浅谈S109FA SS机组基础设计及施工特点

第７卷第３／４期燃气轮机发电技术２００５年１０月浅谈Ｓ１　０９ＦＡ　ＳＳ机组基础设计及施工特点 冯志军（张家港华兴电力有限公司，江苏张家港２１５６２７）

摘要：通过对张家港Ｓ　１０９ＦＡ　ＳＳ机组基础建设情况的介绍，简要阐明了其设计和施工的特点。关键词：联合循环机组基础；设计；施工

当前，随着“西气东输”工程的兴建和海上油气开采量的扩大，各地开工新建了一批燃气轮机发电项目。张家港燃气发电项目是国内第一批９ＦＡ燃机建设项目之一，其１号机组于２００５年６月２７日顺利结束１６８　ｈ试运，成为我国第一台投人商业运行的９ＦＡ燃气轮机发电机组。与该型燃机一样，其基础的建设施工在国内也是第一次，希望这当中取得的经验对于后续燃机基础的建设能有一定的参考作用。 本文所述的基础，指燃气轮机、蒸汽轮机、发电机和凝气器联合基础以及由ＧＥ供货的位于以上基础之上的辅助设备基础。１工程概况 本工程由江苏省电力设计院负责总体设计，ＧＥ公司负责燃机部分（主机岛）的设计。桩基工程由北京振冲公司施工，其中１号机组基座的混凝土灌注桩于２００４年１月５日开钻，至２月１９日结束。机组基座由江苏电建一公司施工，于７月９－１０日完成基座底板混凝土浇注；８月１日，６．４５　ｍ平台及以下柱完成混凝土浇注；８月４日，１１ｍ平台以下柱混凝土浇注。９月２８日，１１　ｍ平台混凝土浇注完成。２桩基工程 根据与ＧＥ公司签订的合同《技术规范书》，机组桩基工程由业主／设计院方负责选型和设计，并向ＧＥ提供《地质勘测报告》和《试桩报告》，ＧＥ在此基础上，经过“联合设计审阅”，提出桩位布置图和单桩使用荷载参数，设计院调整完善后正式出施工图。 “联合设计审阅”是本工程设计程序上的一个特点，它集中体现在两次设计联络会和众多的远程设计审阅即远程电视电话会议（ＲＤＲ）上，每个设计参数都是经过双方确认认可的，许多重大的决定也是在设计联络会上决定的，如桩长的确定。２．１桩型 本工程桩基选型为（Ｄ　８００　ｍｍ混凝土灌注桩，与国内其他第一批９ＦＡ燃机工程选择的预制桩不同，这主要是场地条件所决定的，因为本工程建设场地是已拆除的２　ｘ　１２　ＭＷ老机组厂房所在地，原有场地地下仍然存在部分碎石桩，若采用预制桩不易穿透碎石层。而灌注桩施工，我们采用的是进口旋挖钻机成孔，对于碎石桩区域，采用２ｘ６ｍ长钢护筒（深于碎石桩底标高）护壁，有效解决碎石层成孔难的问题。２．２桩长及沉降控制标准 试桩桩长为２４．５　ｍ，在第一次设计联络会上，为满足ＧＥ的沉降控制标准，最后调整为３１．７　ｍ．　ＧＥ公司对燃机基座沉降的控制标准远远比国内标准严格，无论是最终沉降量还是相对沉降量，以下是ＧＥ沉降标准原文及译文： （１）　Ｍａｘｉｍｕｍ　ｔｏｔａｌ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｄｕｅ　ｔｏｉｍｍｅｄｉａｔｅ，ｅｌａｓｔｉｃ　ｓｅｔｌｅｍｅｎｔｓ　ｐｌｕｓ　ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ，ｔｉｍｅ－ｄｅｐｅｎ－ｄｅｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｓｈｏｕｌｄ　ｎｏｔ　ｅｘｃｅｅｄ　２５　ｍｍ　ｏｖｅｒ　２０　－ｙｅａｒ　ｓｅｒ－ｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｐｌａｎｔ． 在工厂２０年使用期内，由于瞬间弹性的沉降加上长期的随时间发展的最大垂直方向的位移不应超燃气轮机发电技术第７卷过２５　ｍｍ， （２）　Ｍａｘｉｍｕｍ　ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｓ　ｏｆａｄｊａｃｅｎｔ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　ｒｅｓｐｅｃｔ　ｔｏ　ｅａｃｈ　ｏｔｈｅｒ　ａｆｔｅｒ　ｉｎ－ｔｅｒ－ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｐｉｐｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　ｄｕｃｔｉｎｇ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎｊｏｉｎｔｓ　ａｒｅ　ｉｎｓｔａｌｌｅｄ　ｓｈｏｕｌｄ　ｎｏｔ　ｅｘｃｅｅｄ　１２　ｍｍ． 有管道系统或管道膨胀接头相互连接的相邻基础的最大长期相对沉降量不应超过１２　ｍｍ， 以ＧＥ的观点，国内１００　ｍｍ　－１５０　ｍｍ的最大沉降标准（ＤＬ５０２２－９３　）甚至对大型静止的设备如主变、余热锅炉和地上储藏罐都是一个问题，除非采用特殊措施调整以上连接系统的活动。 另外，美国关于沉降标准的建筑规程或工业标准不适用于电厂设备，每个设备唯一的特性、基础形式和各自的性能期望，在某种程度上，随工程不同而不同。 ＧＥ认为，其设计的竖向沉降允许值２５　ｍｍ和沉降差１２　ｍｍ是根据经验、历史和为满足燃气轮机发电机组制造商要求而得出的，这也有对在燃气轮机进气口和排气系统间，管道膨胀节所允许的剪切移动能力的实际考虑，以及大口径管道系统（蒸汽、油）有限的伸缩性，取决于法兰连接和管支撑的刚度能否克服燃气轮机外壳的附加应力，以免影响机组操作。有两个选项保证这些系统的完整性，这要求： ①非常小的差异沉降。 ②非常复杂的接触面足以承担大的位移和转动

