不同風(fēng)機基礎(chǔ)在巖溶山區(qū)的對比及應(yīng)用

李 明，李啟宏，胡俊杰，龐 波，李 超

（湖北省電力勘測設(shè)計院，湖北 武漢430040）

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

某風(fēng)電場項目一、二期工程位于湖北恩施，一期工程共安裝58臺風(fēng)機，單機容量為850kW，輪轂高度44m，總裝機容量為49.3MW；二期工程共安裝33臺風(fēng)機，單機容量為1500kW，輪轂高度65m，總裝機容量為49.5MW。

風(fēng)場區(qū)域為南偏西—北偏東走向山脈，地形地貌屬于中山區(qū)，海拔高度在1640～1830m之間，風(fēng)機位多位于山頂及山脊，林木稀少，多為灌木林及油竹林，局部為人工開墾的旱地。

根據(jù)勘測成果，廠址內(nèi)巖土層特征按剖面圖中編號順序由上而下有：可塑粘土層、軟塑粘土層、碎石粘土層、灰?guī)r層等。

場區(qū)下伏地層巖性為灰?guī)r，巖溶極發(fā)育。施工圖勘測過程中發(fā)現(xiàn)，每個機鉆孔的巖芯裂隙均可見小型的溶蝕凹槽。根據(jù)勘測結(jié)果，鉆孔遇洞率為22.7%，鉆孔線溶率為2.9%；溶溝、溶槽及溶蝕裂隙強烈發(fā)育，基巖面起伏較大。按《巖土工程勘察規(guī)范》（2009版）[1]（GB50021-2001）以及《火力發(fā)電廠巖土工程勘測技術(shù)規(guī)程》[2]（DL/T5074-2006）判定，風(fēng)電場巖溶發(fā)育程度為強烈發(fā)育。

2 風(fēng)機基礎(chǔ)選型及巖溶的處理辦法

對于一般山區(qū)風(fēng)電場，常規(guī)可以選擇巖石錨桿基礎(chǔ)，巖石錨桿基礎(chǔ)適用于工程地質(zhì)相對比較好的地區(qū)，要求巖石的整體性好、穩(wěn)定性強、無滑移、巖石承載力較高。本工程鉆孔遇洞率、鉆孔線溶率都很高，溶溝、溶槽及溶蝕裂隙強烈發(fā)育，基巖面起伏較大，不適宜采用巖石錨桿基礎(chǔ)。對于其他的新型基礎(chǔ)，如P&H無張力灌注樁基礎(chǔ)，也受場地條件限制，無法實施。對此，本工程最終選擇天然地基基礎(chǔ)。

在本工程一期工程中，采用的獨立擴展式風(fēng)機基礎(chǔ)，二期工程中，采用的梁板式風(fēng)機基礎(chǔ)，持力層均為中風(fēng)化灰?guī)r。

對于巖溶地區(qū)風(fēng)機基礎(chǔ)，在施工圖勘察階段，風(fēng)機位中心布置控制性勘探點1個，沿風(fēng)機位中心四周布置一般性勘探點4個，并輔以地質(zhì)雷達(dá)、探井等勘測手段，在施工圖開展前對風(fēng)機點位處地質(zhì)情況進行有效勘察，特別是探明溶洞、溶溝、溶槽的分布情況。在風(fēng)機基礎(chǔ)施工期間輔助必要的施工勘察，確保風(fēng)機基礎(chǔ)地基的安全。

對地基穩(wěn)定性有影響的巖溶洞穴，應(yīng)根據(jù)溶洞的位置、大小、埋深、圍巖穩(wěn)定性和水文地質(zhì)條件綜合分析，因地制宜地，采取下列處理措施：對于規(guī)模較小的洞穴，如果洞口較小，宜采用鑲補、嵌塞等方法處理。如果洞口較大，采用低強混凝土、塊石混凝土、漿砌石等堵塞處理。對規(guī)模較大的洞穴，或者風(fēng)機基礎(chǔ)下部存在巖溶洞穴頂板坍塌可能會導(dǎo)致基礎(chǔ)塌落失穩(wěn)，或者溶蝕基巖面劇烈起伏、傾斜，可能會導(dǎo)致基礎(chǔ)滑移失穩(wěn)的巖溶，在處理上難度很大，在風(fēng)機點位選取時，宜調(diào)整基礎(chǔ)位置避開此類位置。

