风电场风电机组塔架的地基基础设计方案.doc

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1、风电场风电机组塔架的地基基础设计方案1.1 一般规定1.1.1表1.1.1 混凝土结构的环境类别环境类别条 件二a 非严寒和非寒冷地区的露天环境，与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境b 严寒和寒冷地区的露天环境，与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境三使用除冰盐的环境；严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境四 海水环境五 受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境注：严寒和寒冷地区的划分应符合JGJ24的规定。1.1.2 基础设计应考虑地下水、环境水、基础周围土壤对其的腐蚀，必要时应遵照GB50046和JTJ275等有关规定采取有效的防腐措施。1.1.3 二类和三类环境中，基础混凝土裂缝宽度应满足下

2、列规定： 1 正常运行荷载工况：最大裂缝宽度不得超过0.2mm。 2 极端荷载工况：最大裂缝宽度不得超过0.3mm。 四类和五类环境中的基础混凝土，其裂缝控制要求应符合专门标准的有关规定。1.1.4 桩的抗裂和限裂设计应符合JGJ94的规定。1.1.5 混凝土强度等级应由按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度标准值。混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度标准值fck、ftk和设计值fc、ft及弹性模量Ec表1.1.5 混凝土强度标准值、设计值 及弹性模量 单位：Nmm2种类符混凝土强度等级号C15C20C25C30C35C40C45

3、C50C55C60C65C70C75C80强度种类10.013.416.720.123.426.821.632.435.538.541.544.547.450.21.271.541.782.012.202.392.512.642.742.852.932.993.053.117.21.611.914.316.711.121.123.125.227.521.731.833.835.90.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22弹性模量(104)Ec2.202.552.803.003.153.253.353.453.553.603.

4、653.703.753.801.1.6 钢筋强度标准值应不小于95的保证率。普通钢筋的强度标准值按表1.1.6-1确定，设计值和弹性模量按表1.1.6-2确定。表1.1.6-1 普通钢筋强度标准值种 类符 号d (mm) (Nm2)热扎钢筋HPB235 (Q235)820235HRB335 (20MnSi)650335HRR400 (20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)650400RRB400 (20MnSi)840400表1.1.6-2 普通钢筋强度设计值及弹性模量 单位：Nmm2种 类符 号抗拉强度抗压强度弹性模量抗剪强度热扎钢筋HPB235 (Q235)2102102.110

5、5115HRB335 (20MnSi)3003002.0l05155HRR400 (20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)3603602.0l05180RRB400 (20MnSi)3603602.0l05195注：在钢筋混凝土结构中，轴心受厄和小偏心受拉构件的钢筋杭拉强度设计值大于300Nmm2时，仍按取用300Nmm2。1.1.7 基础和桩身混凝土应具有较高的耐久性、抗裂性及施工和易性，并满足GB 50010的要求。基础采用的混凝土强度等级不应低于C25级，垫层混凝土强度等级不应低于C15级。有抗冻要求的混凝土，抗冻等级应按照DLT 5082的规定确定。1.1.8 基础混凝土宜采

6、用P.O42.5硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。当采用其他品种和标号时，应通过对比试验确定。1.1.9 基础混凝土中宜掺粉煤灰或其他优质掺合料。粉煤灰的质量应符合GBJ 146的要求。1.1.10 基础混凝土应掺用引气剂和减水剂，根据要求，也可掺用调节混凝土凝结时间的其他种类外加剂。采用的外加剂和掺合料的种类及掺量应通过试验确定。1.1.11 凡符合国家标准的饮用水均可用于拌和与养护混凝土。未经处理的工业污水和生活污水不得用于拌和与养护混凝土。地表水、地下水和其他类型水在首次用于拌和与养护混凝土时，须按现行的有关标准，经检验合格方可使用。1.1.12 施工中在基础混凝土表面出现的裂缝应进行处理，如

7、在四类、五类环境中应及时进行处理。1.2 扩展基础1.2.1 矩形基础应验算基础环与基础交接处以及基础台柱边缘的受冲切承载力。受冲切承载力应符合下列规定： （1.2.1-1） （1.2.1-2） （1.2.1-3）式中 荷载效应基本组合下，作用在A，上的地基净反力设计值； 中切验算时取用的部分基底面积(图1.2.1中的阴影面积ABCDEF)；扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时图1.2.1 计算阶形基础的受冲切承载力截面位置1冲切破坏锥体最不利一侧的斜截面；2冲切破坏锥体的底面线的地基土单位面积净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力；受冲切承载力截面高度影响系

