变电站条形基础设计研究

苗矿伟 李思涵 徐建斌

【摘要】随着国家对新能源的重视，风力发电得到了大力的发展，本文主要是对风力发电变电站所采用的条件基础设计的基本内容和要求展开了讨论，以供同仁参考！

【关键词】变电站，条件基础，设计

1、工程概况

某风电厂规划200MW，建设一个110kV变电站，由于变电站采用条件基础，柱下条形基础通常由基础底板和基础梁组成， 基础剖面见图1。

图1 基础剖面图

2、确定合理的基础纵向长度 L

理论上可直接根据梯形或三角形分布的地基反力和任意设定的基础长度来计算基础， 但根据多年来的经验， 在正常情况下，对于比较重要的结构， 在无附加构造措施下， 设计应满足基础纵向偏心距 ≤L/6和基础横向偏心距 ≤b/6的要求， 即尽量使两个方向地基反力均变成较丰满的梯形分布， 并要求每一方向的最大和最小地基反力不宜相差过大， 以避免基础倾斜而失去对上部结构的有效控制和修复。为计算方便， 并使各柱下弯矩和跨中弯矩趋于平衡， 有利于节约配筋， 使得按常规方法算得的结果更符合假定的线性分布， 一般应将作用在基础纵向（ L 方向） 平面内的荷载所产生的偏心地基反力转换成均布地基反力（ 以梯形或三角形分布地基净反力为例， 介绍如何将其转换成均布净反力）， 为此需要确定一个合理的基础长度， 其设计转换过程如下。

基础的纵向地基净反力为：

/ = ±

其中， ， 分别为基础纵向边缘处最大和最小净反力设计值； 为作用于基础上各竖向荷载（ ， ） 的合力设计值（ 不包括基础自重和其上覆土重） ； 为作用于基础上的各竖向荷（ ， ） 、各纵向弯矩（ ） 、各纵向水平荷载（ ） 对基础底板纵向中点产生的总弯矩设计值。实际工程中作用于基础上的结构柱、大型设备、局部墙体或地面运输等荷载形式， 均对基础纵向有偏心效应。

当 与 相差不大于10% 时， 可近似地取其平均值作为均布地基净反力， 直接定出基础的悬臂长度 = （ 按构造要求为第一跨距的1/ 4～ 1/ 3） ， 很方便就确定了合理的基础长度 L ；如果 与 相差较大时， 常通过调整一端悬臂长度 或 ， 使合力 的重心恰为基础的形心（ 工程中允许两者误差大于基础长度的 3% ） ， 从而使 = 0， 反力从梯形或三角形分布变为均布， 求 和 的过程如下先求合力 作用点距左起第一柱的距离 x ：

X=

其中， 为作用于基础上的各纵向弯矩（ ） 设计值之和； 为各竖向荷载（ ）距 作用点的距离。当 x ≥a/ 2 时， 基础长度 L = 2（ x + ） ， = L - a - 。

当 x < a/2 时， 基础长度 L= 2（ a- x + ） ， = L - a-

按上述确定 和 后， 使偏心地基净反力变为均布地基净反力， 其为：

=

其中， 为均布地基净反力设计值， 由此也可得到一个合理的基础长度 L。

3、确定基础底板宽度

根据修正后的地基承载力特征值 ， 一般可按两个方向分别进行如下验算， 从而确定基础底板宽度 b（ 当存在软弱下卧层时，还必须按相应规范对下卧层进行验算， 必要时还应验算地基变形， 从而最终确定基础底板宽 b）。基础底板纵向边缘地基反力标准值：

/ = ±

应满足：

≤1.2 及（ + ）/2≤ 和 >0

抗震设计则满足：

≤1.2￡ 及（ + ）/2≤￡

同时， 偏心距 e≤3 L / 20， 但高宽比大于4的高层建筑宜保证 > 0 基础底板横向边缘地基反力标准值：

/ = ±

≤1.2 及（ + ）/2≤ 和 >0￡

抗震设计则满足：

≤1.2￡ 及（ + ）/2≤￡

同时， 偏心距 e≤3L / 20， 但高宽比大于 4 的高层建筑宜保证

> 0。对于基础过长而个别第i柱处的局部荷载效应 （ 这里主要指横向偏心效应） 很大的特殊情况， 尚应沿基础纵向在该柱左右（ + ） / 3 范围， 取此单元验算其基础底板横向边缘地基反力标准值， 但基础底板横向边缘地基反力標准值改用下式：

/ = ±

若不满足要求， 应在（ + ） / 3范围内将基础底板加宽或增加横向联系。以上各式中， 为基础自重和其上覆土重标准值之和， 可近似取 = 20bLD ， D 为基础实际埋深， 但在地下水位以下部分应扣去浮力。 为作用于基础上各竖向荷载（ ， ）、各纵向弯矩（ ） 、各纵向水平荷载（ ） 对基础底板纵向中心产生的总弯矩标准值； 为作用于基础上各竖向荷载（ ， ）、各横向弯矩（ ） 、各横向水平荷载（ ） 对基础底板横向中点产生的总弯矩标准值。e， 为偏心距， 为地基土抗震承载力调整系数； ， 为该柱处左右跨长度。 为第i 柱处的竖向荷载标准值， 包括（ + ） / 3范围内的 。 为（ + ） / 3 范围内的基础自重和其上覆土重的标准值之和。

当 = 0 时， 则只需验算基础底板纵向边缘地基反力；当 = 0 时， 则只需验算基础底板横向边缘地基反力； 当 = 0且 = 0 （ 即地基反力为均布） 时， 则按下式验算， 很快可确定基础底板宽度 b。

由 =（ + ）/bL≤ 可得：B大于等于 =

其中， 为均布地基反力标准值， 若考虑抗震则取 为 。

结束语

综上可知，根据相关资料证明，在变电站基础的设计过程中，单桩容许承载力对于钻孔灌桩的安全度较大。此外，在实际工程中， 为减小基础横向偏心效应和基础间的沉降差， 增强基础抗扭能力， 可于横向设连系梁。对于局部荷载效应很大的特殊情况， 还可将局部底板加宽。

参考文献：

[1] 张忠亭， 丁小学 钻孔灌注桩的设计与施工 [ M ] 北京： 中国建筑工业出版社， 2007.

[2] 建筑地基基础设计规范 （GB50007—2002） .中国建筑工业出版社，2002.

[3] 黄平干， 罗 斌. 柱下条形基础底板和梁的合理设计[ J] . 建筑结构， 2004， 34（5）： 53-56.