風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)選型與樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

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0.引言

由于風(fēng)機(jī)選型的基礎(chǔ)在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程標(biāo)準(zhǔn)比較高，在進(jìn)行具體的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，要綜合考慮多種設(shè)計(jì)參數(shù)，經(jīng)統(tǒng)籌考慮后，進(jìn)而為整個基礎(chǔ)的選型提供一定的參考意義。此外，有些地區(qū)地基土為軟弱土層或高壓縮性土層，常規(guī)基礎(chǔ)方案很難滿足相應(yīng)的要求，但是樁基礎(chǔ)卻能夠更好地適應(yīng)各種地質(zhì)條件。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，一定要對現(xiàn)場的地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)勘察，一方面是由于地基處理的費(fèi)用在工程實(shí)際實(shí)施過程中所占比例較大，另一方面，根據(jù)地質(zhì)情況的不同對地基處理的方案也有區(qū)別，只有綜合把握各方面的數(shù)據(jù)信息后，方可進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)和優(yōu)化?？傊?，需考慮多方面的因素，進(jìn)而為后期的基礎(chǔ)選型創(chuàng)造有利的條件。

1.風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)選型

根據(jù)基礎(chǔ)具體埋深的大小，基礎(chǔ)主要分為淺基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)。目前風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量逐步增大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式一般可以分為以下幾類（以下以錨栓式為例示意，實(shí)際中采用基礎(chǔ)環(huán)式的也較多）：

第一類風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為普通擴(kuò)展式基礎(chǔ)，具體分為：方形、多邊形及圓形，目前設(shè)計(jì)中，以圓形擴(kuò)展基礎(chǔ)及八邊形擴(kuò)展基礎(chǔ)應(yīng)用最為廣泛，此類基礎(chǔ)埋深較淺，一般約為3.0m～4.0m左右（具體埋深與風(fēng)機(jī)荷載、基礎(chǔ)持力層深度、凍深有關(guān)），結(jié)構(gòu)形式較為簡單，施工難度相對較小，塔筒與風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的連接采用預(yù)埋基礎(chǔ)環(huán)或錨栓連接。第二類風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為梁板式基礎(chǔ)，外形類似第一類風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，外邊緣為八邊形或圓形，由主梁和邊梁將挑出的底板劃分為幾個區(qū)格，基礎(chǔ)埋深和第一類風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)相同，此類風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式相對較為復(fù)雜，施工難度也相對較大。塔筒與基礎(chǔ)連接一般采用預(yù)應(yīng)力錨栓連接，對應(yīng)的需要和錨栓配套的平衡法蘭等組件對施工安裝的技術(shù)水平要求較高，尤其在基礎(chǔ)鋼筋布置、預(yù)應(yīng)力錨栓調(diào)平及基礎(chǔ)施工完畢后的預(yù)應(yīng)力錨栓打扭矩等方面。對施工有一定的難度要求。第三類風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為預(yù)應(yīng)力墩式基礎(chǔ)，其本質(zhì)是一種樁基礎(chǔ)，一般來說一個基坑整個澆筑為一個基礎(chǔ)，計(jì)算起來相對稍繁瑣一些。此類風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)抗傾覆承載力是其設(shè)計(jì)的主要控制因素，因此基礎(chǔ)埋深較深，一般都在10m左右，基坑開挖時要求較高，對于較為松軟的土層，為保證邊坡穩(wěn)定，基坑需要采取支護(hù)措施。對于存在較硬的土層，如礫石類、碎石類、巖石類土層地質(zhì)情況時，開挖難度較大，同時需要考慮錨栓的支撐問題，因此需要針對風(fēng)場地質(zhì)情況來確定能否采用此類風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。此類風(fēng)機(jī)塔筒與基礎(chǔ)連接采用預(yù)應(yīng)力錨栓，由于基礎(chǔ)埋深的關(guān)系，錨栓的長度很長，和第二類風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)相似，對應(yīng)需要和錨栓配套的平衡法蘭等組件。在基礎(chǔ)預(yù)應(yīng)力錨栓調(diào)平、基礎(chǔ)施工完畢后，預(yù)應(yīng)力錨栓上扭矩等方面有一定難度，否則一旦基礎(chǔ)澆筑完畢后，預(yù)應(yīng)力錨栓扭矩達(dá)不到要求的話，處理起來非常麻煩。第四類風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)則為樁基礎(chǔ)，包括混凝土預(yù)制樁和混凝土灌注樁，樁基礎(chǔ)應(yīng)為4根及以上基樁組成的群樁基礎(chǔ)，按樁的形狀和豎向受力情況可分為摩擦型樁和端承型樁?；A(chǔ)的埋深較深，一般視現(xiàn)場土質(zhì)情況而定,當(dāng)樁身的結(jié)構(gòu)成為控制的關(guān)鍵因素的時候，通常會采用預(yù)應(yīng)力樁，因?yàn)檫@種方式可以對施工創(chuàng)造良好的條件，而灌注樁相對于預(yù)應(yīng)力樁而言樁身強(qiáng)度無法保證，施工較為繁瑣，對周圍的環(huán)境等有很大影響。