ＧＥ经验证明选项①能保证设计持久完整和动力岛及辅助系统的运行，大的沉降危害机组和其他连接的电厂系统的性能和使用寿命，或要通过过于复杂的解决办法忙于处理接口连接。 与之相比，国内标准最大沉降量一般为１００　ｍｍ－１５０　ｍｍ　（ＤＬ５０２２－９３），而且在国内更注重相对沉降量的控制。与ＧＥ相对沉降量控制标准相比，笔者认为，国内的标准更具有灵活性，因为我国规范考虑到了相邻设备基础的中心距离Ｌ０，采用的是系数‘Ｌ。来控制差异沉降，这一点更加贴近实际。２．３施工及检测 根据第一次设计联络会达成的协议，本工程桩基施工和检测均按照国内相应规范和标准执行。只是ＧＥ认为低应变检测对于长度在ｌｏ　ｍ内的桩是比较准确高效的，因此，建议做高应变检测的桩数比率由规范的５％提高到１０％，

３燃机基座 根据合同《技术规范书》，ＧＥ负责机组基础设计，即燃气轮机、蒸汽轮机、发电机和凝气器联合基础以及由ＧＥ供货的位于以上基础之上的辅助设备基础。３．１基座外形尺寸

纵向剖面图如图１所示。

“。ＦＩ ｔ．９６ ｋＳ‘“。‘淤、三一三载三，ｅ全贫

‘卜一

・爪于１１一一卜一二

二－－一一下 注ｕａｏｎｂ

」注释：ＥＬ．（士）Ｔ．Ｏ．Ｃ

ＣＬ混凝土顶面标商

中心线１　ＬＣ　Ｘ０　－１３Ｎ　ｒｎ１

图１燃机基座纵向横面 底板尺寸为５５．８２　ｍ（长）ｘ　１０．４　ｍ（宽）ｘ　２．８ｍ（高）。可见，机组基础比常规的６００　ＭＷ燃煤电厂汽轮发电基础还要长，宽度要小，是一个狭长的框架

