上海勘测设计研究院有限公司 上海 200434
摘要：随着社会经济的飞速发展，清洁能源越来越受到重视，风能成为目前清洁能源发展重点。架空输电线路作为风电场不可或缺的一部分，其基础的选型、安全性及经济性便十分重要。以某海上风电场工程为例，在充分分析其地质、水文情况，满足其结构安全及稳定性下，对塔基进行选型及计算分析，评价其稳定安全及其经济性。结果表明，设计基础不仅满足结构安全性要求，计算结果的经济性也为今后塔基基础选型设计和优化提供了参考依据。
关键词：输电线路；铁塔基础；选型；设计
0引言
随着我国电力事业的快速发展，铁塔作为电网系统的重要组成部分，对于输电安全性具有重要的影响[1]。而铁塔基础作为铁塔的支撑部分，基础情况直接决定这铁塔的施工质量[2]。由于地质的复杂性，地表水、地基土腐蚀性及地震等情况，对塔基选型及应力分析研究具有重要意义。本文基于某海上风电场220kV海缆回路，强腐蚀、并伴有地震等情况，对陆上部分架空线路荷载进行分析，并对基础型式进行拟定，同时进行基础结构安全计算。通过对基础的选型及计算分析，为今后海上风电场陆上部分塔基基础的选型及计算提供参考。
1工程概况
某海上风电场拟安装75 台单机容量为4MW风力发电机组，总装机容量300MW，风场西北方向约1.0km处无人岛上建设一座220kV海岛升压变电站。
铁塔基础位于陆上盐田及近海区域共35基，其中陆上26基、海上9基。陆上基础又以滨海大道为分界，其中滨海大道内侧24基、滨海大道外侧2基。
2计算参数
2.1地质概况和水文
2.1.1地质概况
根据风场详勘勘探揭示地表以下50.45m深度范围内，按地基土的成因类型、野外地质编录、原位测试、土工试验成果、工程特性与本工程试桩点勘察分层原则，综合划分为①～⑧共8个工程地质大层，其中第①、②层根据土性差异各细分为2个亚层，第②层土中尚有②夹层粉砂夹粉质粘土呈透镜体夹层分布，第⑦层土中有⑦t层粉质粘土呈透镜体分布，⑦t层又根据工程特性分为⑦t1粉质粘土与⑦t2粉质粘土夹粉土2个次亚层。
桩基设计所需的桩侧土极限摩阻力标准值和桩端土极限端阻力标准值详见表1。
4 结语
本文通过对某海上风电场陆上部分塔基地理条件进行分析，对塔基基础进行选型及安全性计算，对此风电场设计具有实际应用价值，其中计算方法可供今后的架空线路基础选型及应力分析进行参考。
参考文献：
[1]施昆．输电铁塔的腐蚀与防护探微[J]．现代工业经济和信息化，2015，(11)：29-30．
[2]倪云林，辛华龙，刘勇．我国海上风电的发展与技术现状分析［J］．能源工程，2009(4):21－25.
[3]曹柯，如何设计优化设计输电线路铁塔基础选型[J]．电力讯息，2017，（3）：183-184．
[4]韩玉莲，赵继勋，高阳，等．基于有限元单元法的混凝土结构配筋方法研究[J]．水科学与工程技术，2011，(4)：87-89．
(MPa)抗拔
系数
λi
qsik
(KPa)qpk
(KPa)
①2冲填土150.7
②1淤泥质粉质粘土150.7
②夹粉砂夹粉质粘土250.6
②2粉质粘土200.7
③粉细砂45（55）0.6
④粉质粘土550.7
⑤粉质粘土650.7
⑥粉砂夹粉质粘土500.6
⑦粉细砂35m以上取7535m以上取120035m以上取400.6
35m以下取8035m以下取130035m以下取50
⑦t1粉质粘土60750120.7
⑦t2粉质粘土夹粉土701200180.7
⑧粉质粘土夹粉砂701400200.7
注：(1)上表各土层的qsik、qpk除以2即为相应的特征值；
(2)冻深影响系数取1.0；
(3)未考虑液化影响。
2.1.2地表水、地基土的腐蚀性
本工程场地环境类型为Ⅱ类，场地未发现污染源。根据水质分析结论：地表水对Ⅱ类场地环境中的混凝土结构具强腐蚀性，在长期浸水环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋有中等腐蚀性，在干湿交替情况下对钢筋混凝土中的钢筋材料具有强腐蚀性。
2.1.3场地地震效应
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度值为0.15g，对应地震基本烈度为Ⅶ度，所在设计地震分组为第二组。拟建场地地基土属中软土类型，建筑场地属Ⅲ类，属可进行建设的一般场地。
在场区选取J6、J9共2个孔采用标贯试验对③层进行液化判别，判别结果如下：J6孔③层的液化指数为3.49，J9孔③层的液化指数为6.30，平均液化指数为4.90。故在抗震设防烈度为7度条件下，拟建场地为轻微液化场地，设计应考虑地基土的液化影响。
2.1.4冻土及水文概况
根据《中国季节性冻土标准冻深线图》，场区地处季节性冻土区，区内季节性冻土标准冻深为0.80m。勘探期间测得钻孔内稳定地下水埋深约为0.40～1.40m（平均0.84m），相应标高0.61～1.95m（平均1.24m）。设计可根据本地区年平均高水位作为地下水抗浮水位。在缺少本地区年平均高水位资料时，设计亦可采用盐池地表水的最高水位作为地下水抗浮水位。
2.2基础型式及作用力
