周莉莉
（上海勘测设计研究院有限公司，上海200434）
［摘要］文中总结分析了陆上风电场内架空线路基础选型设计的要点，结合国内外风电场工程实例，对风电场场内架空输电线路几种常用的基础，进行设计并比较造价，针对国外某风电场施工中遇到的难题，给出解决方案。
［关键词］陆上风电场；输电线路；台阶式基础；选型设计
风电场内的集电线路承担着将电能传输至风电场内的变电站，最后经电网将电输送到用电地区的作用，是保证电力输送的重要环节之一。对于陆上风电场，场内集电线路设计可采用电缆沟（或直埋电缆）、架空线路或二者相结合的方式。有别于电力系统输电线路，风电场内的架空线路布置，通常依据场内风电机组的总布置进行，并随风机布置受到地形地貌条件限制，铁塔高度不能影响叶片转动，线路路径不能十分顺直。在风电场中用得较多的是耐张型塔，大多数兼有大转角，受力较大。另外，目前陆上风电场内集电线路电压等级一般采用35 kV，铁塔荷载在相同档距、转角等情况下，其杆塔荷载要比其他大型输电线路相对较小，但随着受到建设条件限制更多。
集电线路铁塔属于高耸建筑，作为铁塔的基础，根据其对应的杆塔线路转角及杆塔高度和型式的不同，其基础所承受的拉力/压力和倾覆力矩差异较大。基础设计应根据地质勘察各塔位钻孔土层分布情况和各土层的物理力学性质，同时结合项目所在地的施工工艺水平，通过技术经济比较，拟选基础型式，再进行相应结构设计。风场内常用架空线路基础的根据结构型式不同，分为以下几类：
1）刚性台阶基础：采用直立式主柱，基础底板内不配置受力钢筋、底板的台阶高宽比不小于1.0，利用土体与混凝土重量抗拔，施工工艺简单。
2）柔性基础：采用大底板承受下压，并增大上拔土体来承受上拔力。立柱和底板内均配置受力钢筋，其底板的台阶宽高比不小于1.0（且不宜大于2.5）。
3）掏挖基础：将钢筋骨架和混凝土直接浇入人工掏挖成型的土胎内一次浇注成型的基础。掏挖基础对塔基地质条件要求较高，塔位必须无地下水影响，且塔位土质必须能掏挖成形。掏挖基础通常埋深远小于桩基础，且施工工艺较桩基础简单，所需的施工设备并不复杂。也可根据地基条件做成半掏挖型式基础。
4）桩基础：桩基础型式种类较多，可为单桩基础和群桩基础。根据桩基础结构材料，还可划分为灌注桩基础，钢管桩基础等。同台阶基础、柔性基础相比，在地质条件并不十分复杂时，桩基础施工难度及造价处于劣势，尤其是山区风电场，通常仅在地质条件包含软弱夹层或者在水中假设杆塔时应用较多。
5）其他型式基础如预制基础、装配式基础、锚杆基础等，对于集电线路等级不高的风电场工程，从经济性和施工难易程度考虑，不占优势，应用不多。
2.1 工程概况
巴基斯坦某风电场工程总装机容量99 MW，布置66台单机容量1.5 MW风机。工程场地由三个规模较大的台地组成，地形平坦，场地现状主要为戈壁和荒漠，期间有丘陵、古河道和山谷分布。场内33 kV集电线路全部采用架空线路。
该工程场地涉及地层简单，表层覆盖层主要为风积粉质粘土和残积碎石土。基岩主要为强风化灰岩，局部夹泥岩。灰岩强度较高，一般属于较软～较硬岩。
2.2 基础选型方案
根据各塔位钻孔资料，场地内覆盖层厚度不均，厚约0～2.35 m。工程基层灰岩普遍强度高，施工基坑开挖需要风镐和爆破开挖，由于风场位置条件特殊，应尽量避免炸药累爆破开挖，据此应根据工程的施工特点，结合各塔基附近钻孔资料，有针对性的进行基础设计。经比较，架空线路基础设计采用如下方案：
1）根据覆盖层厚度进行塔位分类，基坑开挖难度不大的塔位，塔基分别设计刚性基础和柔性基础，选择经济最优的型式。