8、数，当h0800mm时，取1.0；当h02000mm时，取0.9，其间按线性内插法取用； 混凝土轴心抗拉强度设计值，按表1.1.6采用； 基础冲切破坏锥体的有效高度； 冲切破坏锥体最不利一侧计算长度； 受冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算基础环与基础交接处的受冲切承载力时，取基础环直径，当计算基础台柱边缘处的受冲切承载力时，取台柱宽； 受冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当受冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内（图1.2.1），计算基础环与基础交接处的受冲切承载力时，取基础环直径加两倍基础有效高度，当计算基础台柱边缘受冲切承载力时，取台柱宽加两倍该处有效高度。1.

9、2.2 基础底板的配筋应按抗弯计算确定，并遵照GB 50010规定计算配筋量。 1 在轴心荷载或单向偏心荷载作用下，对于方形基础，当台阶的宽高比小于或等于2.5（a1/h）和偏心矩小于或等于l/6基础宽度时图1.2.2（a），任意截面的底板受弯可按简化公式（1.2.2-1）计算： （1.2.2-1）田1.2.2 矩形基础底板的计算示意图a)偏心距小于或等于1/6基础宽度时；(b)偏心距大于l/6基础宽度时式中 M1荷载效应基本组合下，任意截面I-I处的弯矩设计值； pmax荷载效应基本组合下，基础底面边缘最大地基反力设计值； p 荷载效应基本组合下，在任意截面I-I处基础底面地基反力设计值；

10、G考虑荷载分项系数的基础自重及其上覆的土自重； a1 任意截面I-I至基底边缘最大反力处的距离； A 抗弯计算时的刽5分基底面积； l 基础底面的边长。 2 在单向偏心荷载作用下，对于方形基础，当台阶的宽高比小于或等于2.5（a1/h）和偏心矩大于1/6基础宽度时图1.2.2（b），变高截面处的弯矩可按简化公式(1.2.2-2)计算： （1.2.2-2）1.2.3 基础应按不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件，验算斜截面受剪承载力。斜截面受剪承载力应按式(1.2.3-1)计算： （1.2.3-1） （1.2.3-2）式中 V 荷载效应基本组合下，构件斜截面上最大剪力设计值； 受剪截面高度影响

11、系数：当h0800mm时，取h0 800mm；当h02000mm时，取h02000mm； 混凝土轴心抗拉强度设计值，按表1.1.5采用； h0截面的有效高度； b 矩形截面的宽度。1.2.4 基础应根据1.1.4条的规定，按所处环境类别和设计工况确定相应的裂缝控制要求及最大裂缝宽度限值，并采用荷载效应标准组合按GB 50010的规定验算裂缝宽度。1.3 桩 基 础1.3.1 桩基础包括混凝上预制桩和混凝土灌注桩。桩基础应为4根及以上基桩组成的群桩基础。按桩的性状和竖向受力情况可分为摩擦型桩和端承型桩。摩擦型桩的桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受，端承型桩的桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受。1.3.2

12、 群桩中基桩桩顶受力应分别考虑荷载效应标准组合和基本组合。 1 标准组合下桩顶受力按式（1.3.2-1）式（1.3.2-3）计算： 1）轴心竖向力作用下： （1.3.2-1） 2）偏心竖向力作用下： （1.3.2-2） 3）水平力作用下： （1.3.2-3）式中 Nk荷载效应标准组合下，作用于桩基承台顶面的竖向力修正标准值，Nkk0Fzk，k0按8.3.2条规定取值； Gk桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分扣除水的浮力； Nik荷载效应标准组合轴心（偏心）竖向力作用下，第i基桩或复合基桩的竖向力； MYk荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，作用于承台底面，绕通过桩群形心的r主

