风电场风电机组塔架的地基计算

风电场风电机组塔架的地基计算1.1一般规定1.1.1风电机组具有承受360°方向重复荷载和大偏心受力的特殊性，对地基基础的稳定性要求高，基础应按大块体结构设计。1.1.2基础埋置深度的选择应考虑下列因素：1基础的形式。2作用在基础上的荷载大小和性质。3地层结构和地下水埋深。4地墓土冻胀和融陷的影响。1.1.3基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。1.1.4扩展基础除应满足地基承载力、变形和稳定性要求外，基底允许脱开面积还应满足表1.1.4的要求。如不满足要求应采取加大基础底面积或埋深等措施。表1.1.4各计算工况基底允许脱开面积指标计算工况基底脱开面积AT/基底面积A（100%）正常运行荷载工况多遇地震工况不允许脱开极端荷载工况25%1.1.5对季节性冻土地区，当地基土具有冻胀性时，扩展基础埋深应大于土体的标准冻深（见附录H）；对多年冻土地区，可遵照有关规范执行。1.1.6对地震基本烈度为7度及以上且场地为饱和砂土、粉土的地区，应根据地基土振动液化的判别成果，通过技术经济比较采取稳定基础的对策和处理措施。1.2地基承载力计算1.2.1地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算及结合实践经验等方法综合确定。1.2.2当扩展基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，由载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，可按式（1.2.2）修正：（1.2.2）式中fa——修正后土体的地基承载力特征值；fak——地基承载力特征值，按1.2.1条的原则确定；ηb、ηd——扩展基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按表1.2.2确定；γ——扩展基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；表1.2.2承载力修正系数表土的类型ηbηd淤泥和淤泥质土01.0人工填土、e或IL不小于0.85的黏性上01.0红黏土含水比αω>0.801.2含水比αω≤0.80.151.4大面积压实填土压实系数大于0.95、黏粒含量ρc≥10％的粉土01.5最大干密度大于21kN/m3的级配砂石02.0粉土黏粒含量ρc≥l0％的粉土0.31.5黏粒含量ρc<10％的粉土0.52.0e或IL均小于0.85的黏性土0.31.6粉砂、细砂（不包括很湿与饱和时的稍密状态）2.03.0中砂、粗砂、砾砂和碎石土3.04.4注1：全风化岩石可参照所风化成的相应土类取值，其他状态下的岩石不修正。注2：地基承载力特征值按深层平板载荷试验确定时ηd取0，深层平板载荷试验按GB50007执行。bs——扩展基础底面力矩作用方向受压宽度，当扩展基础底面受压宽度大于6m时按6m取值，γm——扩展基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；hm——扩展基础埋置深度。1.2.3岩石地基承载力特征值可按第6.2.6条的规定确定。岩石地基承载力不进行深宽修正。1.3地基抗压计算1.3.1地基抗压计算应符合下列要求：1当承受轴心荷载时，应满足式（1.3.1-1）的要求：pk≤fa（1.3.l-1）式中pk——荷载效应标准组合下，扩展基础底面处平均压力；fa——修正后地基承载力特征值。2当承受偏心荷载时，除应满足式（1.3.1-1）的要求外，尚应满足式（1.3.1-2）的要求：pkmax≤1.2fa（1.3.1-2）式中pkmax——荷载效应标准组合下，扩展基础底面边缘最大压力值。1.3.2当扩展基础承受轴心荷载和在核心区内（e≤b/6）承受偏心荷载，基底面未脱开地基时（图1.3.2），扩展基础底面的压力可按式（1.3.2-1）～式（1.3.2-4）计算：1矩（方）形扩展基础承受轴心荷载时：（1.3.2-1）式中Nk——荷载效应标准组合下，上部结构传至扩展基础顶面竖向力修正标准值，Nk＝k0Fzk；k0——考虑风电机组荷载不确定性和荷载模型偏差等因素的荷载修正安全系数，取1.35；Gk——荷载效应标准组合下，扩展基础自重和扩展基础上覆土重标准值；A——扩展基础底面积，A=bl；b、l——基底面宽度、长度。图1.3.2基底面未脱开地基的基底压力示意图2矩（方）形扩展基础在核心区（e≤b/6）内，承受偏心荷载作用时：?