高層建筑深基礎(chǔ)接地裝置管理
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摘要：高層建筑深基礎(chǔ)作為接地裝置在實踐中有一定的應(yīng)用，但設(shè)計時大部分是建立在實際工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，所以在具體的應(yīng)用上有一定的爭議。以廈門電力調(diào)度中心工程接地裝置的選用作為例子，對高層建筑深基礎(chǔ)接地裝置的接地電阻進行等效計算，從而對深基礎(chǔ)作為接地裝置的做法給予計算上的支持。
關(guān)鍵詞：高層建筑;深基礎(chǔ)接地裝置;接地電阻;可行性探討?yīng)?/p>
中圖分類號：TU文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）09-0356-02
1高層建筑接地裝置一般做法與爭議
高層建筑中，常將動力系統(tǒng)的接地與防雷合用一個接地裝置，并采用均壓措施。而對于電力系統(tǒng)的通訊調(diào)度樓來說，在電力部行業(yè)標準《防雷技術(shù)標準及措施》中也有明確規(guī)定：“調(diào)度通訊綜合樓內(nèi)的通訊站應(yīng)與同一樓內(nèi)的動力裝置、建筑物避雷裝置共用一個接地網(wǎng)”。接地電阻要求小于1Ω。
接地裝置包括自然接地體和人工接地體組成。
廈門電力調(diào)度中心是由華東電力設(shè)計院設(shè)計的。
大樓施工前，施工單位根據(jù)以往施工經(jīng)驗向籌建處提出以大廈樁基作為接地極的想法。為了慎重起見，我們特地跟廈門建筑設(shè)計院的電氣專業(yè)設(shè)計人員請教廈門地區(qū)的具體情況。他們認為，由于廈門的獨特的海島地理位置，以建筑物深基礎(chǔ)作為接地極是再合適不過的，而且效果也好。他們還介紹環(huán)員當湖一帶的以深基礎(chǔ)作為接地極的建筑物的接地電阻測試一般都在1Ω以下，并建議電力調(diào)度中心也采用這種方式。
但是施工交底時與設(shè)計院設(shè)計人員提出這個問題時，設(shè)計人員與我們還是存在了意見上的分歧。設(shè)計院的意見還是在以基礎(chǔ)作為接地極只是建立在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上。
2高層建筑以深基礎(chǔ)作為接地極可行性探討?yīng)?/p>
2.1高層建筑樁基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分析
高層建筑的基礎(chǔ)樁基，在結(jié)構(gòu)上都是等效于將一根根鋼筋混凝土柱子深入地中，直達幾十米深的巖層。樁基上做大廈的承臺，承臺也是用鋼筋混凝土制作的，它把樁基聯(lián)成一體。承臺上是大廈的剪力墻及柱子，大廈的地面部分就座落在承臺上。構(gòu)成如圖1：
圖1高層建筑樁基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)
2.2深基礎(chǔ)接地極接地電阻等效計算方法的探討?yīng)?/p>
2.2.1接地電阻值
接地線的電阻很小，可以略去不計，所以一般認為接地電阻等于流散電阻。以下的討論也是以此為基礎(chǔ)展開的。
2.2.2單根樁基接地電阻的等效計算
所以我們根據(jù)最不利點的原則，將同一樁內(nèi)多根鋼筋的流散方式等效為單根同徑鋼筋的流散作用，即可等效為圓柱混凝土中的垂直圓鋼接地體。這樣，我們就可以計算出單根樁基的流散電阻RC：RC=ρ/(2πl(wèi))*ln(d1/d2)+ρ1/(2πl(wèi))*ln(4l/d1)
電阻系數(shù)如表1：
2.2.3多根樁基組成的組合接地裝置接地電阻的等效計算
有了單根樁基的等效計算方法，我們就可以將單根樁等效為一根棒型垂直接地體，其流散電阻RC為以上計算所得的值。考慮到各根樁基彼此之間流散電流相互干擾而產(chǎn)生的屏蔽作用，利用下式可計算出這組接地裝置的工頻流散電阻RC總：RC總=RC/(n*η)
