廣東徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

廣東徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

0風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)力資源是一種清潔的能源。風(fēng)能發(fā)電是新能源技術(shù)最成熟、開發(fā)條件最具特色、商業(yè)前景最好的發(fā)電方式之一。塔筒和基礎(chǔ)構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu),將風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐在60~100m的高空,從而使其獲得充足、穩(wěn)定的風(fēng)力來發(fā)電。就風(fēng)力發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)高度而言,其應(yīng)歸屬于高聳結(jié)構(gòu)一類,因此塔筒基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵照高聳結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)定。從這個(gè)角度講,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不能等同于一般的建、構(gòu)筑物1場(chǎng)區(qū)地震活動(dòng)情況廣東徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址位于湛江市徐聞縣東部的新寮鎮(zhèn)(新寮島)東部海岸。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址所在地區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上位于錦盒凹陷帶上,處于構(gòu)造復(fù)雜地區(qū),第四紀(jì)以來地震活動(dòng)頻繁,但據(jù)記錄,未發(fā)生過7級(jí)以上地震。從總的分析來看,場(chǎng)地屬相對(duì)穩(wěn)定地區(qū),對(duì)工程建設(shè)影響不大。場(chǎng)區(qū)內(nèi)相對(duì)平坦寬闊,大部分為風(fēng)積沙丘,臨海地域多為海積砂堤、砂壩、砂地、淺灘,砂壤土比較貧瘠,植被稀疏,地形呈起伏狀,局部高差較大,砂堤內(nèi)側(cè)低洼、平坦處布有大量利用海水養(yǎng)殖的魚塘、蝦池。巖土體工程地質(zhì)分層見表12粉細(xì)砂層基礎(chǔ)穩(wěn)定的控制(1)本工程采用中山明陽公司生產(chǎn)的MY1.5SMW機(jī)組33臺(tái)(風(fēng)輪直徑70m,掃風(fēng)面積4900m(2)根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果,部分機(jī)位基礎(chǔ)土層中存在有淤泥質(zhì)粘土層或可能產(chǎn)生輕微至中等液化的粉細(xì)砂層等不利于基礎(chǔ)穩(wěn)定的軟弱夾層。因此,在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮這些不利因素對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)穩(wěn)定的影響,采取一定的工程措施以保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。(3)根據(jù)地質(zhì)勘察對(duì)工程區(qū)地下水樣進(jìn)行的水質(zhì)分析,由于工程區(qū)地下水受海水浸入和沿海養(yǎng)殖場(chǎng)排放水的污染,地下水中硫酸根離子及氯離子含量較高,鋼筋砼結(jié)構(gòu)在干濕交替條件下具強(qiáng)腐蝕性。因此在確定基礎(chǔ)形式時(shí),應(yīng)結(jié)合硫酸根離子和氯離子的侵蝕機(jī)理對(duì)基礎(chǔ)鋼筋砼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究,并根據(jù)各種基礎(chǔ)形式采取相應(yīng)防護(hù)措施時(shí)的可行性、投資和施工難易程度等方面對(duì)擬定的基礎(chǔ)形式進(jìn)行比選,最終確定基礎(chǔ)形式,確保基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全。