風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工一、基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)與類型.根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組型號(hào)與容量自身特性，要求基礎(chǔ)承載載荷也各不相同，表10-1列出幾種大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)載荷。intM知戕獨(dú)生產(chǎn)廠單機(jī)口塞/k耳垂直力八、水平力kX有市fkV'jji?「輪八kN*E)B(IX|T五口315,2075440BUMS45。4附fMlS722xoldilVk3(KI28512073M⑶MuurrANK50045()鄧woo2St)\?T\S500SIG377HHJ43M運(yùn)達(dá)風(fēng)由2502寓| IR7-J32O運(yùn)達(dá)風(fēng)由750710f452L4M新編金風(fēng)一)0.風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址工程地質(zhì)條件和地基承載力以及基礎(chǔ)荷載、尺寸大小不同，從結(jié)構(gòu)的形式看，常用的可分為塊狀基礎(chǔ)和框架式基礎(chǔ)兩種。塊狀基礎(chǔ)，即實(shí)體重力式基礎(chǔ)，應(yīng)用廣泛，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)，可以忽略基礎(chǔ)的變形，并將基礎(chǔ)作為剛性體來(lái)處理，而僅考慮地基的變形。按其結(jié)構(gòu)剖面又可分為“凹”形和“凸”形兩種；前者如圖10-5所示，基礎(chǔ)整個(gè)為方形實(shí)體鋼筋混凝土后者如圖10-6型式；后者與前者相比，均屬實(shí)體基礎(chǔ)，區(qū)別在于擴(kuò)展的底座盤上回填土也成了基礎(chǔ)重力的一部分，這樣可節(jié)省材料降低費(fèi)用。

框架式基礎(chǔ)實(shí)為樁基群與平面板梁的組合體，從單個(gè)樁基持力特性看，又分為摩擦樁基和端承樁基兩種：樁上的荷載由樁側(cè)摩擦力和樁端阻力共同承受的為摩擦樁基礎(chǔ)；樁上荷載主要由樁端阻力承受的則為端承樁基礎(chǔ)。3.根據(jù)基礎(chǔ)與塔架（機(jī)身）連接方式又可分為地腳螺栓式和法蘭式筒式兩種類型基礎(chǔ)。前者塔架用螺母與尼龍彈墊平墊固定在地肢螺栓上，后者塔架法蘭與基礎(chǔ)段法蘭用螺栓對(duì)接。地腳螺栓式又分為單排螺栓、雙排螺栓、單排螺栓帶上下法蘭圈等。二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作及有關(guān)注意事項(xiàng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)用于安裝、支承風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。平衡風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的各種載荷，以保證機(jī)組安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。因此，在設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)之前，必須對(duì)機(jī)組的安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察。充分了解、研究地基土層的成因及構(gòu)造，它的物理力學(xué)性質(zhì)等，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工程地質(zhì)條件作出正確的評(píng)價(jià)。這是進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的先決條件。同時(shí)還必須注意到，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝，將使地基中原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，故還需應(yīng)用力學(xué)的方法來(lái)研究載荷作用下地基土的變形和強(qiáng)度問(wèn)題。以使地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)滿足以下兩個(gè)基本條件：

