大型轧钢设备基础设计的研究

吴运斌

（福建鑫亿祥冶金工程技术有限公司，福州 350015）

大型轧钢设备基础设计的研究

吴运斌

（福建鑫亿祥冶金工程技术有限公司，福州 350015）

轧钢车间设计包括生产工艺、机械设备、采暖通风、电力和热力设施、厂房、基础等部分。各部分设计的专业性和合理性，都直接关系到轧钢设备整体的性能和使用寿命。在此背景下，笔者结合个人经验，以具体的设计项目为例，对大型轧钢设备基础设计展开研究，以期为相关人员的具体设计工作提供参考。

大型轧钢设备 基础结构 性能 使用寿命

引言

大型轧钢的生产工艺以及电气、水道、通风等结构的设计参数，均会对其基础设计产生影响。甚至建设场地的地质、水纹等实际情况，也会决定基础设计的合理性和科学性。所以，在大型轧钢基础设计的过程中，要对各方面因素综合考虑。

1 大型轧钢设备基础设计的理论分析

1.1 大型轧钢设备基础设计的前提

地质条件是否满足大型轧钢设备的需要，是进行基础设计的前提。通常情况下，要选择良好的天然地基。但时，如果现实条件不允许，要结合地质情况灵活处理。例如，在完整性好、节理裂缝未得到有效发育的岩石地质上，可以进行体积和荷载均较小的基础设计；在存在厚度3m以下的软土天然地基情况下，可以在软土挖除后，填换高炉重矿渣，通过处理使其压缩模量达到20MPa以上；深埋类型基础结构，要在深埋前对地下水进行有效处理等。

1.2 大型轧钢设备基础设计的选型原则

现阶段，大型轧钢设备基础的形式较多，如大块式、厚墙式、构架式、框架式、装配式、台架式、高架式和大型连续箱体式等。设计前，要按照设计原则进行具体形式的选择。通常，选择的基础形式要可以在现有生产工艺下实现，可以在应用场地长时间、高性能地应用，外形尺寸要尽可能缩减，后期的操作维护具有可操作性，整体上经济实用[1]。

1.3 大型轧钢设备基础设计中常见的基础形式介绍

目前，大型轧钢设备基础形式呈现出多样化特点。为保证基础选型的科学性和合理性，在掌握设备选型的一般原则基础上，要对目前较常见的集中设计形式产生较全面的了解。在此设计思路下，笔者对其中部分形式进行介绍。

2 高架式基础

此基础舍去了地下室和水泵站结构，使地下纵横沟道开挖工程得到了极大缩减，且将几乎所有的电缆、管线结构在大型轧钢设备使用点位置设置接口，进一步减少了地下开挖的工程量。在此类基础应用的过程中，将设备操作直接在平台面上完成，不仅优化了整体环境，而且工艺设备的重量也随之减少，所以在现阶段得到了较广泛的应用[2]。例如，攀成钢某机组工程的轧线设备中，除连轧机等少数设备应用了大块式的基础形式外，绝大部分的设备均使用了高架式基础形式，使整体环境相对理想，利于文明施工。

2.1 大型连续箱体基础

此类基础通常包括主电室地下室、地下油库、污水坑等结构。所以，在此结构应用后，几乎所有的地下设备均被设置在大底板上，为地下各种管线的布置提供了较好空间。另外，此类型基础形式应用过程中，不需要设置变形缝，使箱体整体性和刚度明显提升，极大地提升了基础结构的防水能力。所以，现阶段应用的范围相对也较广泛。例如，武钢1580mm热轧、天铁1750mm热轧等，均采用了此种基础形式。

2.2 大型筏基和箱体基础

筏基建立在筏板基础上，是对筏板刚度、建立结构等进行优化后的成果。大型筏基强调将筏板及其以上的墙、板、柱等结构视为整体结构，然后通过将其内部分割成多个箱体，提升其剪切强度。所以，此类型基础在整体性方面非常理想，且厚度并不大，为加快施工进度、降低施工成本创造了条件[3]。现阶段，我国大型轧钢设备对此种基础形式也进行了广泛应用，如武钢一米七轧机工程等。

