高爐基礎設計

英譯：design of blast furnace foundation

設計特點

主要有：(1)豎向荷載大。一座4000立方米級的高爐，傳給基礎的豎向荷載達到350000kN，連同基礎自重和基礎上的填土重量，傳到地基上的豎向力達500000kN以上，地基單位面積承受的荷載達300～400kN/平方米。為此，必須仔細做好地基的設計方案，使高爐基礎建在比較堅硬的地基上。在軟土地區，對大中型高爐的基礎大多採用樁基，對小型高爐的基礎也常採用地基處理措施。(2)沉降控制嚴。高爐基礎的過大沉降量往往導致上部結構的破壞或嚴重影響生產的進行。設計中要仔細進行地基的變形計算，特別是當在軟土地基上建設大型高爐時。例如，上海寶山鋼鐵總廠1號高爐要求基礎的沉降值不大於10cm。其基礎採用了140多根60m長的鋼管樁，較好地處理了對地基承載力和地基變形的要求。(3)要採取耐熱和抗熱措施。高爐生產時有大量熱量下傳到基礎，如果在高爐爐底未採取有效的冷卻措施，則基礎頂面混凝土溫度可達700℃以上；即使採取爐底冷卻水管裝置，基礎頂面混凝土溫度亦可能高於60℃。為此，在設計高爐基礎時，必須根據工藝所採取的冷卻措施情況，仔細確定基礎的溫度條件，做好混凝土結構的耐熱和抗熱設計。

基礎形式

採用現澆鋼筋混凝土大塊式基礎，有些基礎上部設計成正多邊形或圓柱形實體。基礎底板的形狀多為正多邊形、圓形或方形，底面尺寸由地基條件確定。

基礎計算

高爐基礎除承受上述的溫度作用以外，還有：(1)永久荷載，如高爐本身及爐料、操作平台、爐下建築，裝料卷揚機、斜橋、分布在爐身周圍的設定等。(2)風荷載，與永久荷載相比較，風荷載對基礎的影響極為微小，可忽略不計。(3)可能承受由懸掛的爐料在崩沉時產生的動力荷載，這屬於偶然荷載。影響高爐基礎承載力的主要因素是永久荷載和溫度作用。

高爐基礎的計算包括：(1)地基承載力計算和變形計算。(2)基礎底板承載力計算。(3)基礎的溫度應力計算。關於地基承載力計算和變形計算與一般的基礎相同。高爐基礎底板的受彎承載力計算，大多採用“極限平衡理論”。基礎的溫度應力可採用彈性板理論求解，但由於缺乏地下溫度場的足夠實測資料，在實際工程設計中往往採用增加一定比例(例如10%～15%)的鋼筋截面面積的方法來考慮溫度應力的影響，而免除溫度應力的計算。

基礎構造

基礎底板用鋼筋，由上述的計算方法求得。圓形底板鋼筋，按計算所得的數值分別進行徑向和環向配筋，也可以用相互垂直的縱橫兩個方向的鋼筋方格網來配置。基礎上部台階的周邊應配置承受沿半徑方向的溫差應力和由爐身框架傳來的水平力的環形鋼筋。在基礎的頂面也須配置一層鋼筋網，以便抵抗施工期間產生的溫度應力。對於方形基礎底板，一般均按沿底板縱橫互相垂直方向布置鋼筋。為了增大混凝土局部受壓承載力，在爐身框架的下面設定兩層水平放置的構造鋼筋網。

小型高爐爐底未設定冷卻水管裝置時，須採用耐熱基墩隔熱(見圖)，基墩的厚度不小於其直徑的1/4。高爐基礎和耐熱基墩處在不同的溫度作用條件下，為避免兩者變形不同的不利影響，要在基礎和耐熱基墩間設定水平方向的溫度縫，縫中耐熱材料採用石墨粉或由純石英砂和白色耐火粘土(高嶺土)調製的硬質塑膠砂漿加以填充。為檢查高爐基礎承受溫度的情況，在耐熱基墩中埋置熱電偶用管。考慮到在高爐生產後期溫度可能大幅度升高，混凝土內不應採用對溫度不穩定的或熔化點較低的骨料(如石灰石和白雲石等)，一般可用花崗石等火成岩作骨料。

高爐基礎設計