地基基础的设计原则及注意事项

塔架的安装需要地基，就像建筑物需要打地基一样，地基的好坏，直接影响着塔架的安装质量，乃至整个风力风力发电机组的安装质量。因此，地基基础的设计也是风力发电机组安装中必不可少的一个重要环节。

叶轮要在一定的高度上才能获得较大较稳定的风力，在空中的风轮与机舱的整个重量要靠塔架支撑。塔架除了具有支撑作用外，还需要抵御风的推力对塔架形成的弯矩、机舱和风轮的偏心重量对塔架形成的弯矩、风轮转动时对塔架形成的反转力矩、风不稳定时对塔架形成的弯矩、风力发电机的振动等载荷。

塔架是风力发电机组的主要承载部件。塔架的重量在风力发电机组中占总重量的1/2左右，其成本占风力发电机组制造成本的15%～20%，随着风力发电机的容量和高度的增加，塔架在风力发电机组设计和制造中的重要性越来越明显。由于近年来风力发电机组的容量已达到3MW以上，风轮直径达到80～100m，塔架高度达100m。在德国，风力发电机组塔架的设计必须经过建筑部门的批准和安全证明。

除此之外，塔架还影响着风机的发电量。确切地说，与塔架的高度密切相关，因为风速随着离地高度的增加而增加，轮毂高出地表湍流层，将会增加发电量。因此，对于每一个风场来说，合适的塔架高度都需要单独选择。为使塔架的选择简化，风机制造商应提供若干级轮毂高度的塔架，以便达到最大的投入产出比。

1.我国风机地基基础设计的发展历程

我国风机地基设计总体上可划分为三个阶段：2003年以前小型风力发电机组地基的自主设计阶段；2003～2007年MW机组地基设计的引进和消化阶段；2007年以后MW机组地基的自主设计阶段。

随着我国电力体制的改革以及风电特许权项目的实施，特别是2006年《可再生能源法》生效之后，国外风机开始大规模进入中国，且由单机容量几百千瓦很快发展到兆瓦级，国外厂商对风机地基的设计非常重视，鉴于我国在MW风机地基设计方面的经验还不够丰富，不少情况下地基的设计都是按照厂商提供的标准图、国内设计院根据风电场地质勘探资料和国内建筑材料的具体情况进行设计调整、厂商对国内设计院的设计调整成果进行复核确认的模式，这种模式不仅影响了风机地基的自主设计，同时受制于厂商，甚至可能影响工程建设的决策、工

期和投资效益。因此，对于大型风机的地基设计的自主化显得尤为重要。

2.风电机组地基基础设计

根据风电机组的单机容量、轮毂高度和地基复杂程度，地基基础分为三个设计级别，设计时应根据具体情况，按表6-1选用。

表6-1 地基基础设计级别

1）地基基础设计应符合的规定

（1）所有风电机组地基基础，均应满足承载力、变形和稳定性的要求。

（2）1级、2级风电机组地基基础，均应进行地基变形计算。

（3）3级风电机组地基基础，一般可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：

①地基承载力特征值小于130kPa或压缩模量小于8MPa。

②软土等特殊性的岩土。

2）地基基础设计应进行的计算和验算

（1）地基承载力计算。

（2）基受力层范围内有软弱下卧层时应验算其承载力。

（3）基础的抗滑稳定、抗倾覆稳定等计算。

（4）基础沉降和倾斜变形计算。

（5）基础的裂缝宽度验算。

（6）基础（桩）内力、配筋和材料强度验算。

（7）有关基础安全的其他计算（如基础动态刚度和抗浮稳定等）。

3）地基的类型及选用

风力发电机基础均为现浇钢筋混凝土独立基础。根据风电场场址工程地质条件和地基承载力承载力矩、尺寸大小的不同，从结构形式看，常用的可分为扩展基础、桩基础和岩石锚杆基础。

扩展基础又称为块状基础，应用较为广泛，对基础进行动力分析时，可以忽略基础的变形，并将基础作为刚形体来处理，而仅考虑地基的变形。

桩基础包括混凝上预制桩和混凝土灌注桩。桩基础应为4根及以上基桩组成的群桩基础。按桩的性状和竖向受力情况可分为摩擦型桩和端承型桩。摩擦型桩的桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受，端承型桩的桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受。

岩石锚杆基础应置于较完整的岩体上，且与基岩连成整体。

具体采用哪种基础应根据建设场地地基条件和风电机组上部结构对基础的要求确定，必要时需进行试算或技术经济比较。当地基土为软弱土层或高压缩性土层时，宜优先采用桩基础。

3.检验与监测

1）检验

（1）基坑开挖后，应及时进行基坑检验。

（2）对于压实填土基础，施工中应分层取样检验土的干密度和含水量。

（3）复合地基应进行静载荷试验。

（4）对预制打人桩、静力压桩，应提供经确认的施工过程有关参数。

（5）对混凝土灌注桩，应提供经确认的施工过程的有关参数。

(6) 人工挖孔桩应进行桩端持力层检验。

(7) 施工完成后的基桩应进行桩身质量检验。

(8) 施工完成后的基桩应进行承载力检验。

(9) 础锚杆施工完成后应进行抗拔力检验，检验数量每个基础不得少于锚杆总数的3％，且不得小于6根。

(10) 基础混凝土应检验原材料质量、混凝土配合比、坍落度、混凝土抗压强度、

钢筋质量等。基础环安装和混凝土浇筑过程中应进行水平度检测。

2）监测

下列地基基础应在施工期及运行期进行沉降观测：

(1) 1级、2级的地基基础。

(2) 3级的复合地基或软弱地基上的桩基础。

(3) 受地面洪水、海边潮水或地下水等水环境变化影响的基础。

对于实验性风电场、需要积累建设经验或需进行设计反演分析的工程，宜对基础位移和混凝土、钢筋应力应变进行监测。

四、操作指导

1.任务布置

根据产品说明书编制10kW风力发电机组基础施工组织及施工方案。

2.操作指导

风力发电机组施工组织编制

1）施工组织设计的主要任务

（1）从施工的全局出发，做好施工部署，选择施工方法及机具。

（2）合理安排施工顺序和交叉作业，从而确定进度计划。

（3）合理确定各种物资资源和劳动资源的需要量，以便组织供应。

（4）合理布置施工现场的平面和空间。

（5）提出组织、技术、质量、安全、节约等措施。

（6）规划作业条件方面的施工准备工作。

2）编制施工组织设计的依据

编制施工组织设计，应具备以下资料：

（1）技术文件。

（2）设备技术文件。

（3）中央或地方主管部门批准的文件。

（4）气象、地质、水文、交通条件、环境评价等调查资料。

（5）技术标准、技术规程、建筑法规及规章制度、

（6）工程用地的核定范围及征地面积。

3）施工组织设计的编制原则