1）要求作用于地基上的載荷不超過(guò)地基容許的承載能力，以保證地基在防止整體破壞方面有足夠的安全儲(chǔ)備。2）控制基礎(chǔ)的沉降，使其不超過(guò)地基容許的變形值。以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不因地基的變形而損壞或影響機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作是保證機(jī)組正常運(yùn)行必不可少的重要環(huán)節(jié)。三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)基礎(chǔ)的要求及基礎(chǔ)的受力狀況圖10-3所示為某風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，機(jī)組除承受自身的重量Q處，還要承受由風(fēng)輪產(chǎn)生的正壓力P、風(fēng)載荷q以及機(jī)組調(diào)各時(shí)所產(chǎn)生的扭矩Mn等載荷的作用。這些載荷主要是靠基礎(chǔ)予以平衡，以確保機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。圖10-7顯示了上述這些載荷在基礎(chǔ)上的作用狀況，圖中Q和G分別為機(jī)組及基礎(chǔ)的自重。傾覆力矩M是由機(jī)組自重的偏心、風(fēng)輪產(chǎn)生的正壓力P以及風(fēng)載荷q等因素所引起的合力矩。Mn為機(jī)組調(diào)向時(shí)所產(chǎn)生的扭矩。剪力F則由內(nèi)輪產(chǎn)生的正壓力戶以及風(fēng)載荷g所引起。但在一般情況下，由于剪力F及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在調(diào)向過(guò)程中所產(chǎn)生的扭矩Mn一般都不很大，且與其它載荷相比要小得多，所以在考慮到不影響計(jì)算效果的同時(shí)，又能滿足工程要求的前提下，筆者認(rèn)為：在實(shí)際計(jì)算中，此兩項(xiàng)可以略去不計(jì)。因此在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)基礎(chǔ)所產(chǎn)生的載荷主要應(yīng)考慮機(jī)組自重Q與傾覆力矩M兩項(xiàng)。經(jīng)上述簡(jiǎn)化后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)的力學(xué)模型如圖10-8所示。10-710-7載荷在基礎(chǔ)上的作用狀況四、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)我們多年來(lái)從事風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研制的經(jīng)驗(yàn)，在參考土建設(shè)計(jì)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的基礎(chǔ)上認(rèn)為：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算通常應(yīng)包括以下五個(gè)方面：基礎(chǔ)混凝土重量及幾何尺寸的計(jì)算、基礎(chǔ)底部壓力所產(chǎn)生的偏心距計(jì)算、土壤壓力的計(jì)算、設(shè)計(jì)配筋、抗沖切強(qiáng)度校核。

（一）基制混凝土重量及幾何尺寸的計(jì)算根據(jù)圖10-8所示的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組幫礎(chǔ)的力學(xué)橫型可跖工確定拓硼混疑土重量及幾何尺寸的原則是要保證其自重量G和機(jī)組自重Q所產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩應(yīng)大于機(jī)組運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的傾覆力矩Yg,其關(guān)系式為%外”區(qū)町 （10-47）式中R——班礎(chǔ)的底邊尺寸：K——安全系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)股?。?！為宜3注r由于式U0-5）中心和丑均為未知,因此，在應(yīng)用式（1?！?）升舞基礎(chǔ)混凝土重量G及幾何尺寸B時(shí),需首先查找安裝現(xiàn)場(chǎng)地基持力層土城的容許承我力（P3然后根據(jù)式110-5）拈算出較為合理的混凝土重量心及其底邊尺寸隊(duì)（」基礎(chǔ)祗部壓力所產(chǎn)生的端心即讓黨對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)俎這類偏心受壓的基礎(chǔ)f她圖10-83為確保機(jī)組能安全，穩(wěn)定地逐/所有載荷對(duì)基礎(chǔ)底部生力所產(chǎn)生的偏心地它不宜過(guò)大.