周秋鵬，周 蠡，黃振喜，龔 俊

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，湖北 武漢 430077；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077；3.湖北省送變電公司，湖北 武漢 430063）

預(yù)裝式U型電纜溝設(shè)計(jì)方案研究

周秋鵬1，周 蠡1，黃振喜2，龔 俊3

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，湖北 武漢 430077；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077；3.湖北省送變電公司，湖北 武漢 430063）

從預(yù)裝式U型電纜溝的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性兩方面分析了預(yù)裝式U型電纜溝的特點(diǎn)。依托某500 kV變電工程，將預(yù)裝式U型電纜溝作為應(yīng)用試點(diǎn)。通過與現(xiàn)澆混泥土電纜溝進(jìn)行對(duì)比分析，證明采用預(yù)裝式U型電纜溝可以有效降低現(xiàn)場(chǎng)施工工作量和施工周期，解決傳統(tǒng)施工方法存在的問題，為變電站進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、加工工廠化、安裝機(jī)械化、施工專業(yè)化”建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

預(yù)裝式U型電纜溝；抗浮穩(wěn)定性；全壽命周期

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)智能化變電站建設(shè)的發(fā)展和推廣，預(yù)裝變電站在國(guó)內(nèi)逐步興起。電纜溝是電網(wǎng)系統(tǒng)中變電站、開關(guān)站等建筑工程的重要組成部分，在施工中往往成為制約工期的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前電纜溝施工一般采用現(xiàn)澆混凝土電纜溝，在現(xiàn)場(chǎng)的施工工期相對(duì)較長(zhǎng)，在一些低溫陰雨、擴(kuò)建工程、工期短等特殊環(huán)境下施工受到諸多制約[1-4]。

預(yù)裝式混凝土電纜溝采用混凝土和鋼模板施工技術(shù)，在工廠對(duì)電纜溝結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段預(yù)制，然后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)拼裝而成。使變電站的建設(shè)從傳統(tǒng)的土建設(shè)計(jì)和施工模式開始向“設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、加工工廠化、安裝機(jī)械化、施工專業(yè)化”的模式轉(zhuǎn)變，有利于變電站建設(shè)向科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、建設(shè)精細(xì)化的方向發(fā)展。

預(yù)裝式混凝土電纜溝具有下列特點(diǎn)：一是促進(jìn)建筑工業(yè)化進(jìn)程；二是滿足體系化設(shè)計(jì)的要求；三是不受現(xiàn)場(chǎng)氣候、環(huán)境、地質(zhì)條件等因素影響；四是現(xiàn)場(chǎng)施工效率高、施工周期短，能有效降低人工費(fèi)用。雖然，預(yù)裝式混凝土電纜溝的優(yōu)勢(shì)明顯，但在設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)上仍存在一些問題，特別是接頭設(shè)計(jì)、安裝工藝以及防滲水措施等問題尤為突出。因此，對(duì)預(yù)裝式混凝土電纜溝的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，對(duì)其設(shè)計(jì)的研究有著重要的工程意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 預(yù)裝式U型電纜溝的技術(shù)性評(píng)價(jià)

預(yù)裝式混凝土電纜溝采用混凝土和鋼模板施工技術(shù)，對(duì)電纜溝主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段預(yù)制，然后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)拼裝而成。在確定預(yù)裝式電纜溝的結(jié)構(gòu)方案階段，既要系統(tǒng)考慮混凝土電纜溝的安全性、功能適用性要求，又要結(jié)合裝配式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，綜合考慮基本段溝身及蓋板的結(jié)構(gòu)選型、交叉連接和轉(zhuǎn)彎段溝身及蓋板的結(jié)構(gòu)選型與處理方式、預(yù)制段之間的拼裝連接構(gòu)造與防滲水措施、溝底排水坡度設(shè)置等各個(gè)方面的技術(shù)問題。

1.1 預(yù)裝式U型電纜溝的結(jié)構(gòu)型式

預(yù)裝式U型電纜溝是由橫截面呈U型的電纜溝體依次相接組成。預(yù)裝式U型電纜溝的基本段溝身構(gòu)造參數(shù)如下：溝壁厚度頂部為130 mm，底部為150 mm，頂部設(shè)橡膠壓條；底板厚度為150 mm，中間半圓形排水溝R40 mm，橫向雙坡度2%；溝壁底部外側(cè)不設(shè)墻趾；預(yù)裝式U型電纜溝斷面圖如圖1所示。預(yù)裝式U型電纜溝溝體具有施工工期縮短、鋪裝成本較低、提高工作效率的特點(diǎn)[5-7]。

圖1 預(yù)裝式U型電纜溝斷面示意圖（單位：mm）Fig.1 Schematic diagram of prefabricated cable trench of U type

