凝土不致开裂，以达到抗冻效果。基础面层为50~100mm 厚C40 细石混凝土并配以间距100mm 的双向钢筋网，钢筋网直径由计算确定，以承受设备自重。基础在设计中的一些构造要求：表面标高偏差不大于5mm；基础周边配筋直径不小于φ14mm；顶部周边配筋直径大于φ22mm 等，设计中由计算确定的参数还要与构造要求相符。

3 大型设备基础施工前的理论计算

因冷箱基础底板较厚，根据《大体积混凝土施工规范》（GB50496—2009）[1]第3.03 条，宜对施工阶段浇筑体的温度、温度应力及收缩应力进行试算，确定温升峰值、里表温差及降温速率的控制指标，进而制定相应的温控技术措施，故施工前的理论计算是非常关键的。另根据《大体积混凝土温度测控技术规范》（GBT/51028—2015）第[2]6.1.2 条，经试算或实测混凝土试样的中心温度大于80℃时宜采用水冷却方式控制混凝土温度。空分冷箱基础的施工，基础拟采用循环冷却水冷却与蓄热养护法相结合来控制内外温差，确保工程质量。下面对某项目空分冷箱基础的施工专项方案中的理论计算过程做一定的叙述，希望对以后的冷箱基础及其他大体积混凝土基础施工中的理论计算提供一些参考。

3.1 判断是否使用冷却水管降温的主要原因

对大体积混凝土采用水冷却的条件确定主要是取决于混凝土中心最高温度，并非所有大体积混凝土都需要采用水冷却工艺，且如果基础厚度不大，中心温度不高时采用水冷工艺，不但成本增加且不利于均匀缓慢消除混凝土内部应力。当估算中心最高温度大于80℃时，延迟钙矾石反应对于混凝土结构有破坏作用，要使其温度下降到与环境温度相差不大时，需花费时间长，如此阶段天气变化或昼夜温差大，混凝土内外温差过大，浇注体里表温差大于25℃时出现温差应力裂缝的概率大大增加。

3. 2 理论计算

1）估算混凝土中心最高温度

Tmax=T0+T(t)ξ

T（t）=mcQ /Cρ

2）计算混凝土表层温度

Tb(t)=Ta+4·h′(H-h′)ΔT(t)/H2

式中，Tb(t)为混凝土表层温度，℃；Ta为施工期间大气平均温度，℃；h′为混凝土虚厚度，m；H 为混凝土计算厚度，m；ΔT(t)为混凝土内最高温度与外界气温之差。

由此可计算出混凝土表层温度Tb(t)为35℃，与表面温度的温差为27.05℃，加之昼夜温差，类似基础的施工中经常会遇到计算出的中心温度与表面温度差、表面温度与夜晚大气温度差值大于规范允许的25℃范围。为保证混凝土质量，有必要考虑辅助减少混凝土内外温差，延缓收缩和散热时间，使混凝土降温措施。在商混配合比受制于地材的情况下，常用的方法为保温养护或冷却水管降温。下面对冷却水管布置的计算做简要的说明：

（1）计算通过水管要排出的水化热

q=T1×C×m

式中，T1为温差超过25℃时所需要降低温度，假设为3℃；m 为冷箱基础的质量（基础长20m、宽15m、厚2.5m），冷箱基础质量为1 875 000kg，则需排出的水化热量为5.625×106kJ。

（2）计算吸收热量所需水的质量

m=QCOOL/Cw(Tout-Tin)

根据该公式计算出所需水的质量，从而选用合适管径的冷却管，确定水泵额定流量，水泵扬程宜为20~25m，水管安装完毕后应进行水压试验，以防止管道及焊接处出现渗漏现象。

4 裂缝对设备产生一定的影响

很多时候一些工业设备由于人为操作等各方面原因,造成不同程度的损坏,这样就会让工业生产受到影响,对企业效益造成损失,而在工业生产中会使用到大量的大型设备,需要进行相应的基础建设,若是基础施工中产生裂缝,将会对工业设备的平稳运行造成一定的影响。首先从选定的混凝土配合比入手。只要对掺合料、外加剂、引气剂等选择合适，通过试配完全可以降低水泥用量，降低混凝土最高绝热温升，从根本上解决升温阶段的裂缝产生。掺加抗裂膨胀剂对混凝土可起到补偿收缩作用，也可有效提高混凝土抗裂缝、抗渗能力，如受制于地材限制，则有必要在施工现场采取一定措施。

5 结论

综上所述，对于大型设备基础混凝土而言，养护措施至关重要，应根据理论计算、施工过程中大气气温、测温情况，采取相应的养护措施，布置合理的测温点是必不可少的，可以为养护措施提供准确的调整依据。

参考文献：

[1]某工程大型设备基础整体上浮技术分析及处理[J]. 李立,戴洪湘. 建筑技术开发. 2017(18)

[2]大型设备基础施工缝的设置[J]. 孙惠兰,李铮. 包钢科技. 2000(04)

[3]大型设备基础施工的几个问题[J]. 江正荣. 建筑技术. 1981(07)

[4]大型设备基础预埋地脚螺栓施工[J]. 李永渊. 石油工程建设. 1990(03)

作者简介：毕业于河北工业大学，研究方向为关于大型设备基础方面的论文。