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风机基础选型与桩基础设计优化

发表时间：2021/4/16 来源：《基层建设》2020年第32期作者：刘国亮

[导读] 摘要：随着社会经济发展，以风能为代表的清洁能源得到人们的关注，我国也开始开发与利用风能，风机建设也在这一时期得以有效开展。

        广东甘特电力设计有限公司 510000
        摘要：随着社会经济发展，以风能为代表的清洁能源得到人们的关注，我国也开始开发与利用风能，风机建设也在这一时期得以有效开展。为了保证机组正常运行，要提高对风机基础的重视程度，由于对桩基础标准要求比较高，在基础选型时要选择完善的方案。文章先介绍风机基础类型及特征，再论述风机桩基础优化要点，确保基础质量，为后期投入使用做好准备。
        关键词：风机基础；选型；桩基础设计
        引言：
        风机应用范围非常广，在使用风机之前，要重视对风机基础选型，会影响到后期效果。对实际情况进行分析，考虑后设计桩基础并进行优化，确保达到预期目标。对风机桩基础优化，从不同方面入手去做，确保具有较高水平。制定出完善设计方案，为实际工作开展提供正确指导，保证风机可以实现高效、稳定运转。
        一、风机基础选型介绍
        浅基础和深基础的划分依据是埋深深度，人工地基和天然地基的划分依据是作业方式。其中浅地基类型较多，例如扩展基础、联合基础等，不同基础在结构形式上有着明显差异。风机扩展基础通常适用于浅部有较好持力层、地基承载力高的情况。最具代表性的就是我国内蒙的风电场，除此之外，锚杆基础用于岩石基础，最常见的时山区风电场。深基础适用于软弱地基，在我国东部地区比较常见，深基础形式包括桩基础和沉井基础。桩基础应用于较高的建筑中，一般质量都较高，具有抗震性能，可以有效控制地基沉降和沉降速率。在发展过程中，预制钢筋混凝土桩由于质量较高，应用范围在不断扩大，如果桩身结构是控制因素，建议采用预应力桩。风机基础设计与建设的重点，扩展基础的材料为现浇钢结构混凝土。扩展基础分为两种，分别为圆台板式扩展基础与筏板式扩展基础。（1）圆台板式扩展基础：这种选型是一种传统的分机基础选型。高强螺栓是连接基础环与上部塔筒的方式，这样就可以将整个分机连接在一起。圆台板式扩展基础在实际应用中，由于工艺比较简单，且适用的单机容量不大。但是抗压及抗弯等能力不够理想，难以在单机容量较大、悬挑较高的风电场进行合理应用，同时也无法在不同的环境条件下使用。（2）扩展基础：在圆台式基础的改良下得到筏板式扩展基础，柱下独立解耦与梁的连接，二者组成一体，结构为钢筋混凝土结构。预埋基础环是筏板式扩展基础连接的主要方式。这种选型受力均匀，常见于好土地基中[1]。同时混凝土散热速度较快，具有良好的经济效益。但是在具体应用中工艺比较复杂，基础回填量较大。
        二、风机桩基础优化要点
        对风机桩基础优化需要从不同方面入手去做，不断风机桩基础的稳定性和强度。关于风机桩基础优化要点，需要从以下几个方面入手去做，保证风机桩基础质量。
        （一）基础体型
        根据机型和发电量，风机基础要采用中心对称布置方案，从目前情况来看，圆形基础是最好的选择。
        （二）承台半径
        当承台半径减少时，所用混凝土用量也会减少，同时施工量会减少。承台自重和半径减小时，恒载引起的单桩竖向压力和上部风机荷载引起的外圈桩单桩竖向压力及上拔力会发生变化。所以在减少承台半径时要综合考虑，对不同因素的影响程度进行评价。合理控制承台半径，可以对基础综合工程量进行优化。
        （三）承台埋深
        通常情况下，桩顶标高来决定承台埋深，将承台位于比较好的持力层上。承台埋深及履土自重对单桩竖向压力和上拔力大小会产生影响。当承台地面低于地下水位时，要采用上履土体和承台混凝土的浮重度进行计算。
        （四）承台基础
        承台基础施工需做好各项工作，在具体操作中，需做好定位放线、机械挖土、清理修正及土方回填等各个环节的工作。在整个施工过程中，土方施工需格外注意：严格控制标高，将允许偏差控制在-50mm；长度、宽度需要严格控制，允许偏差为+200~-50mm；边坡护坡则不允许出现偏差。

