陸上風(fēng)電場內(nèi)架空線路基礎(chǔ)選型設(shè)計

周莉莉

（上海勘測設(shè)計研究院有限公司，上海200434）

陸上風(fēng)電場內(nèi)架空線路基礎(chǔ)選型設(shè)計

周莉莉

（上海勘測設(shè)計研究院有限公司，上海200434）

文中總結(jié)分析了陸上風(fēng)電場內(nèi)架空線路基礎(chǔ)選型設(shè)計的要點，結(jié)合國內(nèi)外風(fēng)電場工程實例，對風(fēng)電場場內(nèi)架空輸電線路幾種常用的基礎(chǔ)，進行設(shè)計并比較造價，針對國外某風(fēng)電場施工中遇到的難題，給出解決方案。

陸上風(fēng)電場；輸電線路；臺階式基礎(chǔ)；選型設(shè)計

風(fēng)電場內(nèi)的集電線路承擔(dān)著將電能傳輸至風(fēng)電場內(nèi)的變電站，最后經(jīng)電網(wǎng)將電輸送到用電地區(qū)的作用，是保證電力輸送的重要環(huán)節(jié)之一。對于陸上風(fēng)電場，場內(nèi)集電線路設(shè)計可采用電纜溝（或直埋電纜）、架空線路或二者相結(jié)合的方式。有別于電力系統(tǒng)輸電線路，風(fēng)電場內(nèi)的架空線路布置，通常依據(jù)場內(nèi)風(fēng)電機組的總布置進行，并隨風(fēng)機布置受到地形地貌條件限制，鐵塔高度不能影響葉片轉(zhuǎn)動，線路路徑不能十分順直。在風(fēng)電場中用得較多的是耐張型塔，大多數(shù)兼有大轉(zhuǎn)角，受力較大。另外，目前陸上風(fēng)電場內(nèi)集電線路電壓等級一般采用35 kV，鐵塔荷載在相同檔距、轉(zhuǎn)角等情況下，其桿塔荷載要比其他大型輸電線路相對較小，但隨著受到建設(shè)條件限制更多。

1 桿塔基礎(chǔ)型式

集電線路鐵塔屬于高聳建筑，作為鐵塔的基礎(chǔ)，根據(jù)其對應(yīng)的桿塔線路轉(zhuǎn)角及桿塔高度和型式的不同，其基礎(chǔ)所承受的拉力/壓力和傾覆力矩差異較大?；A(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察各塔位鉆孔土層分布情況和各土層的物理力學(xué)性質(zhì)，同時結(jié)合項目所在地的施工工藝水平，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，擬選基礎(chǔ)型式，再進行相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。風(fēng)場內(nèi)常用架空線路基礎(chǔ)的根據(jù)結(jié)構(gòu)型式不同，分為以下幾類：

1）剛性臺階基礎(chǔ)：采用直立式主柱，基礎(chǔ)底板內(nèi)不配置受力鋼筋、底板的臺階高寬比不小于1.0，利用土體與混凝土重量抗拔，施工工藝簡單。

2）柔性基礎(chǔ)：采用大底板承受下壓，并增大上拔土體來承受上拔力。立柱和底板內(nèi)均配置受力鋼筋，其底板的臺階寬高比不小于1.0（且不宜大于2.5）。

3）掏挖基礎(chǔ)：將鋼筋骨架和混凝土直接澆入人工掏挖成型的土胎內(nèi)一次澆注成型的基礎(chǔ)。掏挖基礎(chǔ)對塔基地質(zhì)條件要求較高，塔位必須無地下水影響，且塔位土質(zhì)必須能掏挖成形。掏挖基礎(chǔ)通常埋深遠小于樁基礎(chǔ)，且施工工藝較樁基礎(chǔ)簡單，所需的施工設(shè)備并不復(fù)雜。也可根據(jù)地基條件做成半掏挖型式基礎(chǔ)。

