黑龍江某風電場風機基礎設計

張浩

摘要：近年來，我國的風電場建設逐漸增多，風電開發技術日趨成熟，風機的裝機容量也在大幅增加。風機基礎的設計是風電場建設的重要一環，承載了風機及其支撐結構的全部荷載，文章通過工程實例簡單敘述了風電場風機基礎的設計過程及思路。

關鍵詞：風機基礎；樁基礎；基礎設計；風電場；風能

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）01-0035-04

風能是太陽能的一種轉化形式，屬于無污染能源。隨著環境污染日益嚴重，開發可再生的清潔能源成為世界各國解決能源問題的主要手段。與其他能源相比，風能具有可再生、無污染、儲量充足、前景廣闊等優勢，對風能的開發和利用已經引起全世界的重視。

風力發電機基礎是風電場建設的重要組成部分，其主要作用是為塔筒與其上部風機葉輪提供堅實的基礎。風機基礎形式根據風電場所處的場地地質條件不同而各異。本文結合黑龍江省某風電場的風機基礎對風機基礎結構設計進行簡單的說明。

1注意問題

1.1指導規范

風機基礎具有大偏心受力的特性，這決定了風機基礎設計不同于普通工民建基礎的設計，早期國內主要參照國外設計經驗以及《高聳結構設計規范》，近幾年，隨著國內風電行業興起，大量風電場開始建設，我國也于2007年發布了《風電機組地基基礎設計規定（試行）》（FD003-2007），這也是我國風電基礎設計的主要指導規范。

1.2地質條件

風電場相比于普通工民建的占地面積巨大，所建設的場址大部分又處于山區、丘陵等地質條件復雜地區，每臺風機的地質情況也不同，因此地勘報告要對每臺風機所處位置給出詳細地層參數。如果地質條件的變化不顯著，則以最不利地質條件為準設計風場的所有風機基礎；如果每臺風機基礎所處地質條件差異巨大，則需要單獨考慮設計或者分組考慮設計不同的基礎以適用不同的地質條件。

1.3計算控制標準

風機基礎主要分為樁基礎和擴展基礎。擴展基礎的控制標準主要是基礎底面脫開面積比、地基承載力、基礎抗沖切承載力、基礎沉降值、基礎傾斜率、基礎配筋率、混凝土裂縫、鋼筋與混凝土的疲勞強度；樁基礎的控制標準主要包括基樁平均豎向力、樁基最大軸向力、單樁豎向承載力、抗拔樁基承載力、單樁樁身彎矩。

2場區地質條件

風電場地質條件是風機基礎設計的主要依據。

本文所介紹的風電場位于黑龍江省中部，小興安嶺南麓，松花江中游北岸的高漫灘，地勢平坦，屬半濕潤半干旱大陸性季風型氣候。大地構造單元處于小興安嶺湖盆系，翠宏山-玉泉花崗巖帶，木蘭褶皺束中段，西鄰濱東隆起，南緣松花江斷裂，第三紀末期到第四紀，由于受新構造運動的影響，小興安嶺繼續隆起，低平原相對下降，在白堊系地層之上又沉積了較厚的第四系河湖相松散堆積物。根據該項目的勘察報告，將擬建風場場區底層按照巖土成因、結構、工程特性綜合劃分地層，共劃分主要地層11層，現對場地主要地層結構及特征描述如下：

②層粉質粘土：黃褐色、灰黃色，表層含植物根系，軟塑，局部夾粉土層；含少量鐵質結核，稍有光澤，無搖振反應，韌性、干強度中等，場區大部分地段分布，fak=120kPa。

③層粉質粘土：灰色，軟塑，稍有光澤，無搖振反應，韌性、干強度中等，具中壓縮性，場區多數地段分布，fak=140kPa。

④層細砂：灰色，稍密-中密，飽和，砂以石英、長石為主，含少量云母等暗色礦物，級配不良，場區普遍分布，fak=140kPa。

⑤層粗砂：灰色，飽和，中密，含少量圓礫，礫以中酸性巖漿巖為主，磨圓較好，最大粒徑26mm，砂以石英、長石為主，含少量云母等暗色礦物，級配不良，場區大部分地段分布，fak=200kPa。

⑦粗砂：灰色，飽和，中密，含少量圓礫，礫以中酸性巖漿巖為主，磨圓較好，最大粒徑37mm，砂以石英、長石為主，含少量云母等暗色礦物，級配不良，場區大部分地段分布，fak=230kPa。

⑨層細砂：灰色，飽和，中密，砂以石英、長石為主，含少量云母等暗色礦物，級配不良，場區大部分地段分布，fak=160kPa。

⑩層中砂：灰色，飽和，中密，砂以石英、長石為主，含少量云母等暗色礦物，級配不良，場區大部分地段分布，fak=230kPa。

依據抗震規范劃分土的類型，該場地土層的等效剪切波速值范圍為140＜Vs≤250，場地實測波速為225.4m/s，因此確定該場地土類型為中軟場地土。同時根據區域地層資料，該建筑場地覆蓋層厚度大于50m，按照規范中的規定，場地類別為Ⅲ類，風電場主要建筑物抗震設防烈度為6度，工程區地震動反應譜特征周期為0.45s，地震動峰值加速度為0.05g，相應的地震基本烈度為6度，設計地震分組為第一組，結構構件環境類別為二b類。

樁的分布由少而長向多而短變化時，混凝土工程量的變化程度不同，600mm的混凝土用量變動幅度最小，1000mm的變化幅度最大，分析原因，當樁根數線性增加時，由于布置的改變，截面的抗彎力矩非線性增加，計算的最大單樁豎向力減小，需要的樁長縮短，因而樁用混凝土量的計算值呈波動變化，因此，樁徑較小的方案，樁用混凝土總量波動幅度就較小；反之，樁徑較大的方案，樁用混凝土總量的波動幅度就較大。對選定樁徑的樁基進行根數和樁長布置時，應根據不同布置方案和地基條件對樁長的要求反復對比，選擇最合理的樁基方案。結合實例中的樁徑、樁數選擇，最終確定采用600mm樁徑的鉆孔灌注。

5.3基礎灌注樁布置

8結語

本文通過分析工程實例，簡單敘述了風機基礎的設計過程，根據地質條件確定基礎形式，設計基礎尺寸，對比不同樁型布置及尺寸，設計樁基礎，選擇荷載工況及最不利荷載參數，最后采用專業計算軟件檢查計算結果是否滿足相關規范要求。希望對于風電基礎設計的探討研究，具有一定的參考

價值。

參考文獻

[1]風電場工程等級劃分及設計安全標準（試行）（FD002-2007）[S]．

[2]風電機組地基基礎設計規定（試行）（FD003-2007）[S]．

[3]建筑抗震設計規范（GB50011-2010）[S]．

[4]建筑樁基技術規范（JGJ94-2008）[S]．

（責任編輯：周加轉）