3 兩種風(fēng)機基礎(chǔ)對比與分析

獨立擴展式風(fēng)機基礎(chǔ)與梁板式風(fēng)機基礎(chǔ)在設(shè)計、施工、經(jīng)濟性方面都有所不同。

3.1 兩種風(fēng)機基礎(chǔ)的設(shè)計

獨立擴展式風(fēng)機基礎(chǔ)與梁板式風(fēng)機基礎(chǔ)在地基承載力計算的原理上相同，都是假定基礎(chǔ)剛性，按照各工況下基礎(chǔ)的脫開面積和地基承載力計算基礎(chǔ)底面積，按照基底反力計算基礎(chǔ)的配筋，因此兩種風(fēng)機基礎(chǔ)在相同工況下的基底面積相同。

在二期工程中，風(fēng)機廠家規(guī)定了土壤與基礎(chǔ)的最小抗傾覆剛度及基礎(chǔ)扭轉(zhuǎn)剛度要求。設(shè)計采用有限單元數(shù)值仿真分析方法，建立塔筒、基礎(chǔ)和地基整體模型，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)和土體的全耦合，對基礎(chǔ)施加單位傾覆力矩（單位荷載）Mx=1000000Nm，基礎(chǔ)發(fā)生整體傾覆變位，產(chǎn)生了0.01283弧度的傾覆轉(zhuǎn)角。利用力-位移法原理，求出其傾覆剛度為7.793×1010Nm/弧度，同理求出基礎(chǔ)扭轉(zhuǎn)剛度5.71×107Nm/弧度，均滿足廠家要求。

極限荷載工況為單位荷載的46倍，在極限荷載下，基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角為0.08809弧度，基礎(chǔ)變形表現(xiàn)出非線性特性，即荷載增大46倍，轉(zhuǎn)角僅增加8倍。

風(fēng)機基礎(chǔ)在設(shè)計時，不能完全按照剛性基礎(chǔ)理論進行計算，應(yīng)建立塔筒、基礎(chǔ)和地基的整體模型進行分析計算，確保結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟性。

3.2 兩種風(fēng)機基礎(chǔ)的施工

獨立擴展式風(fēng)機基礎(chǔ)由于模板規(guī)則、鋼筋構(gòu)造簡單，鋼筋模板施工比較容易；但由于混凝土量相對較大，在山區(qū)混凝土的運輸和澆筑都比較困難，且澆筑時間長，而山區(qū)天氣變化比較快，風(fēng)機基礎(chǔ)要求一次性澆筑，不留施工縫，這些都嚴(yán)重影響風(fēng)機基礎(chǔ)的施工質(zhì)量和施工進度。從施工完成的風(fēng)機基礎(chǔ)來看，部分風(fēng)機基礎(chǔ)出現(xiàn)混凝土蜂窩、麻面的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

梁板式風(fēng)機基礎(chǔ)在放射梁穿塔筒、邊梁與放射梁節(jié)點鋼筋綁扎、底板鋼筋穿邊梁、放射梁的施工過程中施工難度較大；但混凝土澆筑量相對較少，澆筑時混凝土分區(qū)比較明顯，施工質(zhì)量相對較好。從施工完成的風(fēng)機基礎(chǔ)來看，混凝土質(zhì)量相對較好。

3.3 兩種風(fēng)機基礎(chǔ)的經(jīng)濟性

梁板式風(fēng)機基礎(chǔ)相比較獨立擴展式風(fēng)機基礎(chǔ)，其混凝土方量和鋼筋用量均比有比較大的優(yōu)勢，但其鋼筋下料和綁扎速度較慢，整體施工進度較慢，對于單個基礎(chǔ)一般獨立式擴展較梁板式風(fēng)機基礎(chǔ)要慢2個工作日左右，這一方面增加無形成本，另外一方面減少了風(fēng)機投運帶來的收入。因此，不能純粹從風(fēng)機基礎(chǔ)自身經(jīng)濟性來探討風(fēng)機基礎(chǔ)才選型，必須結(jié)合風(fēng)電場全生命周期投資來計算兩種風(fēng)機基礎(chǔ)的經(jīng)濟性。

4 結(jié)論與建議

巖溶地區(qū)的風(fēng)機基礎(chǔ)有其獨特性，在前期施工圖勘察階段應(yīng)特別注意基礎(chǔ)下溶洞分布、巖層布置、邊坡穩(wěn)定等因素，避免微觀選址不當(dāng)給后期帶來巨大損失。在采用梁板式風(fēng)機基礎(chǔ)時，應(yīng)采用注意風(fēng)機基礎(chǔ)的非線性特性，建議采用有限元進行深入分析。在風(fēng)機基礎(chǔ)選型中宜采用全生命周期投資來判別，選用適當(dāng)?shù)娘L(fēng)機基礎(chǔ)型式。

[1] 建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計院.GB50021-2001 巖土工程勘察規(guī)范（2009版）[S].中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T5074-2006 火力發(fā)電廠巖土工程勘測技術(shù)規(guī)程[S].中國電力出版社，2006.