n：組合接地樁基數(shù)量；η：接地體利用系數(shù)
其中接地體利用系數(shù)η選擇如下表2：（a:L為接地體距離與其長度比值）
2.2.4沖擊接地電阻的計算
以上為工頻接地電阻的計算。沖擊接地電阻是指雷電流流經(jīng)接地裝置泄入大地時所受到的接地電阻，包括接地線電阻與流散電阻。由于強大的雷電流泄入大地時，在接地體附近形成較大電場，泄入處土壤被擊穿并產(chǎn)生火花，使流散電阻顯著降低。同時土壤電阻系數(shù)也隨著電場強度的增加而降低。當然，由于雷電波陡度大，具有高頻特性，同時會使接地線的感抗有所增加，對于比較短的接地體，接地線的阻抗比起流散電阻來，畢竟是較小的，可以忽略。但對于較長的接地體，雷電流的高頻特性引起接地體較大的電抗阻礙了后續(xù)電流的流散，考慮這一因素，接地體有效長度應(yīng)按L=2*ρ計算。（其中ρ為接地體周圍介質(zhì)電阻系數(shù)）
因此，總的說來，沖擊電阻一般小于工頻接地電阻。沖擊接地電阻RCH可用下式計算：
3該計算方法在實際中的應(yīng)用
3.1實際計算運用情況
現(xiàn)在，有了以上的近似等效計算方法，我們不妨以一個實際工程作為例子來驗證以下。我們還是以廈門電力調(diào)度中心作為例子進行討論。廈門電力調(diào)度中心共有樁基356根，每根樁長50米，直徑800mm，樁內(nèi)鋼筋籠長24米，每個鋼筋籠配筋情況為12∮20主筋，箍筋為∮8＠200，并以點焊形式將鋼筋籠連為一體。現(xiàn)在我們將一根樁基等效為一根直徑為800mm，中含一直徑20mm，長24m鋼筋的圓柱混凝土接地極。我們可計算出單根的流散電阻RC：
根據(jù)表2，廈門電力調(diào)度中心地下為砂質(zhì)粘土，地下水含鹽成分，選土壤電阻系數(shù)ρ1=30Ω*米，混凝土在濕土中電阻系數(shù)ρ=200Ω*米，鋼筋長度L=24米，直徑d2=0.02米,樁基直徑d1=0.8米,得出:
然后我們再從356根中選取一組相互距離為12米共計16根的樁基組成環(huán)行垂直接地體，從表2選取利用系數(shù)η=0.4，可算出本接地裝置的接地電阻RC總：
RC總=RC/(n*η)=5.84/(16*0.4)=0.91Ω
3.2實際測試情況
以上的計算要求在施工中電氣專業(yè)與土建專業(yè)配合，將有關(guān)鋼筋按要求焊接起來。廈門電力調(diào)度中心大樓在基礎(chǔ)施工完畢后，并準備進行上部工程的施工時，我們與施工單位對柱內(nèi)引下線預(yù)埋件進行接地電阻測試，結(jié)果非常令人滿意，為0.21Ω，即使當作測量時為剛降過雨而乘上一季節(jié)調(diào)整系數(shù)3，也只有0.63Ω，也是一較令人滿意的結(jié)果。雖然測試結(jié)果比較滿意，但是由于調(diào)度中心利用樁基作為接地極的提法在圖紙會審時被設(shè)計院否定，所以在樁基施工時，也未進行電氣焊接上的專門配合。所以最終根據(jù)設(shè)計要求進行了環(huán)形接地極的施工。97年4月8日大樓基本全面竣工時，我們又測了一次接地電阻為0.12～0.14Ω。
4深基礎(chǔ)接地裝置可行性探討的意義
在前面的結(jié)構(gòu)特點中我們已提及利用基礎(chǔ)組成的接地網(wǎng)具有巨大表面積的流散面，有很高的熱穩(wěn)定性與疏散電流的能力，接地電阻低，而且由于高層建筑基礎(chǔ)很深，有的常在地下水位以下，使得接地電阻終年穩(wěn)定，不受季節(jié)、氣候影響；同時利用大廈的樁基及承臺鋼筋做接地極，使整個建筑物地下如同敷設(shè)了均壓網(wǎng)，使地面電位分布均勻；施工方便，可省去大量土方開挖工程量，施工時，只要與土建專業(yè)做好配合，把有關(guān)鋼筋焊接起來即可，這樣就節(jié)省了大量的鋼材；同時由于利用了結(jié)構(gòu)鋼筋，平時這些鋼筋被混凝土保護，不易腐蝕，不受機械損傷，使得維護工程量降至最少限度。