式阀板基础，这是ＧＥ公司对机组基础的沉降标准控制严格的重要原因之一。第３／４期冯志军：浅谈Ｓ１０９ＦＡ　ＳＳ机组基础设计及施工特点３．２设计规程和标准 设计均采用美国标准和规范，主要有： ＡＣ１３１８－０２／３１８Ｒ一０２美国混凝土学会钢筋硷规程 ＡＩＳＣ　（ＡＳＤ）美国钢结构学会容许应力设计第９版 ＡＩＳＣ　（ＬＲＦＤ）美国钢结构学会荷载和抗力设计第３版 ＡＷＳＤ１．１－０２美国焊接学会钢结构焊接规程 ＵＢＣ１９９７美国统一建筑标准 ＡＳＴＭ美国试验和材料学会标准 ＡＳＣＥ大型汽轮发电机基础设计 ＧＥ负责机组基座的设计，必然要采用美国标准和规范。燃机基座的材料组成中，除去预埋件由ＧＥ供货外，剩下的就是混凝土和钢筋，为便于原材料采购和施工，根据合同ＧＥ要将上述材料进行转换代用。３．３材料转换代用 根据《技术规范书》及设计院提供的国标混凝土和钢筋强度各等级参数，ＧＥ公司将美国设计标准的混凝土和钢筋等级转化为中国标准。３．３．１混凝土 美国ＡＣ１３１８规定，混凝土强度等级是根据２８天龄期的圆柱体试样（高／直径＝２）的抗压强度（ｆｃ＇　）来确定的，通常该圆柱体直径为１５２　ｍｍ，高３０５　ｍｍ，我国混凝土强度等级是根据ＧＢ　５００１０－２００２规定的１５０　ｍｍ混凝土立方体抗压强度标准值（ｆｃｕ，ｋ）来确定的，此圆柱体与立方体之间的体形修正系数为０．８， 根据ＧＥ的计算，机组基础混凝土强度等级为ｆｃ＇＝３　９００　ＰＳＩ　（２７　Ｎ／ｍｍ２），则ｆｃｕ，ｋ＝２７／０．８＝３３．８Ｎ／ｍｍ２，即采用国标强度等级为Ｃ３５的混凝土。３．３．２钢筋 美国ＡＣ１３１８设计，基础钢筋屈服强度为４８　ｋｓｉ，根据ＡＳＴＭ　Ａ６１５，４８　ｋｓｉ＝３３５　ＭＰａ，弹性模量２９　０００　ｋｓｉ＝２００　０００　ＭＰａ，对应国标采用ＨＲＢ　３３５热轧钢筋。３．４施工３．４．１大体积混凝土 基础底板混凝土方量接近１　６００　ｍ３，相当于国产常规３００　ＭＷ汽轮发电机整个基础的混凝土方量。采用两座搅拌站同时供应混凝土，一座位于施工现场，另一座为离现场３　ｋｍ的当地商品混凝土搅拌站。两座搅拌站采用同牌号水泥和外加剂，采用同配合比。 两座搅拌站同时供应混凝土的优点在于：一方面保证混凝土连续供应；另一方面，互为备用，防止意外事故发生。 机组基座上部结构混凝土方量约１　４５０　ｍ３，分６．４５　ｍ层及以下柱、１１．０　ｍ层下柱和１１．０　ｍ层三次完成混凝土浇注。在６．４５　ｍ层及以下柱混凝土一次性浇注过程中，由于梁、板、柱接头处钢筋数量多、直径大，彼此纵横交错，给柱的混凝土浇灌和振捣带来很大难度，拆模后柱表面有少许蜂窝麻面现象发生。在２号燃机基础６．４５　ｍ层及以下柱混凝土浇注时，分柱和６．４５　ｍ层两次完成，效果较好。３．４．２钢筋 在ＧＥ设计的机组基础各施工图中，钢筋施工图做得非常细，除了配筋图之外，还有一册钢筋表，其内容已相当于国内施工工地的钢筋配料单，这大大方便了施工人员的图纸阅读和钢筋下料。钢筋施工还有以下特点： （１）混凝土保护层厚度普遍在７５　ｍｍ一１２５　ｍｍ间，较国内设计厚度大。 （２）钢筋连接不采用焊接； （３）主筋搭接长度范围要弯起，使搭接面与钢筋中心线重合；３．４．３地脚螺栓及预埋铁

根据美国ＡＣ１３１８－０２附录Ｄ一混凝土锚接，机组基础地脚螺栓和预埋铁的安装位置和标高相对于设计值的容许误差为： （１）水平位置士３　ｍｍ （２）螺栓顶标高０一＋６　ｍｍ （３）螺栓垂直度《３０ （４）预埋铁顶面标高０一＋３　ｍｍ 比国内《火电施工验评标准》略严，这对地脚螺栓及预埋铁的安装和固定提出了较高的要求。本工程预埋螺栓总的安装原则是：对于小规格的直埋螺栓，直接用槽钢或角钢从上层钢筋表面吊挂固定的方法，对直径粗，重量大的直埋螺栓，采用槽钢和角钢支架固定。另外，在混凝土浇注过程中，一定要安排专人全程控制，这一点很重要。３．４．４排架搭设

排架搭设和国内大型汽轮发电（下转第１０１页）