摘要：本文主要是以某地区风电场的工程项目为例，在充分考虑到水文及地质方面条件基础上，围绕着陆上风电场内风机基础的选型及其结构的安全性开展深入地分析及探讨，便于择选出最佳的基础类型。
关键词：陆上风；电场；风机；基础选型；结构；安全性；
前言：
风力发电属于现阶段世界新型能源市场中广泛运用最为广泛，且技术较为成熟主流新型能源发电的一种形式。风机基础属于风力机组固定端，可确保风机正常的发电组成部分。受施工环节及地质条件等各方面复杂性所影响，对其进行合理选型与安全性的研究往往具有较高的现实意义及价值。鉴于此，本文主要针对陆上风电场内风机基础的选型及其结构的安全性进行综述分析，望能够为相关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。
1.工况
某地区风电场总体装机容量34MW，拟订装设单机容量为2.5MW风力发电的机组80台。风电场的场址在低山丘陵的地形，地势主要从西南部隆起，东北处低平、平原、丘陵、山地等面积均占据1/3。多部分的场区内部设有新修建泥路及公路相通，有着便捷的交通条件。风电场的集电线路主要运用35KV电压等级直理电缆及架空线路的混合方案，风电场风电机组80台分为2回集电线路，并接入到风电场已经建立的110KV变电站。
2.基本设计资料
2.1 地质情况
2.1.1 各项地质参数与地震效应
依据地质情况资料可了解到，该工程地基土为中硬土，场地实际覆盖层厚通常在1m以内，建筑场地为Ⅰ1 类，抗震设防的烈度Ⅵ 度，设计地震的加速度为0.05g，地震分组为第一组，为抗震有利的地段，部分属于建筑抗震的一般地段。各个风机机位与周围场地并不存在饱和层细砂土、粉，覆盖层相对较薄，风机基础坐落在强-弱风化的基岩上，该场地地基土存在液化可能，为不液化的场地。如图1所示，为地基土的岩土各项参数情况。
图1 地基土的岩土各项参数情况示图
2.1.2 地下水基本类型、深度与对砼侵蚀的评价
拟建风场的各个风机，布置在山顶或山脊，工程区域地下水的基本类型为基础岩裂隙水，其富水性受到岩体风化的程度、裂隙发育的程度及构造等控制，受大气的降雨维持供给状态，向着沟谷排泄。依据地质情况资料，结合风机的基础埋深与当地以往施工建设经验，风机施工期间不涉及到地下水，因而，不存在着地下水的腐蚀问题。该场地环境属于Ⅲ类环境类型，覆盖层土其对于砼结构有着微腐蚀特性，针对于砼结构当中钢筋也有着微腐蚀特性。
2.2 风机的荷载
如图2所示，由此工程风机的厂家来提供塔筒底部的风机荷载基本标准参数值。
2.3 设计控制基本标准
如图3所示，依据风电机组的地基基础相关设计规定，基础配筋、抗剪冲切、抗弯度、裂缝宽度、基础的稳定性等计算分析期间，各种荷载分项的系数取值。结构重要系数取1.1，荷载修正的安全系数取1.35，基本组合永久荷载的分项系数有利1.0、不利1.2；基本组合，其可变荷载的分项系数实际取值有利0、不利1.5；如图4所示，为风机基础的设计基本控制指标。
图2 风机荷载基本标准参数值示图
图3 主要荷载分项的系数示图
图4 风机基础的设计基本控制指标示图
图5风机基础自身稳定性的计算分析结果示图
3.计算成果及分析
3.1 常规圆形的扩展基础
依据所选定的风机类型及塔架的预埋件整体结构性质、地质条件等，拟订该风机的基础结构主要运用现浇 C40钢混圆形的扩展基础。基础的总厚度3.2m，下节的直径为18.2m，高度为1.10m圆柱体；上节直径约为7.2m，且高度为1.00m圆形主体；中节连接其上下节的高度为1.10m圆台，其坡面比例为1:5，基础砼用量为474.94m3。如图5所示，为风机基础自身稳定性的计算分析结果。如图6、7所示，分别为承载力的复核分析结果、基础底面的脱开面积实际比例情况。从图5-7当中即可了解到，常规圆形的扩展基础，其抗滑稳定性、抗倾覆的稳定性计算分析结果均可满足于相关要求及标准。风机基础的结构设计均可满足于各项规范要求，证明风机基础安全可靠。