4）樁基礎(chǔ)：樁基礎(chǔ)型式種類較多，可為單樁基礎(chǔ)和群樁基礎(chǔ)。根據(jù)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料，還可劃分為灌注樁基礎(chǔ)，鋼管樁基礎(chǔ)等。同臺階基礎(chǔ)、柔性基礎(chǔ)相比，在地質(zhì)條件并不十分復(fù)雜時，樁基礎(chǔ)施工難度及造價處于劣勢，尤其是山區(qū)風(fēng)電場，通常僅在地質(zhì)條件包含軟弱夾層或者在水中假設(shè)桿塔時應(yīng)用較多。

5）其他型式基礎(chǔ)如預(yù)制基礎(chǔ)、裝配式基礎(chǔ)、錨桿基礎(chǔ)等，對于集電線路等級不高的風(fēng)電場工程，從經(jīng)濟性和施工難易程度考慮，不占優(yōu)勢，應(yīng)用不多。

2 工程實例

2.1 工程概況

巴基斯坦某風(fēng)電場工程總裝機容量99 MW，布置66臺單機容量1.5 MW風(fēng)機。工程場地由三個規(guī)模較大的臺地組成，地形平坦，場地現(xiàn)狀主要為戈壁和荒漠，期間有丘陵、古河道和山谷分布。場內(nèi)33 kV集電線路全部采用架空線路。

該工程場地涉及地層簡單，表層覆蓋層主要為風(fēng)積粉質(zhì)粘土和殘積碎石土。基巖主要為強風(fēng)化灰?guī)r，局部夾泥巖。灰?guī)r強度較高，一般屬于較軟～較硬巖。

2.2 基礎(chǔ)選型方案

根據(jù)各塔位鉆孔資料，場地內(nèi)覆蓋層厚度不均，厚約0～2.35 m。工程基層灰?guī)r普遍強度高，施工基坑開挖需要風(fēng)鎬和爆破開挖，由于風(fēng)場位置條件特殊，應(yīng)盡量避免炸藥累爆破開挖，據(jù)此應(yīng)根據(jù)工程的施工特點，結(jié)合各塔基附近鉆孔資料，有針對性的進行基礎(chǔ)設(shè)計。經(jīng)比較，架空線路基礎(chǔ)設(shè)計采用如下方案：

1）根據(jù)覆蓋層厚度進行塔位分類，基坑開挖難度不大的塔位，塔基分別設(shè)計剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)，選擇經(jīng)濟最優(yōu)的型式。

2）覆蓋層淺、基坑無法深挖的塔位，塔基設(shè)計采用埋深較淺的柔性基礎(chǔ)，利用大底板承受下壓同時增加上拔土體來承受上拔力。

3）覆蓋層厚度較深，荷載較小的塔位，塔基設(shè)計時應(yīng)考慮深埋式的剛性基礎(chǔ)，減少鋼筋工程量，將低強度的覆蓋層全部挖除至合適的建基面。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計

以7717-12耐張塔型為例進行分析，基礎(chǔ)挖開L為3 543 mm，基礎(chǔ)場地?zé)o地下水影響，鐵塔荷載見表1?；A(chǔ)混凝土等級C25，主柱鋼筋的等級為II級。

表1 鐵塔基礎(chǔ)最大作用力設(shè)計值

對于桿塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計，上拔穩(wěn)定和傾覆穩(wěn)定是極為重要的兩部分設(shè)計內(nèi)容：

1）剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)，利用回填土體滿足基礎(chǔ)抗拔要求，上拔穩(wěn)定采用土重法計算，如下式：