1.2 預(yù)裝式U型電纜溝的結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算

1.2.1 構(gòu)件自重

預(yù)制U形電纜溝基本段溝身橫斷面面積、構(gòu)件實(shí)際長(zhǎng)度及構(gòu)件自重見表1所示，預(yù)制基本段溝身蓋板自重見表2。

表1 預(yù)裝式U形電纜溝自重Tab.1 Deadweight of prefabricated cable trench of U type

表2 預(yù)裝式U形電纜溝溝蓋板自重Tab.2 Deadweight of prefabricated cable trench cover plate of U type

1.2.2 抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算

依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5007-2011中5.4.3條規(guī)定對(duì)預(yù)制U形溝進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算[8-10]。以型號(hào)為D1210預(yù)制U形溝為例驗(yàn)算抗浮穩(wěn)定性（下文除特殊說明者外，計(jì)算分析均以型號(hào)為D1210預(yù)制U形溝為例），其余型號(hào)的預(yù)制U形溝抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果見表3。

取1 m長(zhǎng)U形溝為計(jì)算單元，抗浮驗(yàn)算水位取溝壁外側(cè)場(chǎng)地標(biāo)高，U形溝自重

預(yù)制蓋板重

每個(gè)U形溝預(yù)制段的每邊設(shè)有2副電纜支架（溝寬b≤800時(shí)單邊設(shè)置），電纜支架重及電纜壓重按每副支架3 kN計(jì)算，每米U形溝電纜支架及電纜壓重

浮力作用值

抗浮驗(yàn)算

抗浮驗(yàn)算滿足要求。

表3 預(yù)裝式U形電纜溝抗浮驗(yàn)算結(jié)果Tab.3 Results of anti floating of prefabricated cable trench of U type

1.2.3 預(yù)裝式U形溝配筋計(jì)算

取1 m預(yù)制U形溝計(jì)算，確定計(jì)算模型，U形溝實(shí)際受力如圖2所示，經(jīng)簡(jiǎn)化后計(jì)算模型如圖3所示，預(yù)裝式U形溝配筋計(jì)算結(jié)果如表4所示，配筋圖如圖4所示。

圖2 預(yù)裝式U形電纜溝實(shí)際受力圖（單位：mm）Fig.2 Force diagrams of prefabricated cable trench of U type

圖3 預(yù)裝式U形電纜溝簡(jiǎn)化模型（單位：mm）Fig.3 Simplified model of prefabricated cable trench of U type

圖4 預(yù)裝式U形電纜溝配筋示意圖（單位：mm）Fig.4 Schematic diagram of reinforcement for prefabricated cable trench of U type

表4 預(yù)裝式U形電纜溝配筋計(jì)算結(jié)果Tab.4 Results of reinforcement of prefabricated cable trench of U type

1.2.4 施工階段承載力驗(yàn)算

施工階段側(cè)壁受到的外推力取1 kN/m2，截面I-I彎矩

素混凝土抗彎承載力

其余型號(hào)預(yù)制U形電纜溝施工階段承載力驗(yàn)算均滿足。

1.3 預(yù)裝式U型電纜溝的連接構(gòu)件處理方式

預(yù)裝式U型電纜溝連接處的構(gòu)件有三種方式分別是T接、＋接和L接，見圖5。所有連接處溝壁均采用統(tǒng)一的45°切角，每邊投影長(zhǎng)度500 mm，與車道相交的電纜溝（車道寬+2×1 m范圍內(nèi)）及其蓋板宜采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。

圖5 三種連接構(gòu)件平面示意圖（單位：mm）Fig.5 Planar graph of three connected components

以抗浮穩(wěn)定性最差的連接構(gòu)件為十字形連接D1210-D1210為例，對(duì)預(yù)裝式U型電纜溝連接構(gòu)件的抗浮穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算。由于十字形連接D1210-D1210排開水體積最大，因此所受浮力作用值最大，連接處四個(gè)角均設(shè)有2個(gè)電纜支架。

十字形連接構(gòu)件自重

預(yù)制蓋板自重

電纜支架及電纜壓重之和

浮力作用值

抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算

G1k+G2k+G3k=37.98+8.46+24=70.44 kN＞1.05 Nw,k= 1.05×65.75=69.04 kN 抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足。

2 預(yù)裝式U型電纜溝的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

2.1 不同類型電纜溝單位造價(jià)

本經(jīng)濟(jì)性比較數(shù)據(jù)以采用預(yù)裝式電纜溝的臥龍500 kV裝配式變電站和采用混凝土電纜溝的仙女山500 kV變電站為實(shí)例計(jì)算，具體分析如下：以1 200 mm×1 150 mm規(guī)格的電纜溝為例，預(yù)裝式U型電纜溝單位造價(jià)為2 567.3元/m，現(xiàn)澆式混凝土電纜溝單位單價(jià)為2 159.4元/m，二者相比較單位造價(jià)相差407.9元。

