装配式变电站工程设计及施工应用

朱鹤云

中国建筑科学研究院有限公司 北京构力科技有限公司上海分公司 上海 200023

[摘 要]随着装配式新技术的不断发展，变电站的装配式技术应用程度和水平越来越高。在变电站整站建设中，除配电楼使用装配式技术外，还可在基础、辅助用房、消防水池、电缆沟道、场站围墙等方面应用装配式技术，大量减少现场湿作业及养护周期，大大提高施工质量和效率。以标准化为基础，坚持绿色化为方向，坚持模块化设计方式，实现装配模式转变。

[关键词]装配式变电站，预制构件

1 装配式变电站概述

装配式变电站是将变电站的各个功能模块，在工厂进行预制生产，然后运输到施工现场进行组装调试的变电站建设模式。这种方式将传统建造方式中的大量的现场施工工作转移到工厂内外城，减少了现场施工的工作量和周期。实现施工全过程低碳环保，大量减少现场湿作业及养护周期，提升施工效率，将对周边环境和生态更加友好。

变电站工程是变电站站内所有建、构筑总和，不同于一般民用建筑评价建筑单体的装配化程度，采用“装配率”或“预制率”的概念定义装配化水平。变电站工程的装配化程度综合考虑场站内所有的建构筑物的预制程度。目前，变电站内配电装置楼主体结构应用钢结构形式，节点连接处全栓接（无二次动火加工）。围护系统采用纤维混凝土板、ALC板等轻质墙板体系。变电站工程的配电楼装配水平较高。此外，场站内其他建构筑物，如辅助用房、消防水池、消防泵房、事故油池、电缆沟道、场站围墙、基础等，也有有益尝试。在某些高水平的示范项目中，按“能用尽用”原则，应用新理念、新技术、新工艺，全面提高变电站整站的装配化程度，装配式变电站工程已朝着模块化方向发展。

2 装配式变电站配电装置楼

2.1 主体结构

配电装置楼是户内变电站的主要建筑物，在国网典设方案中选用钢结构形式。钢结构是一种轻质高效的结构形式，能快速在施工现场完成组装，构件加工精度可控、质量稳定、空间利用率高、抗震性能好。采用钢框架结构设计，一般选用H型钢构件，整体分析完成结构整体指标的控制后，构件的应力比控制在0.9为宜。以110kV站为例，典型的构件截面尺寸取，梁H400×200×8×14，柱H400×400×10×20。钢结构主体采用H型钢柱和钢梁，现场全螺栓连接。

图 1 配电装置楼钢结构模型

2.2 围护系统

装配式钢结构体系尤其要注意围护系统的选型。围护系统的好坏将影响钢结构主体的防火、防腐蚀等使用性能。围护系统目前较为成熟应用的有压型钢板岩棉夹芯板、蒸压轻质加气混凝土板（ALC板）、纤维水泥模块外墙板，工厂加工时板内已预埋管槽及留设孔口，现场按序拼装。

建筑物高度一般为4.5~8m，墙板安装在围护系统骨架上，骨架必须坚固稳定。骨架采用国标优质方管型钢。采用墙板插入安装工艺，施工流程是焊接立柱二侧骨架→安装模块板→骨架插入槽口→板缝密封，结束安装。其特点是，安装时每块墙板都独立插入骨架中，骨架隐藏在模块板四边槽口，墙板自重重心在骨架重心，稳定性强。插入式纤维混凝土模块墙板后期维护方便，可重复拆装使用。

墙板板缝需要进行防渗漏设计，采用材料防水和构造防水的方式。材料防水选用黑色密封胶做封装，嵌填渗漏路径，实现防水目标。构造防水是采用构造形态进行防水，例如设置企口、减压腔或排水通道等措施。

图 2 配电装置楼围护系统

2.3 地基基础

地基处理依据地质条件有多种方式可选。对于深层软弱土层，需要采用桩基提高场地的地基承载力，可采用预制桩技术而非灌注桩进行地基处理。从施工工艺上来看，有静压沉桩法、锤击沉桩法、振动沉桩法。静压沉桩工艺的施工现场整洁，可以减少施工噪音和震动，保持桩身完整性，能提高变电站工程施工的机械化程度。

在基础方面，多采用独立基础或承台基础结构形式。装配式基础依据于此基本类型做深化设计。设计考虑因素有（1）方便工厂大规模预制生产，拆分单元遵循模块化；（2）分块单元尺寸和质量不宜过大，便于吊装和运输。基于以上原因，装配式独立基础将独立基础底板沿基础柱边缘进行竖向分块，分为左、中、右3个部分，左和右完全一致。为保证拆分基础板的抗弯、抗剪承载力，抗剪键被设置与分块单元间的接缝面上。装配式承台基础深化为预制承台框，承台框承担模板作用，框内需要现浇混凝土，整体形成有效刚接。再配套安装短柱，短柱中的灌浆钢筋套筒与钢筋连接，间隙填充灌浆量，形成整体基础。现场无需任何模板拆装作业，降低材料损耗。

图 3 配电装置楼基础

主变压器基础，采用榫卯装配式拼装而成。基础底板分为左、中、右3个部分，左和右完全一致。3块底板断面具有凹凸结构的结构，依次拼接咬合构成，中间部分两侧各有一个凸台，左右两个部分有凹槽。凸台和凹槽咬合拼接，咬合面通过灌浆连接。每个构件上表面设有设有两个榫头，条基设有与三个构件同侧榫头相匹配的三个卯眼，条基垂直安装在三块底板构件上，之后通过灌浆形成整体。

图 4 配电装置楼主变基础

预制GIS基础，为条基形式。将预制基础安装在底板上，先进行调平，在通过灌浆套筒连接 或支墩螺栓连接，与底板形成牢靠整体。

图 5 配电装置楼GIS基础

3 装配式变电站预制式辅助用房

结合变电站场地、功能需求、运输吊装条件，设置警卫室、保电值班室、卫生间等房间，采用2~3个单元拼接而成，每个单元标准轴线尺寸以3为模数，可采用6m（长）×3m（宽）×3m（高），自重控制在10t以下。模块化辅助用房吊装到现场预留的基础埋铁上，调平后再做固定。经测算，比相同尺寸的装配式钢框架结构建筑，总体造价节约8%左右，材料损耗减少60%以上。由于模块化辅助用房整体性强，抗震性能优越，使用寿命长，具备可拆卸、更换、移位、重复利用等优点。

图 6 模块化辅助用房

4 装配式变电站站内小型预制件

变电站内小型预制构件有电缆沟、电缆沟盖板、雨水收集系统、预制检查井、预制电缆排管、装配式围墙。此类预制件都可以在现场快速安装，干式连接固定。现场地面找平后，实现搭积木式拼装，构件表面坚实，观感优良。

图 7 站内小型预制件

5 总结

装配式变电站工程正在朝着标准化、绿色化、模块化方向发展，设计前置考虑施工便利性和技术适应性，扩大应用可预制安装的建构筑物范围，创新预制构件拆分及拼装思维；施工全过程低碳环保节约资源，大量减少现场湿作业及养护周期，全面提升施工效率。

参 考 文 献

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