钟阳颂
宁夏回族自治区电力设计院750001
摘要：文章对比分析了地质条件对风机基础设计的影响，进而提出在该地区采用桩基础的可行性。
关键词：地质条件；风电场；风机基础设计
风电作为绿色能源，在西方发达国家早已得到了大力发展和利用，而在我国发展相对缓慢。随着我国社会主义现代化建设的不断深入，经济的高速发展，环境的不断恶化，人们越来越认识到环境保护的重要性。
一、基本情况
随着全球煤炭、石油、天然气等传统能源的日趋枯竭，能源供应安全和环境保护的压力，迫使人们开始关注可再生能源，作为清洁、可再生的风能开发利用收到高度关注。风能具有节约资源、防止环境污染、可再生、具有大规模开发和商业化发展潜力等优点。国外像荷兰、英国、丹麦等国家的风电产业起步较早，发展较快。据统计，我国风能资源总储量为42.65亿千瓦时，技术可开发量为2.98亿千瓦时。
然而，守着巨大的风能利用潜力，我国的能源资源利用起步却非常晚，只在近几年通过借鉴和引进国外的先进技术，才得到了一定程度的发展。其中风力发电的开发利用主要包括陆上和海上两大块，目前，我国主要开发的是陆上风电场，海上风电开发提上日程的时间尚不久；国外的风力发电机功率已经从最初的0.5MW到现在的5MW，且正在规划功率更大的下一代风力机，如此大的风机对基础提出了很高的要求。
基础是风力发电机组的固定端，与塔筒一起将风机竖立在60~100米的高空，是保证风机正常发电的重要组成部分。在设计上，风机应归属高耸结构，对于一般高耸结构设计而言，采用的是简洁的结构形式，以尽量减少风荷载，但是风机的动力来源主要是风，要正常发电就要捕获足够的风力，这就使得基础不可避免要承受巨大的水平荷载，较之传统的高耸结构设计有很大的差别，设计时要考虑地质情况、风向影响。本文通过对比分析了地质条件对风机基础设计的影响，进而提出在该地区采用桩基础的可行性。
二、风机基础设计的现状
风机塔筒基础设计是风电场土建设计中的重要内容，由于风电机组基础具有承受360度方向重复荷载和大偏心受力的特殊性，对地基基础的稳定性要求高。但一般风力发电场多建设于地势较高的丘陵之上或地形开阔的高原地带及沿海浅滩，造就了风电场场地地形的多元化、地基条件的复杂性和工程地质特征的不确定性。而目前国内许可生产的风电机组制造商或国外风电机组制造商提供的风电机组典型设计方案，局限于风电场特定的风况特征和地质条件，不能适应所有风电场工程，不具备借鉴性和推广性。
三、工程实例
3.1工程概况
结合某风电场的地基基础设计，根据该风电场1-6期工程数据，类比某平原地区及周边地区其他风电场数据，分析研究影响风机地基基础的因素，得出一定的结论，以期为其它同类型的风电场风机基础设计提供参考和借鉴。
风电场总装机30万千伏，分6期建设。此风电场属三类风区，风电场轮廓面积约96km2。安装东汽1500kv，海装2000kv（93叶轮），明阳1500kv三种风电机组，总计189台。风机基础采用钻孔灌注桩基础。
3.2工程地质条件对比分析
场址区地处某平原东北部的新开河的冲积平原上。区内地貌类型较为单一，属堆积地形地貌类型，地势平缓。区域上自西北向东南缓倾，坡面完整性好内地形开阔平坦，地表无河流，无侵蚀沟谷发育，整体完整性好。场地内大部分分布有固定、半固定沙丘，季节性冻土最大深度在1.80m左右。
通过试验指标与腐蚀性评价指标的对比分析，综合评价场地土（地下水位以上土层）对混凝土结构及钢筋混凝土中的钢筋均有微腐蚀性，对钢结构存在中等腐蚀性。另外，从钻孔揭露的地层情况分析，场地地基土中局部分布有软弱层，即松散与稍密的砂层，决定着对风机基础类型的选型，利用天然地基时，对风机基础稳定影响较大，基坑开挖存在不利的因素。
3.3有利影响
根据地质勘察资料显示，某平原地区及周边地区地貌类型相对较为单一，无侵蚀沟谷发育，勘察场地附近未发现明显的活动性断裂痕迹和影响建筑场地稳定性的不良地质作用及不安全隐患。根据风电场地的地质环境和工程地质条件，属一般性场地。再加上某平原地区风能资源较丰富，无破坏性风速，主风向频率大，大多数情况下，风速处于可利用的区域，所以，这里非常适合建设风电场。
3.4不利影响
地基承载力低，特别是地面10m以下的浅层第四系细沙、粉细沙为松散一稍密状态，地基承载力一般在110-220kPa之间，大部分地段不满足风机基础对地基承载力要求（一般最大承载力约为200kPa）。
压缩模量较小，数值在4-26.4MPa之间，属中等压缩土。《风电机组地基基础设计规定（试行）》中规定的沉降量不应大于100mm，该地层不满足规定要求。如果，采用天然地基，风机基础沉降不满足要求，影响基础安全和风机出力。
地下水水位较高。某平原地区及周边部分地区的地下水位变幅稳定，一般距地面1.5-2.0m。如果，采用天然地基，将在基坑开挖和降水时有一定得难度，造成施工排水困难，增加施工费用。
四、基础形式的选择
根据以上的分析，某平原地区及周边地区的风电场不适合采用天然地基，但是，采用什么桩基础就要通过详细的计算论证了。
4.1成桩的可能性
（1）根据该地区的地基土层结构力学的参数值分析，该地区的地层适合采用桩基础。
（2）该地区地质条件较好，适合成孔。
（3）现在的技术条件非常成熟，作桩基础没有任何问题。
4.2布置形式
通过事先拟定的基础形式及尺寸和各种参数，选择《风电机组地基基础设计规定（试行）》（FD003-2007）中适合的计算公式进行荷载计算，采用试算法确定桩基础的形式。通过计算确定风电场基础形式采用摩擦端承型桩。
由于每一个风电场的地质条件不可能完全一致，所以，要根据风电场的实际地质条件，选择规范中适合的计算公式，采用试算法确定基础形式。
总结
（1）这一地区的地貌类型相对较为单一，未发现明显的活动性断裂痕迹和影响建筑场地稳定性的不良地质作用及不安全隐患，一般地震烈度在Ⅵ度以下，不存在能导致重大工程地质问题的地质条件，非常适合建设风电场。
（2）该地区地质构造以第四系地层为主，地基承载力低，一般在110-220kPa之间，大部分地段不满足风机基础对地基承载力的要求。
（3）该地层属于中等压缩土，如果采用天然地基，风机基础沉降不满足要求，影响基础安全和风机出力。
（4）该地区地下水位较高、变幅稳定，如果采用天然地基，将给基坑开挖和施工排水带来困难，增加施工费用。
通过对比分析某平原地区及周边地区已经实施项目的情况来看，在该地区这种地质条件下建设风电场选择桩基础比较合适，并具有一定的借鉴性和推广性。
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作者简介：
钟阳颂（1986.8.），男，宁夏银川单位：宁夏回族自治区电力设计院