式中：γf為基礎(chǔ)附加分項系數(shù)，懸垂型桿塔上拔穩(wěn)定和傾覆穩(wěn)定取值1.10，耐張直線（0°轉(zhuǎn)角）及懸垂轉(zhuǎn)角桿塔上拔穩(wěn)定和傾覆穩(wěn)定取值1.30，耐張轉(zhuǎn)角、終端、大跨越塔的上拔穩(wěn)定和傾覆穩(wěn)定取值1.60。γE為水平影響力系數(shù)；γs為基礎(chǔ)地面以上土的加權(quán)平均重度。γθ1為基礎(chǔ)底板上平面坡角影響系數(shù)，當(dāng)坡角θ1＜45°時，取γθ1=0.8，當(dāng)坡角θ1≥45°時，取γθ1=1.0；Vt為ht深度內(nèi)土和基礎(chǔ)的體積、V0為ht深度內(nèi)基礎(chǔ)的體積（m3）；△Vt為相鄰基礎(chǔ)影響的微體積，按規(guī)范DL/T5219-2014確定。Gf為基礎(chǔ)自重（kN）。

2）基礎(chǔ)下壓和地基計算，為常規(guī)穩(wěn)定計算，參考規(guī)范DL/T5219-2014。

3）鐵塔傾覆穩(wěn)定計算采用：

傾覆穩(wěn)定允許值：

4）根據(jù)各塔基所處鉆孔資料，該塔型共設(shè)計三種型式基礎(chǔ)，工程量見表2。

表2 工程量比較

2.4 結(jié)論

1）根據(jù)表2，深挖型剛性基礎(chǔ)造價最低，但是，由于場地地質(zhì)條件特殊，大部分鉆孔難以挖到制定建基面深度，因此，除覆蓋層滿足型式三的塔基外，其余塔基推薦采用型式二的基礎(chǔ)。

2）對于覆蓋層極淺，甚至無覆蓋層，強風(fēng)化灰?guī)r裸露的塔基，基坑無法爆破開挖的情況下，需采用特殊的基礎(chǔ)設(shè)計。考慮到鐵塔剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)的上拔穩(wěn)定主要利用底板以上土重實現(xiàn)，利用土重法原理設(shè)計對基礎(chǔ)抬高的型式，人工填高上拔土體，保證底板以上土體厚度，經(jīng)復(fù)核，可以滿足基礎(chǔ)抗拔要求。

3）該工程共設(shè)計143基塔，涉及13種塔型，20組基礎(chǔ)載荷數(shù)據(jù)，在對各塔位的覆蓋層進行梳理后，給定各塔推薦基礎(chǔ)型式表，雖工作量略大，但能夠在解決施工困難的情況下，實現(xiàn)較好的經(jīng)濟性。

3 主要結(jié)論

1）在風(fēng)電場土建設(shè)計工作中，相比風(fēng)機基礎(chǔ)或者其他土建工程，鐵塔基礎(chǔ)單基工程量不大，但對于集電線路采用以架空線路為主的風(fēng)電場而言，涉及的塔基數(shù)量十分多，線路基礎(chǔ)土建工程量的優(yōu)化，對于節(jié)約工程造價仍有較大貢獻，并且架空線路在風(fēng)電場項目中，承擔(dān)的作用十分關(guān)鍵，線路基礎(chǔ)的設(shè)計不容忽視。

2）較之傳統(tǒng)的剛性及柔性基礎(chǔ)，掏挖基礎(chǔ)混凝土量略有減少，但鋼筋工程量減少明顯。另外無論是剛性臺階基礎(chǔ)還是板柱柔性基礎(chǔ)，鐵塔四個塔腿的基礎(chǔ)同時開挖，開挖基坑較大，而掏挖基礎(chǔ)則避免了這種情況，施工操作面小，土方擾動量小，植被破壞少，特別是植被茂密的地方，可優(yōu)先設(shè)計采用掏挖基礎(chǔ)。

3）對于山區(qū)風(fēng)電場工程，為了優(yōu)化架空線路投資，線路路徑常常并未沿著場內(nèi)道路路徑，施工設(shè)備和建筑材料的運輸難度都相對增大，因此，在基礎(chǔ)設(shè)計選型過程中，除了對工程量的優(yōu)化外，尚應(yīng)重視施工難度和施工工藝。

TU47

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1002—0624（2017）08—0018—03

2017-03-30