高炉基础设计       (design of blast furnace foundation)

支承并固定高炉本体及其设备和管道，并将其荷载传给地基的基础结构设计。根据高炉基础特点，设计主要内容包括：基础形式、基础计算、基础构造和施工要求。

设计特点        主要有：(1)竖向荷载大。一座4000m3 级的高炉，传给基础的竖向荷载达到350000kN，连同基础自重和基础上的填土重量，传到地基上的竖向力达500000kN以上，地基单位面积承受的荷载达300～400kN／m2 。为此，必须仔细做好地基的设计方案，使高炉基础建在比较坚硬的地基上。在软土地区，对大中型高炉的基础大多采用桩基，对小型高炉的基础也常采用地基处理措施。(2)沉降控制严。高炉基础的过大沉降量往往导致上部结构的破坏或严重影响生产的进行。设计中要仔细进行地基的变形计算，特别是当在软土地基上建设大型高炉时。例如，上海宝山钢铁总厂1号高炉要求基础的沉降值不大于10cm。其基础采用了140多根60m长的钢管桩，较好地处理了对地基承载力和地基变形的要求。(3)要采取耐热和抗热措施。高炉生产时有大量热量下传到基础，如果在高炉炉底未采取有效的冷却措施，则基础顶面混凝土温度可达700℃以上；即使采取炉底冷却水管装置，基础顶面混凝土温度亦可能高于60℃。为此，在设计高炉基础时，必须根据工艺所采取的冷却措施情况，仔细确定基础的温度条件，做好混凝土结构的耐热和抗热设计。

基础形式         一般均采用现浇钢筋混凝土大块式基础，有些基础上部设计成正多边形或圆柱形实体。基础底板的形状多为正多边形、圆形或方形，底面尺寸由地基条件确定。

基础计算        高炉基础除承受上述的温度作用以外，还有：(1)永久荷载，如高炉本身及炉料、操作平台、炉下建筑，装料卷扬机、斜桥、分布在炉身周围的设置等。(2)风荷载，与永久荷载相比较，风荷载对基础的影响极为微小，可忽略不计。(3)可能承受由悬挂的炉料在崩沉时产生的动力荷载，这属于偶然荷载。影响高炉基础承载力的主要因素是永久荷载和温度作用。

高炉基础的计算包括：(1)地基承载力计算和变形计算。(2)基础底板承载力计算。(3)基础的温度应力计算。关于地基承载力计算和变形计算与一般的基础相同。高炉基础底板的受弯承载力计算，大多采用“极限平衡理论”。基础的温度应力可采用弹性板理论求解，但由于缺乏地下温度场的足够实测资料，在实际工程设计中往往采用增加一定比例(例如10％～15％)的钢筋截面面积的方法来考虑温度应力的影响，而免除温度应力的计算。

基础构造            基础底板用钢筋，由上述的计算方法求得。圆形底板钢筋，按计算所得的数值分别进行径向和环向配筋，也可以用相互垂直的纵横两个方向的钢筋方格网来配置。基础上部台阶的周边应配置承受沿半径方向的温差应力和由炉身框架传来的水平力的环形钢筋。在基础的顶面也须配置一层钢筋网，以便抵抗施工期间产生的温度应力。对于方形基础底板，一般均按沿底板纵横互相垂直方向布置钢筋。为了增大混凝土局部受压承载力，在炉身框架的下面设置两层水平放置的构造钢筋网。

小型高炉炉底未设置冷却水管装置时，须采用耐热基墩隔热(见图)，基墩的厚度不小于其直径的1／4。高炉基础和耐热基墩处在不同的温度作用条件下，为避免两者变形不同的不利影响，要在基础和耐热基墩间设置水平方向的温度缝，缝中耐热材料采用石墨粉或由纯石英砂和白色耐火粘土(高岭土)调制的硬质塑料砂浆加以填充。为检查高炉基础承受温度的情况，在耐热基墩中埋置热电偶用管。考虑到在高炉生产后期温度可能大幅度升高，混凝土内不应采用对温度不稳定的或熔化点较低的骨料(如石灰石和白云石等)，一般可用花岗石等火成岩作骨料。

施工要求        高炉基础的体积较大。一座1000m3 级和4000m3 级的高炉，其基础的混凝土体积分别可达3500m3及6000m3以上，中心部分的厚度近9m和10m。为保证基础的整体性，一般均要求连续浇灌，一次完成。耐热混凝土基墩可以第二次浇灌。这样大体积的混凝土，如不采取有效的技术措施，当混凝土凝固时，将产生大量的水化热，使基础内外表面有较大的温度差，导致基础产生收缩裂缝。20世纪80年代，中国在进行大型高炉基础施工时，采取“控温防裂”措施，效果良好。在冬季施工时，混凝土浇灌后要立即采取保温措施，严防基础受冻，并在基础的四周和上下外表处配以抗温度收缩的钢筋。