王鹏
中国电建集团青海省电力设计院有限公司，810008
【摘要】随着国家经济的快速发展和电压等级的不断提高,750kV国家级电网主干网架已经成为西北地区电网的骨干网架。750kV变电站内HGIS设备基础由于表面平整度及严格的沉降要求，通常采用底部阀板上部孤岛式基础，该设备基础存在体积大、混凝土浇筑方量大、混凝土水化热难以控制等因素，对现场施工造成了极大的困难，施工质量难以保证，因此有必要研究750kV变电站内新型的HGIS设备基础。通过对设备基础的优化，使用“板凳式”就是使用条形基础+板式基础方式，能够优化结构受力体系，防止大体积混凝土水化热导致的不利因素，降低现场施工难度，提高建设进度，降低工程造价,从而节约资源,达到可持续发展的目标。
【关键词】HGIS设备；基础；“板凳式”；结构
HGIS设备基础是断路器基础、隔离开关基础、避雷器基础、检修箱基础、母线基础、控制柜基础和套管基础的集合，其基础表面的埋件、接地端子点、电缆沟布置非常密集拥挤而不规则，对基础平整度、沉降变形及埋件的施工精度要求比较严格。
本研究设计的750kV、330kVHGIS基础均采用独立柱基+板式基础的方式，为满足GIS设备的安装要求，将HGIS基础设计为钢筋混凝土独立柱基，上部采用钢筋混凝土框架梁板结构，基础尺寸分别为2.5x2.5m、1.5x1.5m，上部框架柱400x400mm，框架梁控制在250x500mm，顶部放置设备基础的混凝土板采用150mm厚钢筋混凝土现浇板。
1设计方案
HGIS设备基础的设计难点在于：控制不均匀沉降、大体积混凝土裂缝控制、基础顶面预埋铁件平整度和预留接地端子定位。
2HGIS基础型式的确定
HGIS基础型式主要根据HGIS设备厂家要求和基础顶面预留埋件的布置情况而定。
当HGIS基础顶面埋件排列规律、整齐、有序时，为节省基础混凝土工程造价，有条件将HGIS基础设计为板式基础，下部采用混凝土独立柱基的方式支承组合电器，基础埋深由冻土深度决定，此时顶板厚度需同时满足设备承载力要求、框架柱与基础之间的受冲切承载力要求。穿越HGIS基础间的电缆沟可以直接穿越HGIS基础顶板，HGIS设备预留孔洞与下部电缆沟连接。
HGIS设备应用已经比较成熟，绝大多数均采用HGIS设备，制造厂家的生产和研发也比较成熟和可靠。基础顶部预留埋件排列相对整齐，电缆沟设置较少。因此本变电站可采用“板凳式”基础即：独立柱基+板式基础的型式，基础埋深由冻土深度决定。
3结构选型
3.1顶板尺寸确定
本次设计竞赛针对于站内750kV及330kV HGIS设备，对国内制造厂家进行调研后，确定750kV及330kV HGIS设备底架单相尺寸分别为：84m（长）x4.0m（宽）；30.8m（长）x1.5m（宽）。根据HGIS设备的基础尺寸确定HGIS基础顶板尺寸分别为85m（长）x4.0m（宽）、31.8m（长）x2.1m（宽）。
3.2结构选型
根据HGIS设备制造厂家提供的设备参数，750kVHGIS设备单相总重量约为15000kg，单项HGIS设备的单体重量相对于整个基础来说并不大，传统的HGIS基础底板完全按设备基础外形做底板基础，基础受力不明确，没有充分发挥混凝土的受力性能，造成了大量的混凝土浪费；而且采用该基础形式后，由于基础体量增大，造成大体积混凝土的施工难度增大；上部孤岛由于HGIS设备埋件琐碎不规整，造成孤岛基础呈分片零星状分布，对施工期间的支模造成很大的困难，通常施工单位需要花费大量的时间及精力进行模板的支护，这也是造成施工周期较长的主要原因。
根据上述传统基础的种种问题，本次HGIS设备基础采用创新的板凳式”基础，针对于HGIS设备埋件的分布特性，在HGIS设备底部采用150mm或200mm厚的钢筋混凝土板作为承载HGIS设备的主体，下部基础采用混凝土独立柱基或混凝土板墙条形基础。
4结构受力分析
（1）结构方案比选
根据制造厂家提供的设备参数，750kVHGIS基础埋件范围基本在84x4.0m之内，其主要受力范围也在该范围内。虽然HGIS设备在运行期间会产生一定的操作动荷载，但相对于整个基础来说，HGIS设备的受力情况基本与均布荷载类似。因此，选择在HGIS设备底部设置混凝土板来承载整个HGIS设备的方案，能够更有效的发挥钢筋混凝土板的受力特性，同时减少了HGIS基础的混凝土量，提高了施工效率、加快了施工周期。
对于上部混凝土板的基础设计，本专题提出了两个方案，分别为独立柱基础和混凝土板墙条形基础，根据上述两种方案进行了结构计算及受力分析后，其受力简图见图1、图2。
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（2）基础形式比选
本项目对于“板凳式”基础，根据上部荷载及地基承载力，分别对独立柱基及混凝土板墙条形基础分别进行了计算，由于独立柱基础存在弯矩受力情况，底部基础不但要考虑承载力的问题，同时还需要考虑弯矩对基础造成的影响，经过计算基础尺寸为2.5x2.5m。
采用混凝土板墙条形基础后，由于优化了受力体系，基础仅考虑地基承载力即可满足受力的要求，经过计算基础尺寸为1.5x5.8m。
两种基础形式均可满足HGIS设备的受力要求，但独立柱基础受力复杂，在考虑竖向荷载的同时还需考虑弯矩对基础影响，因此单体基础尺寸较大，框架柱与板连接处还需要设置混凝土圈梁对基础进行拉结，提高基础的抗震性能，该方式由于构件较多，模板工程量较凝土板墙条形基础较大，不利于现场施工。根据测算，该形式基础混凝土用量约为193m3。
采用混凝土板墙条形基础后受力简单、明晰，避免了弯矩对基础造成的影响，有效的减少了基础宽度，优化了基础之间拉结的圈梁，减少了浇筑构件，节省了模板工程量，便于现场支模施工，减少了施工周期。根据测算，该形式基础混凝土用量约为190m3。
两种基础形式的技术指标对比见表1。
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小结：由上表可以看出，采用混凝土板墙条形基础后，可有效的减少现场模板工程量，节省施工周期，因此，设计推荐采用混凝土板墙条形基础。
5结束语
综上所述，HGIS基础由于其重要性和各种特殊性使得设计十分复杂，需要多专业的密切配合。总结过去的成功经验，设计将不断努力进行技术和方案全面细化、优化，积极采用先进适用的新技术、新材料、新工艺，实现资源节约、环境友好，实现HGIS设备基础设计全过程全寿命整体技术经济最优。研究结果表明：优化后的基础形式安全可靠，技术经济指标优良，为本项目HGIS设备基础设计提供指导和借鉴作用，对提高变电HGIS设备基础的设计水平具有重要的促进作用。
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