摘要：我国风能资源丰富，经过近几年风力发电事业的飞速发展，资源条件好的场址已寥寥无几，随着单机容量和轮毂高度的增加，风机的安装、运行和维护成本提高，风机基础的选型和设计尤为重要，本文对风机基础选型进行分析，以期为陆上风电的开发和建设提供参考。
关键词：基础选型；扩展基础；梁板式基础
引言
2007年由水电水利规划设计总院编制的《风电场工程等级划分及设计安全标准（试行）》FD002-2007和《风电机组地基基础设计规定（试行）》FD003-2007正式公布，为了对《设计规定》进行配套、扩充，提高设计效率、降低设计成本，促进风电机组地基基础设计标准化，北京木联能软件技术有限公司和中国水电工程顾问集团公司同步推出了联合开发的配套设计软件，即CFD风电工程软件-机组塔架地基基础设计软件（WTF），规范和软件的推出不仅填补了我国在风电机组地基基础设计中的空白，而且将国内风机基础结构设计的进程尤其是在设计标准化方面向前推进了一大步。
1陆上风电发展趋势
据国家能源局公布的统计数据，2018年，我国风电累计并网容量18426万千瓦、同比增长12.4%，占全部发电装机容量的9.7%，比2017年提高0.5个百分点。全年发电量3660亿千瓦时，占全部发电量的5.2%，比2017年提高0.4个百分点。2009年前，我国实行风电特许权招标政策，特许权项目通过上网电价的招标竞争选择开发商，上网电价区间集中在0.43元/kWh-0.56元/kWh；2009年7月，发改委发布《关于完善风力发电上网电价政策的通知》，将全国分为四类风能资源区，风电标杆电价水平分别为每千瓦时0.51元、0.54元、0.58元和0.61元；2016年12月，发改委提出下调陆上风电上网电价、海上风电电价不变，同时触发条件由原来的并网节点变更为开工节点。
2019年伊始，国家发改委、国家能源局发布《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》，从平价项目的组织、建设、运行和监管等方面，对地方能源主管部门、电网企业等提出相应的要求，同时明确平价试点项目的优先上网、全额保障性收购等支持政策。为行业提供了稳定预期，开启了增量市场新空间。
2陆上风机基础选型
2.1基础型式比选
风机塔架属于高耸结构，风电机组具有承受360o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和变形要求高，基础所承受上部的水平荷载和倾覆力矩较大，应按大块体结构设计。根据以往工程设计经验，陆上风电场风电机组可采用的基础形式主要有扩展式、梁板式、岩石锚杆基础。
扩展式基础是最常采用的一种基础型式，基础施工较为简便，适用范围广。主要依靠基础混凝土自重来抵抗上部荷载，基础抗压能力好，但抗弯效率不高。由于整体刚度较大，基础边缘与地基脱开面积比是基础稳定的控制参数，对于大容量风力发电机组，基础底板直径及埋深较大导致混凝土量增加，基础经济性表现较差。
梁板式基础受力形式类似于扩展式基础，只是主要受力由勒梁来承担。在荷载相同的条件下，梁板式基础的平面尺寸基本与扩展式基础接近，基础中心部位为台柱，以台柱为中心向四周放射布置8根肋梁，在肋梁的端部又以8根次梁连成整体，在整个基础底部设置约50cm厚的底板，梁与梁之间的空间等基础施工完毕后回填土并压实。受力结构由悬臂梁板式替代传统的悬臂板形式。从工程造价来说，梁板式基础可节约混凝土工程量，但支护模板、钢筋制作等施工工序较为复杂，特别是对施工队伍的技术水平要求更高，而且施工周期较重力式扩展基础会更长，从基础结构受力条件说，各项同性相对较差、弱轴方向容易破坏，应力集中现象突出等特点。
岩石锚杆基础应置于完整的岩体上，且与基岩连成整体。锚杆孔直径一般为锚杆直径的3倍，且不应小于1倍锚杆直径加50mm。锚杆伸入混凝土承台的长度应符合钢筋锚固长度要求，锚杆宜采用热轧带肋钢筋，水泥砂浆强度不宜低于30MPa，细石混凝土强度等级不宜低于C30，灌浆前应将锚杆孔清洗干净。单根锚杆抗拔承载力特征值应满足规范要求。岩石锚杆基础一般用于岩石地区。