（1.3.2-2）（1.3.2-3）（1.3.2-4）式中Mk——荷载效应标准组合下，上部结构传至扩展基础顶面力矩合力修正标准值，Mk=k0Mrk；Hk——荷载效应标准组合下，上部结构传至扩展基础顶面水平合力修正标准值，Hk=k0Frk；pkmin——荷载效应标准组合下，扩展基础底面边缘最小压力值；e——合力作用点的偏心距；hd——基础环顶标高至基础底面的高度。1.3.3当扩展基础在核心区（e>b（1.3.3-1）3a≥0.75b（1.3.3-2）式中a——合力作用点至扩展基础底面最大压力边缘的距离，按（b/2）-e或（l/2）-e计算。图1.3.3基底面部分脱开地基的基底压力示意图1.3.4（1.3.4-1）（1.3.4-2）式中pz——荷载效应标准组合下，软弱下卧层顶面处附加压力；pcz——软弱下卧层顶面处土自重压力；faz——软弱下卧层顶面处经深度等修正后的地基承载力特征值；pc——扩展基础底面处土的自重压力；z——扩展基础底面至软弱下卧层顶面的距离；θ——地基压力扩散线与垂直线的夹角，按表1.3.4采用。表1.3.4地基压力扩散角θEs1/Es2z/b0.250.536°23°510°25°1020°30°注1：Es1为上层土压缩模量；Es2为下层土压缩模量；注2：z/b<0.25时取θ＝0°，必要时宜由试验确定；z/b>0.50时θ值不变。1.4变形计算1.4.1基础变形应验算沉降值和倾斜率，其计算值不应大于地基变形允许值。1.4.2表1.4.2地基变形允许值轮毂高度H沉降允许值（mm）倾斜率允许值tanθ高压缩性黏性土低、中压缩性黏性土，砂土H<603001000.00660<H≤802000.00580<H≤1001500.004H>1001000.003注：倾斜率系指基础倾斜方向实际受压区域两边缘的沉降差与其距离的比值，按下式计算：式中S1、S2——基础倾斜方向实际受压区域两边缘的最终沉降值；bs——基础倾斜方向实际受压区域的宽度。1.4.3（1.4.3-1）（1.4.3-2）式中s——地基最终沉降值；s′——按分层总和法计算出的地基沉降值；φs——沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时可采用表1.4.3的数值；n——地基沉降计算深度范围内所划分的土层数（图1.4.3）；表1.4.3沉降计算经验系数φs基底附加压力(MPa)2.54.07.015.020.0P0k≤fak(kPa)1.41.31.00.40.2P0k≤0.75fak(kpa)1.11.00.70.40.2注：为沉降计算深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算:式中Ai——第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值。图1.4.3扩展基础沉降计算的分层示意图p0k——荷载效应标准组合下，扩展基础底面处的附加压力，根据基底实际受压面积（As=bsl）计算；Esi——扩展基础底面下第i层土的压缩模量，应取土自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算；zi、zi-1——扩展基础底面至第i、i-1层土底面的距离；——扩展基础底面计算点至第i、i-1层土底面范围内平均附加应力系数，可按附录J采用。1.4.4地基沉降计算深度Zn（1.4.4）式中——计算深度范围内，第i层土的计算沉降值；——由计算深度向上取厚度为的土层计算沉降值，见图1.4.3表1.4.4值bb≤22<b≤44<b≤8b>80.30.60.81.01.5稳定性计算1.5.1扩展基础和岩石锚杆基础的稳定性应根据工程地质和水文地质条件进行抗滑、抗倾覆或抗浮稳定计算。抗滑稳定计算应根据地质条件分别进行沿基深层结构面的稳定计算。1.5.2除罕遇工况外的其他荷载工况下，抗滑和抗倾覆稳定按下列公式验算。1抗滑稳定最危险滑动面上的抗滑动面上的抗滑力与滑动力应满足式（1.5.2-1）要求：≥1.3（1.5.2-1）式中FR——荷载效应基本组合下，抗滑力；FS——荷载效应基本组合下，滑动力修正值。2沿基础底面的抗倾覆稳定计算，其最危险计算工况应满足式（1.5.2-2）要求：≥1.6（1.5.2-2）式中MR——荷载效应基本组合下，抗倾力矩；MS——荷载效应基本组合下，倾覆力矩修正值。1.5.3根据GB500011的抗震设防目标，罕遇地震工况下抗滑和抗倾覆稳定应按下列公式验算。1抗滑稳定最危险滑动面上的抗滑