灘涂風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)選型與設(shè)計(jì)

　　摘要：風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用正日益得到廣泛重視。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一種新型高聳建筑物，其荷載和動(dòng)力特性復(fù)雜，對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提出了較高的要求。本文以浙江慈溪風(fēng)電場(chǎng)工程為背景，闡述了慈溪風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)選型及設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，可供同類工程參考。
　　關(guān)　鍵　詞：風(fēng)電；風(fēng)機(jī)；基礎(chǔ)；樁基；設(shè)計(jì)
　　中圖分類號(hào)：U445，TP311.134.1　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

　　隨著人類生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，石油、煤炭、天然氣等不可再生能源的消耗量與日俱增，發(fā)展利用可再生的風(fēng)能已是大勢(shì)所趨。據(jù)測(cè)算，今后風(fēng)力發(fā)電年增長(zhǎng)將達(dá)到30%以上，到2020年風(fēng)力發(fā)電可提供世界電力需求的12%，創(chuàng)造180萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)，并在全球范圍內(nèi)減少100多億噸二氧化碳廢氣排放[1]。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，理論儲(chǔ)存量32億kW，實(shí)際可利用2.5億kW，適宜大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。2000年以后，由于國(guó)家鼓勵(lì)對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用，國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)得到了迅速發(fā)展，截至2006年底，全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到260萬(wàn)千瓦，排名世界第6位，亞洲第2位，成為繼歐洲、美國(guó)和印度之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的主要市場(chǎng)之一。按照《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》，風(fēng)電到2020年裝機(jī)要達(dá)到3000萬(wàn)kW，很可能超越核電，成為我國(guó)第三大發(fā)電形式。
　　風(fēng)機(jī)是一種新型高聳構(gòu)筑物，其基礎(chǔ)應(yīng)要滿足特殊的要求。本文以浙江慈溪風(fēng)電場(chǎng)工程為背景，介紹了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)選型和設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，供類似工程參考。
　　1、慈溪風(fēng)電場(chǎng)概況
　　浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，但一次能源短缺，水能資源開(kāi)發(fā)程度已較高，近年來(lái)缺電嚴(yán)重。另一方面，浙江省地處東南沿海風(fēng)能帶，風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用潛力很大，是我國(guó)風(fēng)能資源最豐富的12個(gè)省市之一。慈溪風(fēng)電場(chǎng)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(kāi)闊，風(fēng)能資源較為豐富，是一個(gè)良好的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)址。風(fēng)電場(chǎng)東西長(zhǎng)約13 km，北鄰已建成的標(biāo)準(zhǔn)海塘，南為養(yǎng)殖區(qū)，寬約1.5 km。風(fēng)電場(chǎng)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(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃安裝33臺(tái)單機(jī)容量1.5 MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)輪直徑77 m，輪轂高度60 m，發(fā)電出口電壓12 kV，總裝機(jī)容量49.5 MW。
　　2、工程地質(zhì)
　　工程區(qū)處于浙北寧紹平原區(qū)，海拔較低，地勢(shì)平坦。本區(qū)上部第四系沉積物厚度達(dá)110 m左右，下伏基巖為侏羅系（J3）凝灰?guī)r。本場(chǎng)地為較厚覆蓋層區(qū)。地震基本加速度為0.05g，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅵ度。勘察深度內(nèi)均為第四系沉積物，為沖積、海積及河口~海陸相沉積，自上而下分為6大層14個(gè)亞層，部分土層缺失，主要土層情況見(jiàn)表1。

 　 3、風(fēng)機(jī)特點(diǎn)分析
　　風(fēng)機(jī)屬高聳結(jié)構(gòu)，主要由塔筒、機(jī)艙和葉輪組成。在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中主要荷載包括：慣性力、空氣動(dòng)力荷載、運(yùn)行荷載等其他荷載。一般的，靜力荷載比較明確，對(duì)結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)造成的影響也較容易確定，而風(fēng)力機(jī)組葉輪旋轉(zhuǎn)及風(fēng)機(jī)控制運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)荷載對(duì)基礎(chǔ)的影響則比較復(fù)雜。由于風(fēng)機(jī)塔筒較高，水平風(fēng)荷載在基礎(chǔ)頂面產(chǎn)生的彎矩比較大，往往是風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的控制性荷載。又由于風(fēng)向的變化，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)所受到的彎矩作用方向也反復(fù)變化，使風(fēng)機(jī)基底受到反復(fù)的拉壓作用，有可能造成風(fēng)機(jī)地基基礎(chǔ)的承載力減損和位移累計(jì)。風(fēng)機(jī)價(jià)格昂貴，對(duì)于基礎(chǔ)的水平位移和不均勻沉降控制也比較嚴(yán)格。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的這些特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提出了比較高的要求。
　　4、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案
　　4.1基礎(chǔ)選型
　　本工程場(chǎng)地土①-2層吹填土工程性能較差、②-2層沙質(zhì)粉土工程性能一般、②-3層砂質(zhì)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(jié)構(gòu)要求。而樁基礎(chǔ)具有承載力高，沉降小且均勻、抗震性能好等特點(diǎn)，能夠較好地承受垂直荷載、水平荷載及由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)或動(dòng)力作用[3]。基于以上考慮，本工程風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。
　　4.2樁型選擇
　　可供選擇的樁型有兩種：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和鉆孔灌注樁。本工程場(chǎng)地淺部存在稍密的②-2層砂質(zhì)粉土，屬中等壓縮性土層，工程性能一般；②-3層砂質(zhì)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(zhì)粘土，是長(zhǎng)樁樁基的良好持力層。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，粉土、粉砂隨著打樁的進(jìn)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(diǎn)是無(wú)噪音，樁長(zhǎng)、樁徑可根據(jù)上部荷載進(jìn)行控制。但是灌注樁費(fèi)用高，施工工期長(zhǎng)，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(wèn)題[4]。根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件，通過(guò)選擇合適的打樁設(shè)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(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC樁），樁身直徑為600 mm。