淺析陸上風(fēng)電機(jī)組常見(jiàn)基礎(chǔ)形式

風(fēng)電機(jī)組的基礎(chǔ)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的固定端，目前主流整機(jī)產(chǎn)品中，基礎(chǔ)與塔筒一起將風(fēng)機(jī)豎立在110~180米的高空，是保證風(fēng)機(jī)正常發(fā)電的重要組成部分。

在設(shè)計(jì)上，風(fēng)機(jī)應(yīng)歸屬高聳結(jié)構(gòu)，對(duì)于一般高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，采用的是簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)形式，以盡量減少風(fēng)荷載，但是風(fēng)機(jī)的動(dòng)力來(lái)源主要是風(fēng)，要正常發(fā)電就要捕獲足夠的風(fēng)力，這就使得基礎(chǔ)不可避免要承受巨大的水平荷載，較之傳統(tǒng)的高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大的差別，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮地質(zhì)情況、風(fēng)向影響。

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)也是造成風(fēng)力發(fā)電成本高的主要因素之一，基礎(chǔ)的成本約占總成本的10%~30%。探討基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題、提出合理的基礎(chǔ)形式具有重要的理論意義和工程價(jià)值。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)建在地面及地面以下，用于承載風(fēng)力機(jī)施加的動(dòng)、靜載荷。陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)形式一般主要有擴(kuò)展基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和巖石錨桿基礎(chǔ)。

重力式擴(kuò)展基礎(chǔ)

重力式基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，靠重力來(lái)平衡風(fēng)機(jī)上的水平荷載和彎矩。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但尺寸和重量較大，多在陸上風(fēng)電場(chǎng)使用，有方形、圓形、圓環(huán)形和八邊形。

重力式擴(kuò)展基礎(chǔ)施工較為簡(jiǎn)便、工程經(jīng)驗(yàn)豐富、適用范圍廣，但是這種基礎(chǔ)形式抗壓能力有余，抗彎效率不高。由于整體剛度較大，基礎(chǔ)邊緣與地基脫開(kāi)面積起到控制作用，尤其是對(duì)于大容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，基礎(chǔ)的懸挑板長(zhǎng)度過(guò)大，需要大量的混凝土，經(jīng)濟(jì)性較差。

重力式基礎(chǔ)也可用于海上風(fēng)電場(chǎng)，但基礎(chǔ)的質(zhì)量會(huì)隨著水深的增加，從而增加建造成本，尤其是水深小于10米的海域，實(shí)踐證明與其他基礎(chǔ)形式相比，重力式基礎(chǔ)在20米以內(nèi)的海域使用在經(jīng)濟(jì)上是有優(yōu)勢(shì)的，對(duì)于超過(guò)20米的深海域，則需采用其他形式的基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)上，重力式基礎(chǔ)需進(jìn)行地基反力計(jì)算、地基承載力復(fù)核、軟弱下臥層驗(yàn)算、沉降和傾斜變形驗(yàn)算、抗傾覆驗(yàn)算、抗滑驗(yàn)算以及基礎(chǔ)板結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算。除此之外，還需要考慮瞬間荷載作用下的傾覆力矩和基礎(chǔ)的剛度。

梁板式基礎(chǔ)

梁板式基礎(chǔ)是由基礎(chǔ)臺(tái)柱、基礎(chǔ)底板、從臺(tái)柱懸挑出的放射狀的主梁、封邊次梁組成。主梁格間由素土夯實(shí)，底面通常為八邊形或圓形。上部荷載通過(guò)基礎(chǔ)環(huán)傳遞給主梁，再由主梁傳遞給次梁及地基。由于梁格問(wèn)采用素土夯實(shí)，相對(duì)重力式擴(kuò)展基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)形式的混凝土用量大大減少，可適當(dāng)改善大體積混凝土由于水化熱產(chǎn)生溫度應(yīng)力對(duì)澆筑的不利影響，并且有較好的經(jīng)濟(jì)性。

但是，梁板式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)土方開(kāi)挖量較大、體型復(fù)雜、模板制作及安裝周期較長(zhǎng)。并且主梁內(nèi)鋼筋較密，混凝土澆筑、振搗困難，施工質(zhì)量較難控制。

樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)分為單樁基礎(chǔ)和多樁基礎(chǔ)?；炷羻螛痘A(chǔ)由一個(gè)大直徑混凝土圓柱組成，受力類似于水平樁；多樁基礎(chǔ)則由群樁和承臺(tái)共同抵抗傾覆力矩。

樁基礎(chǔ)具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小而均勻、沉陷速率低且收斂快等特性。由于風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)址多位于荒灘、丘嶺、沿海灘涂和近海區(qū)域，地質(zhì)條件較差，因此樁基礎(chǔ)應(yīng)用較廣泛。

值得一提的是，海上樁基礎(chǔ)通常采用單樁固定式。其直徑比陸地上的要大，通常達(dá)到4米，未來(lái)可能達(dá)到6米。這種基礎(chǔ)的最大優(yōu)點(diǎn)是能明確定義風(fēng)浪流形以及海冰成的荷載，而且形式簡(jiǎn)單，適合于20~25米的海域，在國(guó)外已成為風(fēng)電機(jī)組安裝的一種標(biāo)準(zhǔn)方案。

巖石錨桿基礎(chǔ)

對(duì)于地基承載能力好的巖石地基，可采用錨栓式巖石錨桿基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)主體與塔架通過(guò)錨栓連接，基礎(chǔ)主體再通過(guò)錨桿錨固于基巖里，基礎(chǔ)充分利用了基巖的承載力，可明顯減少基礎(chǔ)混凝土和鋼筋工程量，有效節(jié)省成本。但該種形式對(duì)錨栓錨桿質(zhì)量要求較高，錨桿防腐需專項(xiàng)設(shè)計(jì)。