季节性冻土对风电场杆塔基础稳定性影响研究

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1、2011年第3期东北水利水电专题研究【文章编号]1002—0624(2011)03—0067—02季节性冻土对风电场杆塔基础稳定性影响研究郛娜(上海勘测设计研究院，上海200434)[摘要】本文分析了风电场架空输电线路的特点以及季节性冻土对线路基础的危害，并结合风电场中35kV直流输电线路杆塔基础的稳定进行分析。计算结果表明，在季节性冻土地区，特别是对冻深较大的地区，在基础埋深达到要求的同时，切向冻胀力也会对基础的稳定造成不利影响。因此，对季节性冻土地区的输电线路基础工程除按一般地区的要求进行设计施工外，还要考虑冻土的特殊要求。[关键词]季节性冻土；风电场；冻胀力；输电线路；台

2、阶式基础[中图分类号]TV698．2+6[文献标识码]A我国幅员辽阔，南北气温差异较大，北方地区电力设冻土对风电场杆塔基础的影响成了决定性因素。施的冻害发生较为普遍，在各类建(构)筑物的冻害中，冻2季节性冻土对输电线路基础的危害胀、融沉等造成的破环表现得尤为突出。包括冻胀上抬、裂缝及变形等。这些冻害不仅严重影响了工程效益的发挥，冻土根据持续时间可分为季节冻土与多年冻土al。在而且会影响新建工程的进展。因此对冻土地区的输电线路冬季冻结，夏季融化的土层，称为季节性冻土；对冻结状态基础工程，除按一般地区的要求进行设计施工外，还要特持续3年以上的土，称为多年冻土或永久冻土。别考虑冻土对

3、杆塔基础的影响。1)冻土产生的作用力冻土冻胀时对建(构)筑物基础产生的作用力包括切1风电场架空输电线路特点向冻胀力、水平冻胀力和法向冻胀力141。切向冻胀力是沿着风电场集电线路多采用电缆直埋沟、架空线路或二者基础侧面向上的冻胀力；法向冻胀力是冻锋面上产生的冻相结合的方式，具体采取何种型式主要根据工程实际情况胀应力、传给基础底面形成垂直于底面的接触应力，它是及工程造价确定。风电场内的架空线路有别于电力系统输由基础荷重限制地基土的冻胀变形而产生的反作用力，其电线路，主要体现在以下几点：大小取决于基础对冻土的约束程度和冻土的压缩性；水平1)风的作用：风场选址原则是风力资源丰富，具有较

4、冻胀力对基础的稳定性不产生直接影响，但由于它的存在好的风资源开发前景。一般根据风速的大／Jxl”，分为一类风将使冻土与基础间界面的摩擦力增大，使作用于基础的切场、二类风场和三类风场，其中一类风场的参考风速为50向冻胀力增大，从而对基础稳定性产生间接影响。m／s(轮毂高度处，以下同)；二类风场的参考风速为42．5m／2)冻土的危害s；三类风场的参考风速为37．5m／s，绝大多数的风场都在冻土对建(构)筑物的影响表现在两个方面：一是地基二类风场以上。冻胀时，使轻型建(构)筑物上升，这种上升是由于对基础2)线路路径：由于风场内架空输电线路的布置需要根侧面的切向冻胀力和对基底的垂直冻胀

5、力共同作用所引据风机位置等因素确定，一般是在不影响风机叶轮转动的起的；另方面则是解冻时融化所引起的不均匀沉降，这种情况下沿风机走向布置，因此，输电线路路径并不十分顺升降作用，会造成基础拉断。由于季节性冻土形成过程的直。在风电场中用的较多的是耐张型塔，大多数兼有转角，不确定性，可能造成铁塔4个腿的基础所受的冻胀上拔力受力较大。有所差异，造成铁塔发生倾斜甚至倒塌。3)基础作用力。杆塔基础的作用主要是稳定杆塔，能3工程实例承受杆塔、导线、架空地线等各种荷载所产生的上拔力、下压力和倾覆力矩。随着风能开发速度的加快，一方面陆地某风电场工程位于内蒙古，工程场地为季节性冻土可开发资源的减少，

6、目前风场选址多选在沿海区域及山地区，根据《中国季节性冻土标准冻深线图》，该区内季节性冻土标准冻深为1．50m，现场调查获得的季节性冻土最大等地区，沿海地区地质条件较差，地下水位较高，对基础的稳定均产生不利的影响，基础要有足够大的尺寸满足稳定冻深为1．80m。风电场内35kV集电线路采用架空及电缆要求；另一方面风电场一般采用35kV集电线路，铁塔荷直埋混合的方式。载在相同档距、转角等情况下，其杆塔荷载耍比其他大型地基土分层：②层为第四系全新统冲积成因的粉质粘土、粉土，厚度1．3m，含水量为20．1％；③层为第四系全输电线路相对要小些，而正因为如此，在季节性冻土地区，·67·专题研

7、究东北水利水电2011年第3新统冲积成因的粉砂、细砂，以粉砂为主，厚度2．5m，含水冻结深度切向冻胀力极限设计值取32kPa，经计算：rr量为17．7％；④1层淤泥质粉砂、细砂，厚度1．6111，含水设计值为279．2kN；r，设计值为32x0．8x4X1．5=153．6量为22．7％；④2层黑褐色弱泥炭质土，含水量为kN。因此，To=279．2+153．6=432．8kN。34．4％；⑤层为第四系中更新统冲积成因的粉砂、细砂，厚可见，大于上拔力，因此，需复核该基础尺寸是否度0．7m。含水量