山區風機基礎選型及優化淺析

余若冰

摘 要 近年來，我國的新能源建設進程有了很大進展，在工業生產中，風機的應用十分廣泛。為此本文首先分析了風機基礎形式比選，之后介紹了風機樁基礎優化要點，最后對混凝土養護管理進行了詳細地闡述。

關鍵詞 風機基礎;選型;風電場;山區

引言

風機基礎和風機塔身采用螺栓連接，屬于懸臂結構，風機基礎承受結構自重、設備及風機運轉等荷載，風機基礎混凝土質量對風電場的安全穩定運行至關重要。

1風機基礎形式比選

風機塔架屬于懸臂結構，作為風機塔架的基礎，其所承受上部的水平風力和傾覆力矩較大，陸上風電場常見的基礎形式有錨栓式基礎、梁板式基礎等。重力式擴展基礎由基礎底板、棱臺及墩臺三部分組成，依靠基礎自重及回填土重量來抵抗傾覆力矩。具有結構簡單、施工方便、技術成熟的優點，但是由于基礎混凝土用量較大，經濟性較差。樁基礎能提高地基承載力，適用于表層有厚度較大的低承載力、大變形土層的地基。梁板式基礎由底部圓形底板，中間圓柱體，輻射狀的主梁，以及沿基礎邊緣連接主梁的次梁共四部分組成。依靠基礎自重及梁格間填土重量來平衡風機的傾覆力矩，并通過主梁及底板的剛度抵抗基礎變形。由于混凝土用量較少，可節省投資并降低大體積混凝土水化熱引起溫度應力的不利影響[1]。

2風機樁基礎優化要點

2.1 基礎體型

風機基礎設計是一個不斷反饋、修正、優化的過程，只有合理的基礎選型和布置，才有可能實現基礎工作性能和經濟效益的雙優。作用在風機基礎上的荷載按隨時間的變異可分為三類：①永久荷載：如上部結構傳來的豎向力、基礎自重、回填土重等;②可變荷載：如上部結構傳來的水平力、水平力矩、扭矩、多遇地震作用等;③偶然荷載：如罕遇地震作用等。風機基礎選型應根據極端荷載工況、正常運行荷載工況、多遇地震工況、罕遇地震工況等進行比選。由于風機上部荷載的多重性和隨機性，風機基礎宜采用中心對稱布置方案，圓形基礎是比較合理的基礎體型。

2.2 承臺半徑

減小承臺半徑可顯著減少承臺混凝土用量，還可以減少基礎開挖、回填工程量。承臺（含承臺以上回填土）自重的減少有利于減小由于恒載引起的單樁豎向壓力，但減小承臺半徑會使上部風機荷載引起的外圈樁單樁豎向壓力和上拔力增大，因此減小承臺半徑對樁基礎內力的影響，需要綜合評價上述兩種因素的相對影響程度。通過沉降驗算、穩定性復核、基礎底板懸挑根部裂縫寬度驗算、抗剪驗算等分析計算，優化承臺半徑，可達到優化基礎綜合工程量的目的。

2.3 工序管理

風機基礎工序管理包括基坑開挖、墊層澆筑、鋼筋綁扎、模板支護、基礎澆筑管理。①基坑開挖管理主要是做好基坑定位、開挖尺寸、地質記錄、基底壓實、不良地基處理情況檢查等，確保風機基坑施工和設計文件一致。基礎開挖前，按照圖紙要求進行測量、放線，準確定位后進行土石方開挖。基礎土石方開挖采用推土機或反鏟分層剝離，盡量避免基底土方擾動，基坑底部留30cm保護層，采用人工開挖。基坑開挖以鋼筋混凝土結構尺寸每邊各加寬1.0m，為防止脫落土石滑下影響施工，開挖按1∶1放坡。②墊層澆筑管理主要是做好墊層質量、厚度、面積、平整度及施工工藝檢查等，確保風機基礎墊層施工質量滿足設計要求。開挖出底面后經人工清理驗收完成后，再澆筑混凝土墊層。③鋼筋綁扎管理主要是檢查基礎鋼筋制作、型號、數量、間距、位置、鋼筋連接及綁扎牢固性等情況，確保基礎鋼筋綁扎符合設計圖紙及規程規范要求。④模板支護管理主要是做好模板的材料強度、密閉性、平整度、清潔度，支護結構可靠性、鋼筋保護層厚度及脫模材料涂刷等情況檢查，確保滿足澆筑要求[2]。

2.4 凝土質量管理

混凝土質量管理包括原材料管理、生產管理、水灰比調控、運輸過程管理等。混凝土原材料管理主要包括水泥、水、砂、石、粉煤灰及外加劑等材料的管理。對原材料管理關鍵就是對原材料的性能、來源、數量、類型、合格資料進行使用前的檢查，確保原材料符合設計要求。生產過程管理主要包括混凝土配合比設計、和易性（含流動性、黏聚性、保水性）及外觀質量進行檢查。監督混凝土攪拌站的原材料供應、生產能力、試塊制作及管理工作，確保風機基礎澆筑過程的連續性。水灰比調控是山區風機基礎澆筑的關鍵技術。由于山區風機位分布范圍廣，運輸道路遠、高差大、路況不佳，且風機基礎混凝土方量大，運輸車輛多、故障率高，造成混凝土運輸時間長，基礎澆筑連續性較差。因此在風機基礎澆筑過程中，技術人員應根據風機位距離，對混凝土的水灰比進行合理調控，確保混凝土和易性滿足澆筑要求。現場人員應根據混凝土澆筑情況，及時向生產技術人員反饋，及時將混凝土水灰比進行復核調整。

3混凝土養護管理

風機基礎澆筑完成后，應做好風機基礎承臺的收面和養護。做好混凝土收面，確保基礎表面較光滑、平整，密實、無腳印痕跡等，一方面使基礎有良好的表觀質量，另一方面有利于基礎表面不開裂。做好混凝土養護是風機基礎施工的重中之重。對于不同地區的風機基礎養護方式有所區別，北方地區干旱少雨，晝夜溫差大，混凝土采用覆蓋養護膜、刷涂養護液及用棉布覆蓋養護。南方地區氣候濕潤，水源豐富，混凝土采用覆蓋棉布，定期澆水濕潤的方法養護。為保證風機基礎質量，可在施工現場附近設置臨時蓄水池，風機基礎混凝土養護可采用水車拉水，混凝土養護時間不少于七天。七天后應及時對風機基礎覆土回填，轉為自然養護[3]。

4結束語

綜上所述，本文根據山區風電項目的特點，通過對山區風機基礎設計影響因素的辨識和分析，合理的基礎形式是保證風機基礎質量的前提;從源頭抓質量，做好原材料管理，是風機基礎質量管控的高效手段;鋼筋綁扎、模板支護、基礎澆筑等工序質量是保證風機基礎質量的根本;水灰比調控合理，澆筑過程連續、施工工藝科學、施工監管到位是保證風機基礎質量的重要條件;做好混凝土養護是風機基礎質量管理工作的重中之重，建設者應特別重視。

參考文獻

[1] 張寧，郭春雷，孫建勛.風機基礎結構設計與計算[J].水利水電工程設計，2018，（1）：39-41.

[2] 李早，李大均，陳利德，等.陸上風電場風機基礎型式分析[J].神華科技，2013，（3）：61-64.

[3] 馬人樂，孫永良，黃冬平.風力發電塔基礎設計改進研究[J].結構工程師，2009，25（5）：97-101.