风机地基基础选型比较

浅谈风机地基基础选型比较

【摘要】对风力发电厂风机基础设计进行了分析，从上部荷载取值、基础尺寸、桩基布置等方面进行了论述，提供了风机基础桩基设计的方法。

【关键词】地基基础风机基础无张力灌注桩复合地基

1 项目概况

某风电厂风场一期（49.5mw）工程位于陕西省定边县东南约25km 处，海拔1650m～1860m，占地约35km2，为黄土高原北部的黄土低岗斜坡，场地开阔。

2 岩土工程条件概况

2.1 地形地貌及不良地质作用

该风电场场址区域地貌主要以特有的黄土塬、梁、峁地形为特征。场址区地势较平缓，地表水系不发育，地下水埋深较深，滑坡、泥石流不发育。但黄土塬和梁的边缘多有陡坎，坡面直立，高度可达20m，随着雨水冲刷，可形成坍塌等破坏，在风机布置时建议与黄土塬或梁的边缘保持一定的安全距离，防止边坡失稳或者累进性坍塌破坏影响基础稳定。

2.2 地层岩性分布特征

根据勘探资料，场址区地层以第四系松散堆积物为主，主要由风积的壤土、黄土状粉土、粉质黏土及黄土层组成。

①层，全新统风积（q4eol）壤土，浅黄色，干燥，结构松散，以风成次生黄土及砂质粉土为主，含植物根系和腐殖质，地表广泛

分布，黄土梁、峁、丘顶部厚度较薄，一般几十厘米不等，主要为耕地或荒山的表层土。

②层，黄土状土（q41），浅黄色，稍湿，可塑，土质均匀，以粉粒为主，不具有层理结构，大孔发育，含有植物根系腐败后形成的空洞和虫孔，发育有钙质斑点和结核，以粉土为主。本组地层较为发育，场区均有分布，厚度16.1m～19.6m，平均厚度17.8m。

③层，中更新统（q2eol），粉质黏土，黄褐色，稍湿，可塑，土质均匀，发育有钙质结核，土体新鲜面上可见铁锰质斑点，主要以粉质黏土为主，本组地层连续分布，厚度变化较大，厚度0.9m～

6.4m，平均厚度4.2m，层顶埋深为1

7.3m～19.8m，平均埋深为1

8.4m。

④层，中更新统离石组（q2l），老黄土，黄色～黄褐色，稍湿，可塑，土质均匀，主要成分为粉土，含少量粉砂。不具有层理结构，土体新鲜面上有铁锰质斑点，有少量气孔发育，主要以粉土为主，该层主要分布在梁、峁的中部，钻孔未揭穿该层。

2.3 地基土物理力学参数

根据现场标贯试验和室内土工试验成果，该风电场工程地基土物理力学参数建议值。

2.4 地基土湿陷性评价

场地属自重湿陷性场地，为中等湿陷性，湿陷性深度一般约18m，总湿陷量83.1mm～187mm，平均值131mm，总自重湿陷量76.6mm～159mm，平均值109mm，湿陷等级主要为ⅱ。本场地主要湿陷性地层为②层，其中③层上部具轻微～中等湿陷性，下部为非湿陷性。

3 风电机组基础方案选型

3.1 风机荷载

3.2 风机基础及地基处理方案比选

由于风电场所在区域为自重湿陷性场地，地基土的湿陷等级为ⅱ级，且厚度较厚，采用天然地基将不能满足风机基础对承载力及地基变形的要求，风电机组基础下地基必须处理或采用桩基础。拟对p&h无张力灌注桩基础方案、混凝土灌注桩基方案、复合地基方案进行比选，论证确定适合本风电场的风电机组基础形式。