2）覆盖层浅、基坑无法深挖的塔位，塔基设计采用埋深较浅的柔性基础，利用大底板承受下压同时增加上拔土体来承受上拔力。
3）覆盖层厚度较深，荷载较小的塔位，塔基设计时应考虑深埋式的刚性基础，减少钢筋工程量，将低强度的覆盖层全部挖除至合适的建基面。
2.3 基础设计
以7717-12耐张塔型为例进行分析，基础挖开L为3 543 mm，基础场地无地下水影响，铁塔荷载见表1。基础混凝土等级C25，主柱钢筋的等级为II级。
表1 铁塔基础最大作用力设计值
对于杆塔基础结构设计，上拔稳定和倾覆稳定是极为重要的两部分设计内容：
1）刚性基础和柔性基础，利用回填土体满足基础抗拔要求，上拔稳定采用土重法计算，如下式：
式中：γf为基础附加分项系数，悬垂型杆塔上拔稳定和倾覆稳定取值1.10，耐张直线（0°转角）及悬垂转角杆塔上拔稳定和倾覆稳定取值1.30，耐张转角、终端、大跨越塔的上拔稳定和倾覆稳定取值1.60。γE为水平影响力系数；γs为基础地面以上土的加权平均重度。γθ1为基础底板上平面坡角影响系数，当坡角θ1＜45°时，取γθ1=0.8，当坡角θ1≥45°时，取γθ1=1.0；Vt为ht深度内土和基础的体积、V0为ht深度内基础的体积（m3）；△Vt为相邻基础影响的微体积，按规范DL/T5219-2014确定。Gf为基础自重（kN）。
2）基础下压和地基计算，为常规稳定计算，参考规范DL/T5219-2014。
3）铁塔倾覆稳定计算采用：
倾覆稳定允许值：
4）根据各塔基所处钻孔资料，该塔型共设计三种型式基础，工程量见表2。
表2 工程量比较
2.4 结论
1）根据表2，深挖型刚性基础造价最低，但是，由于场地地质条件特殊，大部分钻孔难以挖到制定建基面深度，因此，除覆盖层满足型式三的塔基外，其余塔基推荐采用型式二的基础。
2）对于覆盖层极浅，甚至无覆盖层，强风化灰岩裸露的塔基，基坑无法爆破开挖的情况下，需采用特殊的基础设计。考虑到铁塔刚性基础和柔性基础的上拔稳定主要利用底板以上土重实现，利用土重法原理设计对基础抬高的型式，人工填高上拔土体，保证底板以上土体厚度，经复核，可以满足基础抗拔要求。
3）该工程共设计143基塔，涉及13种塔型，20组基础载荷数据，在对各塔位的覆盖层进行梳理后，给定各塔推荐基础型式表，虽工作量略大，但能够在解决施工困难的情况下，实现较好的经济性。
1）在风电场土建设计工作中，相比风机基础或者其他土建工程，铁塔基础单基工程量不大，但对于集电线路采用以架空线路为主的风电场而言，涉及的塔基数量十分多，线路基础土建工程量的优化，对于节约工程造价仍有较大贡献，并且架空线路在风电场项目中，承担的作用十分关键，线路基础的设计不容忽视。
2）较之传统的刚性及柔性基础，掏挖基础混凝土量略有减少，但钢筋工程量减少明显。另外无论是刚性台阶基础还是板柱柔性基础，铁塔四个塔腿的基础同时开挖，开挖基坑较大，而掏挖基础则避免了这种情况，施工操作面小，土方扰动量小，植被破坏少，特别是植被茂密的地方，可优先设计采用掏挖基础。
3）对于山区风电场工程，为了优化架空线路投资，线路路径常常并未沿着场内道路路径，施工设备和建筑材料的运输难度都相对增大，因此，在基础设计选型过程中，除了对工程量的优化外，尚应重视施工难度和施工工艺。
［中图分类号］TU47
［文献标识码］B
［文章编号］1002—0624（2017）08—0018—03
［收稿日期] 2017-03-30
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