图6 承载力的复核分析结果示图
图7 基础底面的脱开面积实际比例情况示图
3.2 圆形环的肋梁基础
依据所选定风机基本类型及塔架的预埋件整体结构性质、地质条件等，拟订该风机的基础结构主要运用现浇 C40圆形环的肋梁基础，其基础能够置于弱、中、强风化的基岩当中，基础总体厚度为3.5m，自底部圆形的底板，中心为基础环圆柱体，辐射状肋梁为8根，沿着基础边缘相连接肋梁环梁四个部分所构成。底部圆形的底板半径在9.1m左右，厚度约为0.6；中部的圆柱体的半径为3.4m，底板以上的厚度为2.9m；辐射状的肋梁（8根），每根的宽度约为1.2m，底板以上的厚度约为0.6-2.1m，单根的长度4.9m，坡面比例为1:3.27；沿着基础边缘环梁单根的宽度约为0.8m，底板以上的高度为0.6m，基础砼实际用量为351.2m3。如图8-10所示，为结构计算分析结果。从该图当中即可了解到，风机基础的结构所有设计均可满足于相关要求及标准，风机基础安全可靠。
图8稳定性的复核示图
图9 承载力的复核示图
图10 基础底面的脱开面积实际比例示图
3.3 对比分析风机基础的方案
3.3.1 分析造价
如图11所示，为单个风机的基础两种方案当中工程量比较分析情况。从该图中即可了解到，单个基础的造价，方案一61.1万元，方案二则57.9万元，表面方案二在造价上占据优势较大。
图11 单个风机的基础两种方案当中工程量比较分析情况示图
3.3.2 分析施工技术及施工质量
方案一：传统圆形的扩展基础，其基础型式较为简单，基础砼能够一次性完成浇筑，运用传统风机的基础环连接其上部塔筒部分，基础砼方量相对较大，施工操作技术较为成熟化，具有良好的适应性，且工期相对较短；方案二：运用风机的基础环圆形环的肋梁基础，运用辐射状肋梁、中央圆形台柱、底板、环梁等构成梁板柱的结构受力，与方案一相比较起来，基础方量相对较小一些。但是，施工需建立多个模板，浇筑施工期间需有序地实施砼浇筑施工，施工操作难度系数相对较大，施工工期也相对较长，对于施工质量有着极高的要求。故通过比较分析两组方案之下的施工技术及施工质量，方案一略占据一定优势。
3.3.3 分析可靠性
方案一：圆形扩展的基础属于与重力式的基础，针对地基有着较强适应力，施工便捷，且施工质量易于把控，基础的可靠性良好；方案二：基础环圆形的肋梁基础，其对于地基也有着较强适应力，但其基础结构复杂性较为突出，施工期间需大量模板，施工工艺及工序均具有较高复杂性，对于施工单位经验及管理水平均有着较高要求，肋梁施工质量影响着风机基础整体安全性，施工的可靠性较为一般。综合以上分析结果，笔者建议择选方案一，即为圆形扩展的基础。
4.结语
本文主要通过对于某地区风电场的基础选择与应力计算分析，得出两种典型的风机基础经济与安全状况，最终确定了风机基础的型式与尺寸，这对于风电场的基础设计来说有着较高的参考价值及意义，其中应用计算基础的经济与安全比较分析计算法，可为今风电场的风机基础综合设计提供参考。
参考文献
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论文作者:贺文山
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：基础论文; 风机论文; 圆形论文; 结构论文; 荷载论文; 方案论文; 如图论文; 《电力设备》2019年第6期论文;