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        （五）承台厚度
        承台厚度设计时要考虑到抗冲切强度，提升承台的强度，保证内力的传递，保证桩基承台和内外桩具有协同性。在搭架风机时，保证在基础混凝土中埋入足够的深度，需要注意的是，风机塔架和基础连接节点是非常重要的部位，所以在设计时要由专业技术人员来负责[2]。
        （六）桩基础
        如果在施工期间，在进行地基处理时不适用浅基础及换填法进行处理，则要选择桩基础。上部荷载是由桩基础承受的，所以可以适当减少承台埋深。一般情况下，承台埋深为2.7~3.0m。通过埋深尺寸及埋深的优化，能有效减少钢筋及混凝土的使用量。
        （七）内外圈桩布置
        在承台完全刚性假定的要求下，布置桩时有着特定要求，要距离承台的中心位置尽可能远，有助于提升抗倾覆弯矩。在布置圈桩时，要结合实际情况来确定数量，有效适应风机抗冲切要求，对于基础稳定性提升有很大帮助。内外圈桩总数的确定需要对桩基竖向承载力或者水平承载力进行分析，保证在合理范围之内。
        （八）桩长与桩径
        最小桩长由持力层深度来决定，必须要满足进入持力层2d的要求。依据上部荷载情况确定需要达到的单桩承载力，当桩越长时，单桩承载能力就越强，因此可以根据桩长的调整来满足不同需求。在桩长相同情况下，当直径越大，单桩竖向承载力和抗拔承载力就越大，基于这一特性，如果使用大直径桩，可以让桩数减少，总长度减小。大直径桩单价和施工成本较高、管桩采购会受到限制。所以要对不同桩径方案进行对比，选择最优的桩长和桩径。
        （九）基础模板
        定型模板与木模板是较常使用的基础模板，通过螺栓连接模板，侧向易采用φ22@500钢筋或者围檩加固，为将基坑与侧壁顶牢，需要使用φ48×3.5教授管。将丝杠加设在钢管上，对长度进行调节，顶杆间距需控制在1000mm。
        （十）桩基水平承载力
        和桩基浅层地基土的水平抗力系数的比例系数有着关系，在实际中会出现风机基础竖向承载力和水平承载力无法同时满足的情况，在有条件的情况下，可以对桩基浅层土进行地基加固处理，对于提升桩基水平承载能力有很大的帮助，不需要再增加桩的数量。地震工况下，要减小地基土水平抗力系数的比例系数[3]。
        三、工程案例
        某市近几年经济实现了快速发展，但是因为位于山区，导致交通不变，因此决定建设隧道。为了保证隧道施工顺利开展，必须要做好通风工作，为施工人员生命安全提供可靠保障。对工程情况进行分析，选择合适风机基础，并制定科学设计方案，对桩基础进行优化，保证满足实际需求，可以发挥出有效作用。在实际施工过程中，桩基础会遇到各种各样问题，因此要进行深入研究，确保施工顺利开展，达到预期目标。在风机基础施工之前，要提前进行勘察，对相关信息进行收集、整理、分析，为方案制定提供参考依据[4]。同时在实际中要善于总结经验，不断优化施工方法，确保可以发挥出有效作用，不断提升施工效率和质量。
        四、结语
        综上所述，随着对电力资源需求量增加，风力发电规模在不断扩大，其中风机运转直接关系到生产质量。明确风机基础选型，通过对圆台板式扩展基础、筏板式扩展基础的了解，对风机桩基础优化要点进行了介绍，在相关要点的了解下，能够为风机基础建设提供可靠支持。
        参考文献：
        [1]徐佰峰.风机基础选型与桩基础设计优化[J].装饰装修天地,2019,(22):199.
        [2]武永刚.滩涂、软土地基上风机基础选型与设计[J].建筑工程技术与设计,2016,(21):2822-2823.
        [3]余若冰.山区风机基础选型及优化浅析[J].建筑与装饰,2020,(5):165,167.
        [4]朱峰林.某陆上风电场风机基础选型及结构安全性分析[J].水电与新能源,2018,32(10):72-75.