2.2 預(yù)裝式U型電纜溝的費(fèi)用增量

臥龍500 kV裝配式變電站采用截面為1 200 mm×1 150 mm規(guī)格的預(yù)裝式U型電纜溝，長(zhǎng)度為460 m。采用預(yù)裝式U型電纜溝的總體造價(jià)為118.09萬元，采用現(xiàn)澆式混凝土電纜溝的總體造價(jià)為99.33萬元，采用預(yù)制電纜溝比現(xiàn)澆鋼筋混凝土電纜溝費(fèi)用高18.76萬元，前者一次性投資增加約18.89%。

2.3 全壽命周期(LCC)分析對(duì)比

混凝土電纜溝的使用壽命周期為30 a，而預(yù)裝式電纜溝使用壽命周期為60 a。以上述裝配式變電站和常規(guī)變電站為例，常規(guī)混凝土電纜溝15a維護(hù)加固一次，60 a內(nèi)共維護(hù)加固4次。以60 a為一個(gè)周期進(jìn)行比較如表6所示。

3 預(yù)裝式U型電纜溝的試點(diǎn)評(píng)價(jià)

在臥龍500 kV變電站工程中對(duì)預(yù)裝式U型電纜溝進(jìn)行試點(diǎn)，試點(diǎn)后評(píng)價(jià)如下。

表6 預(yù)裝式電纜溝與混凝土電纜溝60 a全壽命周期對(duì)比Tab.6 Comparison of the whole life cycle of prefabricated cable trench and concrete cable trench 60 a （單位：萬元）

(1)經(jīng)濟(jì)性方面：預(yù)裝式電纜溝從施工時(shí)間、人力資源需求、質(zhì)量工藝等方面來說優(yōu)于現(xiàn)澆混凝土，但施工成本高于現(xiàn)澆混凝土電纜溝。若實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)后，可大大降低生產(chǎn)成本，具有更高的經(jīng)濟(jì)性，符合電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的需求。

(2)技術(shù)性方面：預(yù)裝式U型電纜溝穩(wěn)定性好，在同寬度的溝中所需混凝土量較少；安裝時(shí)，整體調(diào)平調(diào)直簡(jiǎn)單，安裝時(shí)間短；在相同條件下，可大大降低人工及時(shí)間成本。

(3)質(zhì)量工藝方面：實(shí)體質(zhì)量好，強(qiáng)度高，耐久性好，觀感好，能達(dá)到清水混凝土標(biāo)準(zhǔn)。無龜紋、裂紋等質(zhì)量通病現(xiàn)象。

(4)施工方面：預(yù)裝式混凝土電纜溝施工工序比現(xiàn)澆混凝土電纜溝少，而且沒有等待拆模、養(yǎng)護(hù)等間歇等待的時(shí)間，可大大縮短現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間。電纜溝新型輔助吊裝工具裝拆方便、靈活，能有效提高預(yù)制件安裝就位的工效。

(5)運(yùn)行維護(hù)方面：預(yù)裝式電纜溝一次成型，后期免維護(hù)。

(6)工程擴(kuò)建方面：在擴(kuò)建項(xiàng)目中，電纜溝拆除費(fèi)用相對(duì)較低，且部分電纜溝墻板可以重復(fù)利用。

4 結(jié)論

本文從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性和試點(diǎn)評(píng)價(jià)等方面分析了預(yù)裝式U型電纜溝的特點(diǎn)，其具有實(shí)體質(zhì)量好、強(qiáng)度高、耐久性好、裝拆方便靈活、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)避免了質(zhì)量通病的現(xiàn)象，降低了人工及時(shí)間成本，提高了施工效率。通過全壽命周期的對(duì)比分析，采用預(yù)制電纜溝比現(xiàn)澆式電纜溝費(fèi)用高出約20%，但若采取各種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)手段降低施工成本，則預(yù)裝式電纜溝有明顯的優(yōu)勢(shì)，其推廣應(yīng)用將為變電站進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、加工工廠化、安裝機(jī)械化、施工專業(yè)化”建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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GB 50017—2003 Code for design of steel structures[S]. Beijing:China Building Industry Press,2003.

Design of Preinstalled Cable Trench of U Type

ZHOU Qiupeng1，ZHOU Li1，HUANG Zhenxi2，GONG Jun3
(1.State Grid Hubei Electric Economics and Technology Research Institute,Wuhan Hubei 430077，China；2.State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430077，China；3.Hubei Electric Power Transmission&Transformation Company,Wuhan Hubei 430063，China)

The characteristics of prefabricated cable trench of U type are introduced in terms of technical feasibility and economic rationality.The pilot study is made for 500 kV transformer sub?station project of prefabricated cable trench.Through comparing with cast-in-place concrete cable trench,it is indicated that cable trench of U type can effectively reduce the workload of construc?tion site and the construction cycle,solve the existing problems in traditional construction method. It has laid the foundation for the further realization of the substation"design standardization,pro?cessing factory,the mechanization of the installation,construction specialization".

prefabricated cable trench of U type;anti-floating stability;life cycle cost

TM63

B

1006-3986(2016)04-0042-05

10.19308/j.hep.2016.04.010

2016-03-04

周秋鵬（1966），男，湖北浠水人，高級(jí)工程師。