2.2.1基础主要材料
（1）.混凝土：基础承台为C40，钻孔灌注桩为C40，抗冻等级F300。
（2）. 钢筋：主筋采用HRB400，箍筋及构造筋采用HPB300。
（3）. 钢材：地脚螺栓采用35号钢。
2.2.1基础荷载
上部铁塔传至基础顶部荷载主要为横向荷载、纵向荷载和垂直荷载，塔型根据档距及转角度数等的不同荷载也不同，各塔型的作用力见表2~5(N为下压力、T为上拔力，x、y为水平方向作用力)。
呼高
（m）工况TmaxTXTYNmaxNXNY
24断线工况412-52-46539-65-59
30断线工况447-57-51590-69-64
33断线工况458-57-52601-70-65
呼高
（m）
工况
Tmax
TX
TY
Nmax
NX
NY
18
60度风工况
1364
-216
-199
1576
-249
-225
21
60度风工况
1387
-217
-202
1599
-250
-228
表4 转角塔（SJ4）作用在基础上的作用力
呼高
（m）
工况
Tmax
TX
TY
Nmax
NX
NY
18
60度风工况
1712
-280
-265
1932
-316
-294
21
60度风工况
1732
-280
-267
1953
-317
-297
表5 终端塔（SDJ）作用在基础上的作用力
呼高
（m）
工况
Tmax
TX
TY
Nmax
NX
NY
18
60度风工况
1828
-245
-269
2084
-313
-264
经分析，本阶段直线塔基础计算采用呼高33m的断线工况作为控制工况荷载；转角塔基础计算采用SJ4塔基，呼高21m的60度风工况作为控制工况荷载；终端塔基础计算采用呼高18m的60度风工况作为控制工况荷载。
3 计算及成果分析
根据以上控制工况荷载进行相应基础计算，内容主要包括基础抗拔、下压、位移及结构稳定计算等。
3.1基础型式拟定
根据水文、地质情况及各塔型基础作用力的特点，结合陆上风机基础的设计情况，拟定陆上段基础采用低桩承台型式，基桩均采用钻孔灌注桩型式。
直线塔每基基础配四个独立承台，拟采用边长为3.314m的三角形承台，单个承台下布置3根基桩，单桩直径0.8m、桩长17.4m；转角和终端塔每基基础配四个独立承台，拟采用边长为5.0m的方形承台，单个承台下布置4根基桩，单桩直径1.0m、桩长27m。同时考虑陆上铁塔基础均位于盐池中，为保证基础的安全，基础四周设置护坡。
3.2铁塔基础顶高程
根据资料，当地海堤设计防潮标准为30年一遇，设计高潮位为2.70m，海堤为土质堤，堤顶高程为4.0m；盐场附近修建的滨海大道为一级公路，设计防潮标准为100年一遇，堤顶高程为4.0m~5.0m。
陆上段滨海大道内侧基础顶高程可参照乐亭大清河陆上风机基础设计高程，基础顶高程为4.0m；陆上段滨海大道外侧结合当地海堤高程，顶高程定为5.1m。
3.3结构计算
3.3.1承载力计算
单桩竖向承载力按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中的公式计算。
a、单桩竖向承载力特征值Ra按下式计算
式中 K—安全系数取K＝2。Quk—单桩竖向极限承载力标准值。
b、大直径桩钻孔灌注桩单桩极限承载力标准值Quk 可按下式估算
式中u—桩干周长；qsi—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；
qpk—桩径为800mm的极限端阻力标准值；—大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数；u— 桩身周长；li— 桩周第i层土的厚度；Ap— 桩端面积。
c、单桩抗拔极限承载力标准值Tgk、Tuk可按下式估算
式中Tuk—基桩抗拔极限承载力标准值；入i—抗拔系数。
d、单桩水平承载力特征值可按下式估算（桩身配筋率不小于0.65%）：
式中a—桩的水平变形系数；EI—桩身抗弯刚度；
Xoa
注：+为拉应力，–为压应力。
4 结语
本文通过对某海上风电场陆上部分塔基地理条件进行分析，对塔基基础进行选型及安全性计算，对此风电场设计具有实际应用价值，其中计算方法可供今后的架空线路基础选型及应力分析进行参考。
参考文献：
[1]施昆．输电铁塔的腐蚀与防护探微[J]．现代工业经济和信息化，2015，(11)：29-30．
[2]倪云林，辛华龙，刘勇．我国海上风电的发展与技术现状分析［J］．能源工程，2009(4):21－25.
[3]曹柯，如何设计优化设计输电线路铁塔基础选型[J]．电力讯息，2017，（3）：183-184．
[4]韩玉莲，赵继勋，高阳，等．基于有限元单元法的混凝土结构配筋方法研究[J]．水科学与工程技术，2011，(4)：87-89．
论文作者:朱峰林, 许强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/20
标签：基础论文; 工况论文; 粘土论文; 陆上论文; 铁塔论文; 荷载论文; 承载力论文; 《防护工程》2018年第20期论文;