（1） p&h无张力灌注桩基础

p&h无张力灌注桩基础为支持大型风机基础的专利技术。p&h 无张力灌注桩基础不使用基础环进行基础和风机塔筒连接，而是通过塔筒下法兰的螺栓孔使用高强螺杆将基础同塔筒连接。连接用高强螺杆数量为110根（暂定，根据塔筒底法兰孔数决定）。电缆线可以从承台底部穿越，穿越高强螺杆之间的空隙，在基础深1.5m处。风机厂家的下法兰不需要做任何的更改。基础主要由混凝土、预应力高强螺杆和两个cmp（波纹筒）筒构成。根据可研阶段的地勘报告和风机荷载数据，确定设计参数。p&h风机基础主要设计参数如下：

基坑开挖上口直径9.5m，下口6m，基坑深10.5m。基础承台直径为5.1m，承台高度为0.5m，高强螺杆竖向放置于两个cmp筒之间，两筒之间0.8m，之间浇筑c40混凝土，cmp外筒直径为4.8m长10.5m。内筒直径为3.2m长10.5m。cmp内外筒均为壁厚3mm，波深5cm，

波距15cm。cmp外筒和基坑之间浇筑c15混凝土。cmp内筒底部浇筑1mc40混凝土，回填土至上筒口。m42高强螺杆长度为11m。每个机位用110根（暂定）。

由于风电场所在区域为自重湿陷性场地，地基土的湿陷等级为ⅱ级，且厚度较厚，p&h无张力灌注桩基在如何抵消湿陷性黄土负摩阻力、是否对风机基础有变形影响等问题上应当进一步研究。（2）桩基

本方案风机基础采用干作业法扩底灌注桩（端承摩擦桩）

1）钢筋混凝土灌注桩的计算方法及内容：

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》gb50025-2004第5.7.2条规定桩端应穿透湿陷性黄土层，且应支承在可靠的土层中。

本方案考虑湿陷性黄土负摩阻力影响，计算取桩顶以下12米桩长范围存在负摩阻力。

2）参数及布置

经计算拟定桩基础的布置为：承台底部为直径16.0m，高1.1m的圆柱；上部为顶面直径6.2m，高1m的圆柱；中间为高0.8m的圆台。承台底部布置混凝土扩底灌注桩20根，桩长20m，桩身直径1.0m，扩底直径2.0m。扩底灌注桩及承台具体布置见图1。

（3）复合地基

灰土挤密桩法地基处理方案，目的是消除湿陷性，提高地基承载力、减小不均匀沉降，风机基础采用扩展基础，基础体型为圆板形。灰土挤密桩复合地基方案是通过向桩孔内夯实2：8灰土的方法

对灰土桩进行挤密夯扩，从而达到挤密地基土、消除湿陷性、减少沉降的目的。

灰土挤密桩的地基处理深度以湿陷土层15.0m考虑，基础底部采用挤密桩进行地基处理，挤密桩成孔直径0.4m，成桩直径≥0.55m，有效桩长为14m，等边三角形布置，桩间距1.1m，桩身平均压实系数不小于0.97，挤密后桩间土的挤密系数不小于0.88，平均挤密系数不小于0.93。处理深度将根据场地的土质情况、工程要求和成孔及夯实设备等综合因素确定，处理范围为超出基础底面外缘宽度宜大于处理土层厚度的1/2，并不应小于2.0m，故处理范围应为直径35.0m的圆，预计布桩929根，处理后的地基承载力特征值应达到220kpa，桩顶标高以上应设置0.5m厚的灰土垫层，一方面扣除桩顶松动层的影响，另一方面有利于改善应力扩散，调整桩土的应力比，并对减小桩身应力集中有良好作用。扩展基础的体型为：承台底部为直径21m，高1.1m的圆柱；上部为顶面直径6m，高1m的圆柱；中间为高0.9m的圆台。

（4）防湿陷措施

以上各种处理方案在风机安装完毕后，在地面基坑范围内做散水，做法为填土夯实300mm厚灰土垫层，铺防水土工布膜，100mm 厚c20素混凝土垫层。

（5）投资及施工技术条件比较

p&h无张力灌注桩的优点是施工周期短，造价低，但未穿透湿陷性土层，且如何控制地基变形应进一步深入研究，且预应力螺栓质