13、轴的合力矩修正标准值，MYkk0（Mrk +Frkhd）； xi、xj基桩或复合基桩至y轴的距离； Hk 荷载效应标准组合下，作用于桩基承台底面的水平力修正标准值，Hkk0Frk； Hik荷载效应标准组合下，作用于第i基桩或复合基桩的水平力： n 桩基中的桩数； hd基础环顶标高至承台底面的高度。 2 基本组合下桩顶受力由荷载标准值乘以相应分项系数按式（1.3.2-1）式（1.3.2-3）计算。1.3.3 桩基础设计时，应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作，计算方法和公式可采用附录L进行计算。1.3.4 基桩承载力荷载效应标准组合计算应符合式（1.3.4-1）式（1.3.4-3）的要求：

14、1 轴心竖向力作用下： NikR （1.3.4-1） 2 偏心竖向力作用下，除满足式（1.3.4-1）外，尚应满足式（1.3.4-2）的要求： Nikmax1.2R （1.3.4-2） 3 水平力荷载作用下： HikRh （1.3.4-3）式中 Nik荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合桩基的平均竖向力； Nikmax荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，桩顶最大竖向力； R墓桩或复合基桩竖向承载力特征值； Hik在荷载效应标准组合下，作用于基桩i桩顶处的水平力； Rh群桩中基桩水平承载力特征值。1.3.5 单桩竖向承载力特征值及。应按式（1.3.5）确定： （1.3.5） 式中 单桩竖向

15、极限承载力标准值； K安全系数，取K2。1.3.6 设计采用的单桩竖向极限承载力标准值规定如下： 1 1级桩基础，应通过单桩静载试验确定。 2 2级桩基础，应通过单桩静载试验确定，仅当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定。 3 3级桩基础，可根据原位测试和经验参数综合确定。1.3.7 单桩竖向极限承载力标准值、极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值的确定应符合下列规定： 1 单桩竖向静载试验按JGJ 106执行。 2 对于大直径端承型桩，也可通过深层平板(平板直径应与孔径一致)载荷试验确定极限端阻力。 3 对于嵌岩桩，也可通过岩基平板（直径0.3m

16、）载荷试验确定极限端阻力标准值，通过嵌岩短墩（直径0.3m）确定极限侧阻力标准和极限端阻力标准值。 4 桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值宜通过埋设桩身轴力测试元件静载试验确定，可通过测试结果建立极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值与土层物理指标、岩石饱和单轴抗压强度以及静力触探等土的原位测试指标间的经验关系。1.3.8 当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定基桩抗压极限承载力标准值时，宜按式（1.3.8）估算： (1.3.8)式中 、总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值； 桩侧第j层土的极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可按附录K取值； 极限端阻力标准值，如无当地经验值时，可

17、按附录K取值； 桩穿越第i层土的厚度； U桩身周长； Ap桩端面积。1.3.9 对于桩距不超过6d的群桩基础，桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层1/3的软弱下卧层时，可按式（1.3.9-1）、式（1.3.9-2）验算软弱下卧层的承载力(图1.3.9)： （1.3.9-1） （1.3.9-2）图1.3.9 软弱下卧层承载力验算式中 作用于软弱下卧层顶面的附加应力； 软弱层顶面以上各土层重度(地下水位以下取浮重度)的厚度加权平均值； t 硬持力层厚度； 软弱下卧层经深度修正的地基极限承载力特征值，深度修正系数取1.0；A0、B0桩群外缘矩形面积的长、短边长； 桩端硬持力层压力扩散角，按表1.3.

18、9取值。表1.3.9 桩端硬持力层压力扩散角 单位()Es1Es2t=0.25Bot0.50Bo1412362351025102030注1：Es1、Es2为硬持力层、软弱下卧层的压缩模量。注2；当t1m时，0.9（+1）。 2 桩侧土水平抗力系数的比例系数，宜通过单桩水平静载试验确定，当无静载试验资料时，可按表1.3.16取值。表1.3.16 地基土水平抗力系数的比例系数m值预制桩灌注桩序号地基土类别(MNm4)相应单桩在地面处水平位移(mm)(MNm4)相应单桩在地面处水乎位移(mm)l淤泥、淤泥质土、饱和湿陷性土24.5102.566122流塑(1)、软塑(0.750.9粉土，松散粉细砂，