以保證基礎(chǔ)不致于發(fā)生過(guò)大的IS斜.因此對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組這類動(dòng)力機(jī)械而言.其基礎(chǔ)成部壓力所產(chǎn)生的偏心距〃股宜控制在的酒附內(nèi);其公式為r-M/CiQ^R/6（三）上—壓力的計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同工況下運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的我荷是遹過(guò)基礎(chǔ)傳遞給地端.于是基礎(chǔ)房地基之間便產(chǎn)生了接觸||與*同時(shí)乂是地基反作用于基礎(chǔ)的基底壓力.因此,在按彈性地基計(jì)算基礎(chǔ)對(duì)地基土壤的作用力時(shí)?一般儂考慮基咄自重G、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組FliBQ以及俄超力小IL”對(duì)地粒的第晌,分別求出它們對(duì)地基所產(chǎn)生的隕力a然后疊加,求得基岫度而土壤的最大壓力.當(dāng)基礎(chǔ)底部壓力所產(chǎn)生的偏心的和WR/6時(shí).基班底面土場(chǎng)止力的分布里梯形.加圖10-9所示.^iULLUJJ陽(yáng)田基磁底土填壓力分布為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)維組能安全'穩(wěn)定地運(yùn)行.基礎(chǔ)底面上墩的最大壓力戶一不得超過(guò)土壤的容詐承載力口’1,其公式為^iULLUJJ陽(yáng)田基磁底土填壓力分布f10-4SIP_=H；+Q）/R2f10-4SI式中卯=辭/6為基礎(chǔ)底面土堰的抗彎截面模量.此時(shí)基礎(chǔ)底面上壤的最小壓力P.庖為設(shè)計(jì)配fflh阿力發(fā)電機(jī)般基礎(chǔ)在承受上述載荷以后.可以理解為如同一塊平板那樣.此時(shí)基礎(chǔ)的底板為雙向彎曲板，沿基毗四周產(chǎn)生甯曲.當(dāng)彎曲應(yīng)力超過(guò)基副的抗穹強(qiáng)度時(shí)*基礎(chǔ)底扳將發(fā)生彎前破壞.在配筋設(shè)計(jì)中，最危險(xiǎn)的費(fèi)面一般取塔架與基礎(chǔ)交界處的I-1截面,如圖10-10H所示.截面I-I處的穹矩可以看作將地基按對(duì)角線劃分,苴值大小應(yīng)等于圖10-10a所小的梯形基底面枳t網(wǎng)影線部分)上地基掙反力的合力與核面積形心到我前的跟離相乘之積.因此不難寫出I-I截而處的尊即值孫為M$=l/12I?QB+b)f「蟲(chóng)+匕》 (10-?)式中Mf—I-1截面處值喙矩；I：——站就底面邊螺的最大球力：Pi——展礎(chǔ)底曲I-I故而處的樂(lè)力;L——星觸底面I-I鼓曲到基SB邊嫌的距離；B——屐礎(chǔ)辰邊的長(zhǎng)度：h——對(duì)于圓陶形塔架為塔架的直徑.對(duì)于桁架式塔架為塔架的邊長(zhǎng).I綱】。-10中的疆線網(wǎng)點(diǎn)小風(fēng)力發(fā)電機(jī)組腳筒形塔架的直徑,正方形表示桁架式塔架的邊長(zhǎng).為使r計(jì)算同時(shí)乂考慮刎誤差不大的情況下?在讓算閩筋時(shí)t均按矩咫塔架來(lái)考%[fiIf)-]0基礎(chǔ)受力用基融底板的配筋計(jì)算，根據(jù)底板的受力.各計(jì)算裁囿所需的翅筋由I積根據(jù)混凝土域構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)益（GBJIUT。靜）按下式計(jì)算:式"K——構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)（一般取L4hM—計(jì)粵配班截面處的設(shè)計(jì)為炬；K,——郎醬的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)f啟h———礎(chǔ)沖切破環(huán)基體的fir一一度＜見(jiàn)圖10-1。）.｛四｝抗沖切弧度校核因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)制基礎(chǔ)是鋼筋混凝土剛性基礎(chǔ)，其抗剪強(qiáng)度一般均能滿足要求,故在此只需進(jìn)行抗沖切強(qiáng)度拄核。由于某砒的抗沖切強(qiáng)度是由摹礎(chǔ)的高度來(lái)確定的.因此當(dāng)基礎(chǔ)在受到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳來(lái)的載荷時(shí),如基礎(chǔ)的高度不夠，將會(huì)發(fā)生沖切破壞.即沿塔架四周大致成4r方向的制而拉裂,而形成向推體,如圖10T0所示，為