3風(fēng)機(jī)承臺(tái)形式的確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的承臺(tái)作為一種動(dòng)力機(jī)械基礎(chǔ),用于安裝、支承風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,平衡其在運(yùn)行過程所產(chǎn)生的各種荷載,以確保機(jī)組安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。承臺(tái)的設(shè)計(jì)一是要滿足風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)環(huán)結(jié)構(gòu)布置要求,二是能夠承受風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中風(fēng)荷載作用下所產(chǎn)生的動(dòng)荷載并將其傳至地基。其設(shè)計(jì)在土建工程基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中是一個(gè)特例,目前國內(nèi)此方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還很不完善徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)工程在進(jìn)行風(fēng)機(jī)承臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí),依據(jù)中山明陽公司設(shè)計(jì)中提供的MY1.5S機(jī)組的基礎(chǔ)受力條件及布置要求,并結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)條件,以基底應(yīng)力為控制擬定了2種形式進(jìn)行比較:方案1主要依靠自重來承擔(dān)由基礎(chǔ)環(huán)傳至基礎(chǔ)承臺(tái)的荷載值(簡稱重力式承臺(tái))。其設(shè)計(jì)原則是,在保證機(jī)組的布置要求前提下,通過調(diào)整基礎(chǔ)底面和剖面尺寸,增加基礎(chǔ)自重,使基礎(chǔ)底面在任何工況下的邊緣最大應(yīng)力P圓形基礎(chǔ)承臺(tái)可采用放射形配筋,這種配筋方式與基礎(chǔ)內(nèi)的主拉應(yīng)力方向一致,因此受力性能較好。同時(shí)放射形配筋基本上可以保證鋼筋的長度整齊劃一,減少鋼筋的規(guī)格,給施工帶來方便。圓形基礎(chǔ)的另一優(yōu)點(diǎn)是布樁比較靈活,不受樁數(shù)量的限制。因此圓形基礎(chǔ)更適合設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)廣泛使用。圓形基礎(chǔ)的缺點(diǎn)是在基礎(chǔ)的核心區(qū)內(nèi)鋼筋需要截?cái)?而此區(qū)域是基礎(chǔ)受力最大的區(qū)域,因此需要慎重處理鋼筋構(gòu)造。多邊形基礎(chǔ)承臺(tái)宜采用方格形配筋,一方面可以避免鋼筋長短不一,同時(shí)鋼筋不必在基礎(chǔ)核心區(qū)內(nèi)截?cái)?。鋼筋在基礎(chǔ)內(nèi)貫通對(duì)基礎(chǔ)的受力有利。本工程采用八邊型基礎(chǔ)承臺(tái),各方向抵抗荷載的能力較均勻,且鋼筋布置方便,集合了圓形基礎(chǔ)及多邊形基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)。4不得超過基礎(chǔ)一般負(fù)荷的承載能力風(fēng)力發(fā)電機(jī)承臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下2個(gè)基本條件:一是要求作用于基礎(chǔ)上的荷載不得超過基礎(chǔ)容許的承載能力,以保證基礎(chǔ)在防止整體破壞方面有足夠的安全儲(chǔ)備;二是控制承臺(tái)的位移和沉降,以保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不會(huì)因基礎(chǔ)的變形而損壞或影響機(jī)組的正常運(yùn)行。4.1改變基礎(chǔ)層析模型承臺(tái)基礎(chǔ)的形式一般為以下3種:天然地基、復(fù)合地基及樁基礎(chǔ)。當(dāng)基底最大壓力小于地基承載力設(shè)計(jì)值、基底最小壓力不小于零且基礎(chǔ)地層中無軟弱夾層時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮以天然地基作為承臺(tái)的基礎(chǔ);當(dāng)基底壓力無法單獨(dú)或同時(shí)滿足上述2個(gè)條件,但基礎(chǔ)地層中無軟弱夾層時(shí),可采用擴(kuò)大承臺(tái)基底面積、增加基礎(chǔ)自重或復(fù)合地基(換填法、強(qiáng)夯法、振沖法及砂石樁法等)改善地基承載能力的形式。當(dāng)基礎(chǔ)地層中存在不利地層、采取以上工程措施后地基承載力仍然無法滿足要求或經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較更合理時(shí),宜采用樁基礎(chǔ)的布置形式。