灘涂風機基礎選型與設計

　　摘要：風能開發利用正日益得到廣泛重視。風力發電機組作為一種新型高聳建筑物，其荷載和動力特性復雜，對風機基礎設計提出了較高的要求。本文以浙江慈溪風電場工程為背景，闡述了慈溪風電場基礎選型及設計的要點，可供同類工程參考。
　　關　鍵　詞：風電；風機；基礎；樁基；設計
　　中圖分類號：U445，TP311.134.1　　文獻標識碼：B

　　隨著人類生產規模的不斷擴大，石油、煤炭、天然氣等不可再生能源的消耗量與日俱增，發展利用可再生的風能已是大勢所趨。據測算，今后風力發電年增長將達到30%以上，到2020年風力發電可提供世界電力需求的12%，創造180萬個就業機會，并在全球范圍內減少100多億噸二氧化碳廢氣排放[1]。我國風能資源豐富，理論儲存量32億kW，實際可利用2.5億kW，適宜大規模開發利用。2000年以后，由于國家鼓勵對可再生能源的開發和利用，國內風力發電行業得到了迅速發展，截至2006年底，全國風電裝機總容量達到260萬千瓦，排名世界第6位，亞洲第2位，成為繼歐洲、美國和印度之后發展風力發電的主要市場之一。按照《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》，風電到2020年裝機要達到3000萬kW，很可能超越核電，成為我國第三大發電形式。
　　風機是一種新型高聳構筑物，其基礎應要滿足特殊的要求。本文以浙江慈溪風電場工程為背景，介紹了風機基礎選型和設計的主要內容，供類似工程參考。
　　1、慈溪風電場概況
　　浙江省經濟發達，但一次能源短缺，水能資源開發程度已較高，近年來缺電嚴重。另一方面，浙江省地處東南沿海風能帶，風能開發利用潛力很大，是我國風能資源最豐富的12個省市之一。慈溪風電場位于浙江省慈溪市東北面的半掘浦~徐家浦一帶的沿海灘涂上，沿海地形開闊，風能資源較為豐富，是一個良好的風電場建設場址。風電場東西長約13 km，北鄰已建成的標準海塘，南為養殖區，寬約1.5 km。風電場目前地貌為魚塘，地面高程一般為0.3~2.2 m，地形北東低，南西高。風電場規劃安裝33臺單機容量1.5 MW的風力發電機組，轉輪直徑77 m，輪轂高度60 m，發電出口電壓12 kV，總裝機容量49.5 MW。
　　2、工程地質
　　工程區處于浙北寧紹平原區，海拔較低，地勢平坦。本區上部第四系沉積物厚度達110 m左右，下伏基巖為侏羅系（J3）凝灰巖。本場地為較厚覆蓋層區。地震基本加速度為0.05g，相當于地震基本烈度Ⅵ度?？辈焐疃葍染鶠榈谒南党练e物，為沖積、海積及河口~海陸相沉積，自上而下分為6大層14個亞層，部分土層缺失，主要土層情況見表1。

 　 3、風機特點分析
　　風機屬高聳結構，主要由塔筒、機艙和葉輪組成。在風機基礎設計中主要荷載包括：慣性力、空氣動力荷載、運行荷載等其他荷載。一般的，靜力荷載比較明確，對結構、基礎造成的影響也較容易確定，而風力機組葉輪旋轉及風機控制運行過程中產生的動荷載對基礎的影響則比較復雜。由于風機塔筒較高，水平風荷載在基礎頂面產生的彎矩比較大，往往是風機基礎設計的控制性荷載。又由于風向的變化，風機基礎所受到的彎矩作用方向也反復變化，使風機基底受到反復的拉壓作用，有可能造成風機地基基礎的承載力減損和位移累計。風機價格昂貴，對于基礎的水平位移和不均勻沉降控制也比較嚴格。風力發電機組的這些特點，對風機基礎設計提出了比較高的要求。
　　4、風機基礎設計方案
　　4.1基礎選型
　　本工程場地土①-2層吹填土工程性能較差、②-2層沙質粉土工程性能一般、②-3層砂質粉土工程性能較好但埋藏較深，若采用天然地基，其承載力和變形不能滿足結構要求。而樁基礎具有承載力高，沉降小且均勻、抗震性能好等特點，能夠較好地承受垂直荷載、水平荷載及由風機產生的振動或動力作用[3]?；谝陨峡紤]，本工程風機基礎采用樁基礎。
　　4.2樁型選擇
　　可供選擇的樁型有兩種：預應力混凝土管樁和鉆孔灌注樁。本工程場地淺部存在稍密的②-2層砂質粉土，屬中等壓縮性土層，工程性能一般；②-3層砂質粉土，呈中密狀，工程性能良好，是短樁樁基較好的持力層；下部存在⑤-1層粉砂、⑥-1層粉質粘土，是長樁樁基的良好持力層。根據工程經驗，粉土、粉砂隨著打樁的進行具有明顯的擠密效果，可以顯著提高樁基承載力。若采用鉆孔灌注樁方案，其特點是無噪音，樁長、樁徑可根據上部荷載進行控制。但是灌注樁費用高，施工工期長，沉渣難以控制，灌注樁水下混凝土澆筑存在施工用水難以解決的問題[4]。根據場地地質條件，通過選擇合適的打樁設備、合理的打樁順序及施工工藝，成樁是可行的，所以本工程風機基礎采用高強度預應力混凝土管樁（PHC樁），樁身直徑為600 mm。