根据基础设计的一般原则，在满足上部结构荷载要求的前提下，宜优先采用型式简单、施工难度不大、造价较低的浅基础。
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2.2基础底板选型
目前风电场风机基础底板常用型式有八边形底板和圆形底板型式，其中圆形底板型式是施工中最常用的型式。由于风机风电机组具有承受360o方向重复荷载，相对而言圆形底板受力更为均匀，且模版安装施工及钢筋绑扎较八边形底板更为成熟和简单，相同的混凝土工程量圆形底板面积略大于八边形底板，圆形底板基底压力分布优于八边形底板。
2.3基础埋深选择
风机基础埋置深度的选择应考虑基础的形式、轮毂高度、构造要求、作用在基础上的荷载大小和性质、地层结构和地下水埋深、地基土冻胀和融陷等因素，《风电机组地基基础设计规定（试行）》要求“基础高度宜控制在轮毂高度的1/30～1/20范围内，基础边缘高度宜为底宽或直径的1/20～1/15，且应不小于1m”。基础的埋深在满足构造要求、地基承载力、变形和稳定性要求的前提下，应尽量浅埋。根据本工程风机基础结构型式及场区地质条件，如果基础埋置深度太小，则会增加基础混凝土工程量和地基处理工程量，而基础埋置深度太大，则大大增加了土石方开挖工程量、回填工程量和施工难度。通过计算分析，并结合实际工程经验，陆上风电场风机基础埋置深度选择3～4m之间较为合适。
3陆上风机基础设计
3.1扩展式和梁板式基础设计上的区别
两种基础在地基承载力计算的原理上相同，都是假定刚性基础，按照各工况下基础的脱开面积和地基承载力计算基础底面积，按照基底反力计算基础的配筋。虽然计算原理相同，但两者还是有一定的区别：
1）扩展式基础主要靠基础自重来平衡风机上的水平荷载和弯矩，风机上部荷载通过基础环（或锚栓）传给基础，再传到地基土。而梁板式基础主要靠基础自重和回填土自重抵抗风机的倾覆，风机上部荷载通过预应力锚栓传递给基础主梁，再由主梁传递给次梁及地基。
2）扩展式基础设计时要进行地基承载力验算、基础强度计算、底板抗冲验算、底板抗剪切验算、基础配筋计算等。梁板式基础除需进行上面的验算外，还需对勒梁、环梁的配筋进行计算。
3.2两种风机基础在施工上的区别
两种风机基础施工工艺基本相同：基础开挖、垫层浇筑、锚栓（基础环）安装、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑、回填等，也有一定的区别：
1）施工便利性：扩展式基础施工工艺成熟、钢筋绑扎方便、模板安装简单，应用较多。梁板式基础在钢筋绑扎和模板安装要比扩展基础繁琐，对施工队伍水平要求较高，且工期相对较长。
2）混凝土浇筑：扩展基础混凝土量大，浇筑过程中会产生大量水化热对施工质量有一定的影响，部分基础可能出现蜂窝、麻面现象。梁板式基础混凝土量相对较少，经济性好，但主梁钢筋间距较小，混凝土不宜振捣密实。
以上两种风机基础各有利弊，采用何种基础需根据项目具体情况，从结构安全、经济性、施工便利性以及工期要求进行综合比选，选取适合项目的风机基础型式。
结语
大力发展风电等清洁可再生能源，是保护环境、优化电力结构、促进经济社会可持续发展的需要。我国风能资源丰富，风力发电事业方兴未艾，配套的法律法规和技术标准体系的建立需相关部门和风电企业共同完成。
参考文献
[1]一种梁板式风机基础的优化设计方法[J].冯天骏.水电站设计.2018(01).
[2]风机基础结构设计与计算[J].张宁,郭春雷,孙建勋.水利水电工程设计.2018(01).
[3]FD003—2007，风电机组地基基础设计规定（试行）[S].
[4]刘文雪.《风电场工程等级划分及设计安全标准》和《风电机组地基基础设计规定》的编制特点与安全要求[J].水力发电，2008，34（6）：86-88.
论文作者:张涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：基础论文; 风机论文; 底板论文; 风电论文; 荷载论文; 混凝土论文; 型式论文; 《基层建设》2019年第19期论文;