19、松散、稍密填土4.5610614483可塑(0.25l0.75)状黏性土，湿陷性土，0.750.9粉土，中密填土，稍密细砂610101435364硬塑(00.25)、坚硬(0)状黏性土，湿陷性上，0.75粉土，中密的中粗砂，密实老填土10221035100255中密、密实的砾砂、碎石类土1003001.53 注1：当桩顶水平位移大于表列数值或灌注桩配筋率较高(0.65%)时：m值应适当降低；当预制桩的水平向位移小于10mm时，值可适当提高 注2：当水平荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列数值乘以0.4降低采用。 注2：当地基为可液化土层时，应按JGJ 94规定执行。1.3.17 桩身混凝土强

20、度应满足桩的承载力设计要求。计算中应考虑荷载效应的基本组合，并应按桩的类型和成桩工艺的不同，分受压桩、抗拔桩和受水平作用桩等，遵照JGJ 94有关规定进行计算。1.3.18 桩的主筋应遵照GB 50010规定经计算确定，并应采用荷载效应标准值根据该规定验算桩身的裂缝宽度。1.3.19 对5.0.2条规定的桩基础和摩擦型桩基础，应进行沉降验算。桩基的沉降不得超过基础的沉降允许值，并应符合8.4.2条的要求。 计算桩基沉降时，最终沉降量宜按单向压缩分层总和法计算。地基内的应力分布宜采用各向同性均质线性变形体理论，按下列方法计算，计算应按附录M进行： 1 实体深基础（桩距不大于6）。 2 其他方法，

21、包括明德林应力公司方法。1.3.20 应按有关规范的规定考虑特殊条件对桩基的影响。 1 软土地区的桩基应考虑桩周土自重固结、蠕变及施工中挤土对桩基的影响；在深厚软土中不宜采用有大片密集有挤土效应的桩基。 2 位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。 3 对于预制桩尚应进行运输、吊装和锤击等过程中的强度和抗裂验算。1.3.21 桩顶端的承台应采用钢筋混凝土重力式，并应满足抗冲切、抗剪切、抗弯承载力和上部结构的要求。1.3.22 桩基承台配筋应按抗弯计算确定，并遵照GB 50010规定计算配筋量。桩基承台的弯矩计算可按式（1.3.22-1）、式（1.3.22-2）简化计算的方法确定，群桩矩形承台计

22、算截面取在基础环边和承台变阶处（图1.3.22）。 （1.3.22-1） （1.3.22-2）式中 、 垂直y轴和x轴方向计算截面处的弯矩没计值； 、垂直轴和轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；图1.3.22 承台弯距计算示意图 荷载效应基本组合下，扣除承台和其上填土自重后的第 桩竖向力设计值。1.3.23 桩基础承台受冲切承载力的计算，应符合下列规定： 1 基础环对承台的冲切，可按式（1.3.23-1）式（1.3.23-4）计算； （1.3.231） （1.3.232） （1.3.233） （1.3.234）式中荷载效应基本组合下，扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体上的冲切力设计值，

23、冲切破坏锥体应采用白基础环或台桩边缘至桩顶边缘的连线构成的锥体，锥体与承台底面的夹角不小于45o （图1.3.23-1）；图1.3.231 基础环对承台冲切计算示意图 承台冲切破坏锥体的有效高度； 承台受冲切承载力截面高度影响系数，其值按1.2.l条的规定取用；、冲切系数；、冲跨比，、，、为基础环或台柱边缘至桩边的水平距离，当时，=； N荷载效应基本组合下，基础环根部轴力设计值。 2 多桩矩形承台受角桩冲切的承载力应按式（1.3.23-5）式（1.3.23-7）计算（-2）： （-5） （1.3.23-6) （1.3.23-7）式中 荷载效应基本组合下，扣除承台及其上填土自重后的角图1.3.2

24、3-2 矩形承台角桩冲切计算示意图 桩桩顶竖向力设计值； 、角桩冲切系数； 、角桩冲跨比，其值满足0.251.0，； 、从角桩内边缘至承台外边缘的距离； 、从承台底角桩内边缘引45o冲切线与承台顶面或承台变阶处相交至角桩内边缘的水平距离： 承台外边缘的有效高度。1.3.24 桩基础承台应对台柱边缘和桩边连线形成的斜截面进行受剪计算（图1.3.24）。当基础环边有多排桩形成多个剪切斜截面时，尚应对每个斜截面进行验算。斜截面受剪承载力可按式（1.3.24-1）式（1.3.24-3）计算： （1.3.24-1） （1.3.24-2） （1.3.24-2）式中 V荷载效应基本组合下，扣除承台及其上填土