2.風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)優(yōu)化

（1）基礎(chǔ)體型。由于在對風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)選型的過程中，應(yīng)采用中心對稱的布置方案，由于不同種類的體型有一定的區(qū)別，因此，在使用過程中，圓形基礎(chǔ)的采用是整個基礎(chǔ)選型的比較適合的一種體型。（2）承臺半徑。通過相應(yīng)減少承臺半徑，可以在一定程度上減少混凝土的使用量，而且也能夠極大程度減少基礎(chǔ)開挖以及相應(yīng)的回填工程量，但是這種減小承臺半徑會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的荷載壓力不斷增加。因此，要綜合考慮各種因素對其影響程度的大小，在滿足規(guī)范的前提下，必須不斷優(yōu)化整個承臺的半徑，減少相應(yīng)問題的出現(xiàn)，以此達(dá)到最優(yōu)工程量的實(shí)施目的。（3）承臺厚度。在進(jìn)行承臺厚度選擇的過程中，要滿足當(dāng)前的抗沖切及抗剪切的強(qiáng)度要求，必須要有足夠的高度，這樣才能保證整個內(nèi)力的傳遞，同時要使相應(yīng)的樁基承臺與樁基共同工作，保證風(fēng)機(jī)的塔架處于相應(yīng)基礎(chǔ)混凝土的嵌固深度。與此同時，一定要根據(jù)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)化、專門化設(shè)計(jì)，只有這樣才能減少承臺的配筋量。（4）承臺埋深。主要是由于承臺厚度所決定，在設(shè)計(jì)過程中盡量采取承臺坐落于較好的持力層上面，這樣可以進(jìn)一步減緩承臺埋深以及覆土自重對其的影響，同時要綜合考慮各種因素，當(dāng)承臺底面在地下水位以下的時候，需通過對浮重度進(jìn)行分析和計(jì)算，減少在后期有更多的問題出現(xiàn)。（5）承臺配筋。承臺配筋應(yīng)按抗彎計(jì)算確定，承臺的彎矩計(jì)算一般按一些簡化的由于整個承臺的空間工作效應(yīng)無法進(jìn)行合理有效的計(jì)算，而且在計(jì)算內(nèi)力與實(shí)際內(nèi)力時仍然有較大的差異，因此，只能采用相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算方式，以此來確定整個承臺內(nèi)力的分布情況。（6）樁基布置。按照承臺的剛性假定分析，布置時盡量使樁的承載力合力點(diǎn)與豎向永久荷載合力作用點(diǎn)重合，這樣才能夠?yàn)楹笃谔峁└叩谋憷?，而且也能在一定程度上為整個風(fēng)機(jī)的整體性和穩(wěn)定性帶來積極的作用，同時還應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)情況布置適合、適量的圈樁。（7）樁長及樁徑。樁徑通常會受到承載力的影響，而在一些設(shè)計(jì)中往往使用大直徑樁，大直徑樁雖然可以將樁基總量相應(yīng)減少。但是使用大直徑樁的整體采購價格和施工費(fèi)用相對來說較高，而且采購也有一定的困難。而樁長進(jìn)入土層的深度，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、荷載等確定，一般而言，由于單樁承載力的不同，相應(yīng)的樁長也會不同。在實(shí)際設(shè)計(jì)的優(yōu)化過程中，需要根據(jù)相應(yīng)的上部荷載情況，計(jì)算所需要達(dá)到的單樁承載力，選擇樁身承載力滿足要求的樁徑，選定樁徑后可根據(jù)地質(zhì)情況確定樁長，對于摩擦型及端承型樁來說，根據(jù)分層土側(cè)阻力及端阻力計(jì)算滿足要求的抗壓及抗拔承載力，采用不同的樁長及樁徑進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)比較，并充分把握當(dāng)前的市場情況，根據(jù)最終結(jié)果確定最佳樁長及樁徑。（8）樁間距。對于其間距必須要控制在合理的范圍之內(nèi)，如樁間距過小，在施工過程中的擠土效應(yīng)會對相鄰樁基產(chǎn)生影響，反之如樁間距過大，會增大承臺的內(nèi)力，從而使配筋量加大，因此，必須要根據(jù)樁基的綜合布置等方面系統(tǒng)考慮。（9）樁基水平承載力。樁基的水平承載力需考慮由樁群、承臺、土相互作用產(chǎn)生的群樁效應(yīng)，計(jì)算中主要是與樁基的水平變形系數(shù)與相應(yīng)地基土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)有關(guān)，優(yōu)化過程中需整體考慮，如作用在樁基處的外力主要為水平力時，需要通過限制樁頂變位，對樁基的水平承載力進(jìn)行單獨(dú)驗(yàn)算。外力作用面的樁距較大時，水平承載力可視為各單樁水平承載力的總和，當(dāng)水平力過大時，還需設(shè)置斜樁。此外，在一些特殊工程實(shí)施的情況下，必須要對地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)進(jìn)行整體分析、研究，尤其對于液化土的單樁水平承載力的設(shè)計(jì)值，一定要根據(jù)承臺進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算。

3.結(jié)語

總而言之，對于風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題、不斷解決問題、不斷優(yōu)化升級的一個系統(tǒng)過程，只有采用合理的基礎(chǔ)選型，通過系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算及準(zhǔn)確的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，才能使整個設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化和升級，在后期才有可能對工程的實(shí)施帶來更高的經(jīng)濟(jì)收益，進(jìn)而減少后期的維護(hù)管理工作，降低工作難度。