由于本工程風(fēng)機(jī)承臺(tái)選用復(fù)合式承臺(tái),場(chǎng)址地表土層工程性狀差,且場(chǎng)區(qū)內(nèi)局部區(qū)域粉細(xì)砂、中細(xì)砂存在地震液化問題。若采用淺基礎(chǔ),需換填基礎(chǔ)下可能液化的地層,工程量巨大,且現(xiàn)場(chǎng)地下水位埋藏較淺,換填時(shí)需要采取基坑維護(hù)措施。風(fēng)電機(jī)組極限荷載為強(qiáng)風(fēng)作用下的巨大彎矩(參考廠家資料為79210kN·m),基礎(chǔ)會(huì)出現(xiàn)很大拉應(yīng)力,淺基礎(chǔ)需要設(shè)計(jì)為直徑20m的大基礎(chǔ),自重才能滿足要求。通過經(jīng)濟(jì)性比較及施工周期等綜合考慮,此方案不可取。若采用碎石樁等復(fù)合地基改善地基,按現(xiàn)有施工技術(shù)條件,碎石樁等只適用于處理10m左右的地基,且下部要求有較好持力層,本工程場(chǎng)址地表以下30m均沒有較好持力層,無法滿足基礎(chǔ)沉降要求。故此方案不可行。本工程最后選定通過承臺(tái)自重和樁基礎(chǔ)的抗拔作用來共同承擔(dān)由基礎(chǔ)環(huán)傳至基礎(chǔ)承臺(tái)的荷載值,風(fēng)機(jī)承臺(tái)基礎(chǔ)選用樁基礎(chǔ)。4.2風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工技術(shù)特點(diǎn)樁型的選擇應(yīng)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的地質(zhì)條件、樁基施工的可行性和難易程度、樁基工程投資及施工工期、環(huán)境保護(hù)對(duì)樁基施工的特殊要求等幾個(gè)方面經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。由于本工程風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)均坐落于沿海沙灘地上,地下水中氯離子及硫酸根離子含量較高。采用鋼樁或組合樁,一是樁基本身投資較高;二是鋼結(jié)構(gòu)的防腐難度較大、成本較高且易在沉樁過程中受到破壞。而砼樁由于其低成本及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),在基礎(chǔ)工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,施工技術(shù)也比較成熟。因此,本工程在樁型選擇時(shí)根據(jù)地質(zhì)條件,對(duì)鉆(沖)孔樁和預(yù)制管樁2種砼樁型在相同地層和相同承載力條件下的樁長、樁徑及可比投資進(jìn)行了分析和計(jì)算。(1)灌注樁施工質(zhì)量優(yōu)點(diǎn):適用于不同土層;單樁承載力大;僅承受軸向壓力時(shí),只需配置少量構(gòu)造鋼筋。缺點(diǎn):施工工序較復(fù)雜,施工時(shí)期相對(duì)較長;樁身質(zhì)量不易控制,容易出現(xiàn)斷樁、縮頸、露筋和夾泥的現(xiàn)象;0.6m灌注樁是直徑最小的一種樁,因而單樁承載力變化較大;一般不宜用于水下樁基;由于在海邊現(xiàn)場(chǎng)施工,無法控制受污染的地下水和鹽霧對(duì)砼和鋼筋的侵蝕,樁體抗腐蝕性能較差。(2)樁型及基礎(chǔ)配筋的確定優(yōu)點(diǎn):多為空心管且采用預(yù)應(yīng)力鋼筋,在提高強(qiáng)度的同時(shí)節(jié)省了樁身材料,成本較低;由于其屬半擠土樁或擠土樁,樁尖進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層或密實(shí)的砂層后,經(jīng)過劇烈的擠壓,樁尖附近的強(qiáng)風(fēng)化巖層或密實(shí)砂層的狀態(tài)發(fā)生很大變化,其密實(shí)度得到極大的提高,從而獲得更高的樁端承載力;樁身質(zhì)量易于保證和檢查;適用于水下施工;由于在工廠預(yù)制且樁身砼的密度大,樁體抗腐蝕性能強(qiáng);施工工序簡單,可提高工效,縮短工期,節(jié)省投資。缺點(diǎn):施工時(shí)易引起周圍地面隆起,有時(shí)還會(huì)引起已就位鄰樁上浮;錘擊法下沉的預(yù)制樁施工時(shí),震動(dòng)噪音大;長樁接樁時(shí),接頭處形成薄弱環(huán)節(jié),如不能確保全樁長的垂直度,則將降低樁的承載能力,甚至出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象;不易穿透較厚的堅(jiān)硬地層,必要時(shí)需輔以其他施工措施,如采用預(yù)引孔、水沖孔等。