25、自重后斜截图1.3.24 承台斜截面受剪计算示意图 面的最大剪力设计值； 承台计算截面处的计算宽度 计算宽度处的承台有效高度； 承台剪切系数； 受剪截面承载力截面高度影响系数，其值按第1.2.3条的规定计算； 计算截面的剪跨比，为基础环或台柱边缘处至计算一排桩的桩边的水平距离，当3.0时，取3.0。1.3.25 当承台的混凝土强度等级低于桩的强度等级时，尚应验算桩上承台的局部受压承载力。1.3.26 应根据第1.1.4条的规定，按所处环境类别和结构类别确定承台混凝土的裂缝控制要求及最大裂缝宽度限值，并采用荷载效应 标准组合按GB 50010规定验算承台裂缝宽度。1.4 岩石锚杆基础1.4.1

26、岩石锚杆基础应置于较完整的岩体上，且与基岩连成整体，并应符合下列要求：1 锚杆孔直径，宜取锚杆直径的3倍，但不应小于1倍锚杆直径加50mm。锚杆的构造要求，可按图1.4.1采用。图941 岩石锚杆基础一锚杆孔直径；锚杆的有效锚固长度；锚杆直径 2 锚杆插入混凝土承台结构的长度，应符合钢筋的锚固长度要求。 3 锚杆宜采用热扎带肋钢筋，水泥砂浆强度不宜低于30MPa，细石混凝土强度不宜低于C30。灌浆前，应将锚杆孔清理干净。1.4.2 锚杆基础中单根锚杆所承受的拔力，应按式（1.4.2-1）、式（1.4.2-2）验算； （1.4.2-1） （1.4.2-2）式中 N荷载效应标准组合下，作用在基础顶

27、面上的竖向力修正标准值，按8.3.2条规定取值； G基础自重及其上覆的土自重标准值； M荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，作用于基础底面，绕通过基础底而形心的y主轴的合力矩修正标准值，; 第；根锚杆至基础底面形心的y轴线的距离; N荷载效应标准组合下，第根锚杆所受的拔力; R 单根锚杆抗拔承载力特征值; N荷载效应标准组合下，锚杆所受的最大拔力。1.4.3 对l级和2级桩基础，单根锚杆抗拔承载力特征值兄应通过现场试验确定；对于其他基础，可按式（1.4.3）计算： （1.4.3）式中 砂浆与岩石间的黏结强度特征值，可按表1.4.3选用。表1.4.3 砂浆锚杆与岩石间钓黏结强度特征值 单位：MPa

28、 岩石坚硬程度 硬 质 岩 较 软 岩 软 岩 黏结强度0.60.40.40.2 0.2 注：水泥砂浆强度为30MPa，混凝土强度等级C30。1.4.4 岩石锚杆基础结构的设计应满足1.2节的有关要求。1.5 一般构造规定1.5.1 扩展基础、桩基础承台或岩石锚杆基础的底宽或直径宜控制在轮毂高度的1/51/3范围内，基础高度宜控制在轮毂高度的1/301/20范围内，基础边缘高度宜为底宽或直径的l/201/15，且应不小于1.0m。1.5.2 软弱地基上的垫层混凝土厚度宜大于20cm。基础混凝土浇筑前应对垫层1昆凝土或基岩表面进行凿毛处理，并冲洗干净。1.5.3 基础环应深入至基础或承台底板一定深度，并与基础或承台结构可靠连接。应对基础环与基础或承台的连接进行专门设计，并做局部冲切、承压和拉拔等验算。基础预埋件周边应设细部连接或构造钢筋。1.5.4 基础棍凝土应一次浇筑成型。对可能存在的施工缝应采取凿毛、高压冲洗、铺浆和设插筋等措施进行处理。1.5.5 受力钢筋的混凝土保护层厚度(从钢筋外