轧钢机基础设计(design of rolling mill foundation)

支承并固定轧钢设备的混凝土基础结构的设计。轧机基础通常指的是轧机及其传动设备(如主电机、减速机和齿轮机)以及升降台或推床等设备基础，辊道、冷床、台架、推钢机、剪断机、热锯机、矫直机等设备基础也属于轧钢机基础的设计范围。轧钢机基础是冶金厂矿中最大的设备基础。20世纪70年代中国在武汉钢铁公司建成投产的1700mm热轧薄板的设备基础为大型筏式箱形基础。全部主轧机组基础与加热炉基础、主电室地下室、地下油库、铁皮冲渣沟、通风、电缆等隧道和地下卷取机基础组合在一起，形成整体基础。该基础全长为650m(未设伸缩缝)，宽度为38～57m，最宽处达92m，底部面积约为3万m2，基础埋深为9～11m，局部达一13．5m。设计主要内容包括原始资料收集、基础形式、基础计算、基础构造和基础防护。

原始资料收集 见冶金厂矿设备基础设计。

基础形式 须满足生产工艺要求，便于生产操作和维修。基础形式一般有大块式、墙式、大块式和墙式(或箱形)等混合型基础(图1)。需要时，设置温度伸缩缝，将基础分为若干区段。为满足现代化生产工艺要求和节约混凝土，对于大型热轧机基础也有将设备基础和地下构筑物设计成整体的。中型热轧机基础则以板、墙结构形式为主，但在齿轮机部位宜采用大块式基础，以增加抗扭强度。小型热轧机基础一般为墙式基础，基础中开槽作为冲渣沟使用。冷轧机基础可采用大块式或墙式基础，一般与卷取机基础连成整体。高速线材轧机则多采用高架式基础，即以墙、柱、梁、顶板和基础底板构成整体设备基础，将基础全高的小部分埋入地面以下，大部分高出地面并与周围的工作平台相邻。

计算要点 轧钢设备基础一般需计算地基承载力和将基础分解为钢筋混凝土梁、板、柱单体构件计算其承载力。有抗裂要求的构件须按有关规范验算抗裂度和裂缝宽度。计算大型筏式箱形基础有两种方法；一种是把基础简化为梁或板，按直线分布反力或弹性地基理论计算；另一种是把基础连同上部结构作为一个整体，在电子计算机上应用有限元法按弹性地基理论进行计算。前者可手算，但算出结果较粗略，后者计算结果精确。

基础构造 主要涉及地脚螺栓和变形缝的设置。

(1)地脚螺栓。地脚螺栓按固定于设备基础上的方式可分为死螺栓(图2)与活螺栓(图3)两种。一般采用Q235号钢制作。有时由设备制造厂随设备提供；有时按设备要求，在设计设备基础时一并设计，并由施工单位负责加工制作。死螺栓的施工有埋入法、预留孔法(包括预埋波形螺旋套管法)和钻孔锚固法三种。活螺栓穿过埋设于基础中的套管，下端以T形头、固定板或螺帽固定，在套管上端200mm范围内填塞浸油麻丝予以保护。各种地脚螺栓的埋置深度随螺栓形式而异，一般为螺栓直径的10～25倍，按有关设计规程选定。

(2)变形缝(伸缩缝、沉降缝)的设置。变形缝的设置须和设备配合，以不影响机组正常运转为原则。在较软弱天然地基上的设备基础，当传动轴为直接传动或刚性连接时，不能设置变形缝；当传动轴装置柔性接手(万向接手)，并有较好的地基条件时，可设变形缝。各类基础伸缩缝的间距视基础形式、类别而异，伸缩缝的最大间距为25～50m，按有关设计规程确定。当变形缝位于地下水位以上，无温度影响时，采用沥青油毡、麻丝沥青或沥青纤维板等填缝；当变形缝位于地下水位以下，无温度影响时，可采用橡胶或塑料止水带；当基础表面温度高于50℃时，采用镀锌钢板止水带；当基础内部有生产水时。无论基础位于地下水位以上或以下，均须采用橡胶、塑料或镀锌钢板止水带。为防止基础差异沉降，在变形缝处的基础底部沿缝长设置钢筋混凝土垫梁，并在其顶面上铺设二毡三油隔离层，以利两侧基础的伸缩。当基础长度超过有关规定的伸缩缝最大间距而工艺不允许在此范围内设置伸缩缝时，可采取设置临时伸缩缝(后浇施工缝)的措施，即在浇灌混凝土基础时，留出0．5～1m的空隙，并从两侧混凝土基础内伸出钢筋，一个月后将两侧伸出的钢筋焊接起来，将空隙处两侧混凝土凿毛洗净，浇灌与基础同标号的混凝土(尽量采用无收缩混凝土)，并延长养护时间，以减小混凝土的收缩变形。当前，国内外对伸缩缝的设置存在不同的认识：一种认为必须按有关规定设置伸缩缝，但是在有地下水的情况下，伸缩缝要有良好的防水性能，否则会形成漏水薄弱环节。另一种主张在沿基础全长不设伸缩缝，当产生裂缝时，为防止地下水渗入，用堵漏办法处理。对于轧钢设备基础是否设置伸缩缝，今后需不断总结设计、施工经验，积极从水泥和减水剂的品种和施工方法等方面采取措施，提高混凝土的抗裂性能，防止裂缝出现，不以堵漏为唯一的解决途径。

基础防护 主要包括：(1)防水与排水。对有防水要求的设备基础须根据水文、工程地质资料、生产水情况，按防水要求的严格程度分别采用渗排水层、防水混凝土，卷材防水层、水泥砂浆防水层等防水方法。对主电室等防水要求较高的大面积基础，当地下水为上层滞水时，宜采用渗排水层(见加热炉基础设计)；当地下水为潜水时，宜采用防水混凝土，必要时设内排水等辅助设施。对地下油库、地下水泵站等，宜采用防水混凝土并采取内排水措施，其排水线路不宜与冲渣沟相通，以防水倒流。对防水要求较低的基础，当仅为防止渗漏时，可采用卷材防水层或20mm厚的1：2水泥砂浆防水层。

(2)其他防护。大、中型热轧车间的冷床柱墩、集料筐、缓冷坑、热剪切头坑、垛板台等受高温烘烤的设备基础，要根据温度高低，全部或局部采取隔热措施或采用耐热混凝土。在切头坑、缓冷坑、沉淀池、混凝土斜梯的踏步、设有活动盖板的地沟和易受碰撞的基础边缘，均需埋设护边角钢或其他预埋件。沉淀池、切头收集坑的侧壁内表面和底板上表面等易受碰撞的部位，需设置防护层(见铁皮沉淀池设计)。对于受酸、碱、油等侵蚀的基础，须按有关规定采取防护措施。