通過計(jì)算,由表2可知,在同等的計(jì)算假定條件下,預(yù)制管樁在樁徑可減小的同時(shí),其計(jì)算樁長可比灌注樁的計(jì)算樁長減少10%~40%,可比投資減少10%~30%。分析其原因,筆者認(rèn)為主要是管樁為擠土樁或半擠土樁,由于其成樁過程中的擠土效應(yīng),極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值取值較大,樁頂荷載主要由樁端阻力承受,樁側(cè)阻力相對(duì)樁端阻力而言較小,為擠土摩擦端承樁;而鉆(沖)孔樁為非擠土樁,極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值取值小,樁頂荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān),但大部分由樁側(cè)阻力承受。因此,在同等的計(jì)算假定條件下,鉆(沖)孔樁的設(shè)計(jì)所需樁長比預(yù)制樁所需樁長要多。結(jié)合本工程特點(diǎn),最終確定樁基礎(chǔ)的樁型為預(yù)制管樁。根據(jù)本工程風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的特點(diǎn):(1)坐落于沿海沙灘地上,基礎(chǔ)地層中存在軟弱夾層,且地下水位較高;(2)地下水中氯離子及硫酸根離子含量較高,對(duì)基礎(chǔ)樁基抗腐蝕性要求較高;(3)根據(jù)風(fēng)機(jī)設(shè)備定貨和安裝要求,基礎(chǔ)施工工期較短;(4)施工場(chǎng)地遠(yuǎn)離村莊或居民點(diǎn),采用錘擊法進(jìn)行預(yù)制樁施工時(shí)震動(dòng)噪音不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生大的影響。結(jié)合樁型比較結(jié)論,本工程最終確定樁基礎(chǔ)的樁型為管徑600mm的先張法預(yù)應(yīng)力PHC預(yù)制管樁。最終選定的承臺(tái)及樁基礎(chǔ)布置詳見圖1。基礎(chǔ)配筋既要滿足強(qiáng)度要求,又要方便施工。在配筋上應(yīng)力求簡單、明確。不論是圓形還是多邊形基礎(chǔ),均要雙層配筋,特別是樁基承臺(tái)。因樁要承受上拔力,因此承臺(tái)的頂部會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力,在頂部配置鋼筋是必須的,配筋量應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定。5礦渣硅水泥承臺(tái)混凝土施工考慮到當(dāng)?shù)氐叵滤畬?duì)鋼筋混凝土具有強(qiáng)腐蝕性,并且承臺(tái)混凝土屬大體積混凝土,在基礎(chǔ)混凝土的選擇上承臺(tái)采用礦渣硅酸鹽水泥,以提高承臺(tái)混凝土的密實(shí)性與耐久性,降低混凝土的水化熱,同時(shí)在混凝土中還摻用適量的鋼筋阻銹劑、引氣劑、高效減水劑等復(fù)合外加劑,提高減水緩凝效果,并在承臺(tái)底部與側(cè)邊混凝土表面加涂防腐涂層等措施采用上述措施施工完畢的承臺(tái)基礎(chǔ)目前性能良好,未發(fā)現(xiàn)任何表面裂紋及貫穿性裂紋。6風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)層面基礎(chǔ)環(huán)境的注意點(diǎn)通過對(duì)廣東徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)工程風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),筆者認(rèn)為:(1)應(yīng)充分認(rèn)識(shí)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式選擇的重要性。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)投資在整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)投資中僅占了很小一部分,但風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)是關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能否安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)致關(guān)重要的因素。因此進(jìn)行風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮地層中不利因素(如軟弱夾層等)對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定的影響,在盡量節(jié)省基礎(chǔ)投資的同時(shí),要保證基