3 大型轧钢设备基础设计的实际应用

3.1 项目介绍

某大型轧钢设备基础整体长度为684m，宽度在54～70m之间，应用225号混凝土量达到18.5×104m3，带有地下室。虽然未进行放水设施的设计，但采用了排水设施，防止因混凝土渗透而影响基础的整体性能。此基础的内墙、外墙和顶板的厚度分别在0.3～0.6m、2m和0.45～0.65m。在过去设计的过程中，考虑到底板、柱子、顶板等是其结构的主要构成，按照底板、柱子和顶板、辅助设备的顺序进行了分块分层浇筑，并对具体的施工程序进行了细化。另外，设计过程中，考虑到地下室顶板的高度达到5～6.5m，厚度也超过1m，所以对顶板的支模进行了重点设计。这直接导致设计的大型轧钢设备基础在建设过程中，不仅施工期较长、施工投入较多，而且对现场混凝土的捣制效率要求非常高，施工现场的管理难度大。可见，此大型轧钢设备基础设计不满足选型原则，要对其进行适当调整。

3.2 大型轧钢设备基础设计的应用

笔者结合大型轧钢设备基础对地质条件的要求以及目前施工水平，认为应该从以下方面对此设计进行调整。

首先，将基础设计形式调整为箱形大筏片形式。箱形大筏片基础形式是美国某热轧带钢厂在复杂地质结构中提出的。当时，其平面尺寸达到了41m×43m，厚度超过1.4m。应用的过程中，需要将其与辊道等结构的基础用变形缝隔开。在案例项目中，用此种形式的基础取代原有的设计形式，不仅可以使地下空间得到更加充分的利用，而且对缩减过期、成本、混凝土等方面也具有积极作用[4]。例如，在采用箱形大筏片形式基础后，基础底部标高大部分为统一标高，虽然加深了部分基底标高，但由于原设计中上部结构主要以柱子、墙或箱体的形式存在，所以增加的基地标高并不会导致混凝土用量的大幅度提升，反而提供了更充足的地下利用空间。部分设备基础可以直接利用在回填土方面，为大型土方机械化施工创造了条件，提升了施工进度。在使用箱形大筏片形式后，顶部的标高也会随之减少。这是因为在基础设计过程中会考虑现有生产工艺是否能够满足实际需要，并结合项目对设计强度、刚度的要求，对设备的尺寸进行设计。在标高的数量减少的情况下，基础顶部标高的数量也会随之减少。

其次，在用箱形大筏片形式替代原有的基础形式过程中，要处理原有的施工缝，形成整体式的箱形和底板，使整个结构更加规整。这一方面可以为施工创造更加有力的施工条件，止水带等防水材料的使用数量也大幅缩减。这种设计方式可能会产生局部漏水，但在原有排水沟的作用下，大型轧钢的整体性能并不会受到直接影响。必要的情况下，利用添加膨胀剂的混凝土对渗水部位进行处理，可以达到较好的防渗效果。但是，在对基础外形进行设计改造的过程中，需要注意此种改造虽然可以在一定程度上降低基础在软弱地质环境中沉降的概率，但基础内部的各类生产线的布置要科学合理，尽可能避免因生产线布置不当，造成动荷载、静荷载、事故荷载等出现冲突，导致大型轧钢设备发生位移[5]。此外，在对案例项目设计改造的过程中，要有意识地将使用的柱子、梁板等结构设置成统一模板，这在一定程度上也有利于提升施工效率和施工质量。

可见，在大型轧钢设备基础设计的过程中，要按照设计选型的原则，选用合适的基础形式，并通过具体设计优化，在保证基础性能满足实际需要的基础上，降低成本投入，提升施工可操作性。

4 结论

通过上述分析可以发现，现阶段人们已经认识到基础设计在大型轧钢整体设计中的重要性，并对设计的地质条件、选型的原则、具体计算等方面不断优化。这是大型轧钢设计水平提升的具体体现，应在不断优化的基础上积极推广。

[1]高景荣.大型轧钢设备基础设计探讨[J].钢铁技术，2006，（4）：44-47.

[2]夏友木.大型热连轧轧钢生产线设备安装工艺优化研究[D].西安：西安建筑科技大学，2009.

[3]李书本.轧钢设备基础的结构型式[J].中国城市经济，2011，（21）：205-206.

[4]李书本.轧钢设备基础的结构型式[J].钢铁技术，2011，（6）：48-51.

[5]牛晓宇.河南济钢轧钢设备精益化管理改进研究[D].西安：西北大学，2012.

Research on Foundation Design of Large Rolling WU Yunbin

(Fujian Xinyixiang Metallurgical Engineering Technology Co., Ltd., Fuzhou 350015)

Rolling workshop design includes production technology, mechanical equipment, heating ventilation, electricity and heat facilities, plant, foundation and so on. All parts of the professional design and rationality, are directly related to the overall performance of rolling equipment and service life. In this context, the author combined with personal experience, to specific design projects, for example, large-scale rolling equipment basic design research, with a view to the relevant personnel to provide a reference design work.

large rolling equipment, basic structure, performance, service life