风力发电机组塔架桩基础方案设计研究

王相耀 吴建喜

（1内蒙古鲁电蒙源电力工程有限公司 呼和浩特市 010020 2内蒙古自治区水利水电勘测设计院呼和浩特市 010020）

风力发电机组塔架桩基础方案设计研究

王相耀1吴建喜2

（1内蒙古鲁电蒙源电力工程有限公司 呼和浩特市 010020 2内蒙古自治区水利水电勘测设计院呼和浩特市 010020）

风力发电机组塔架基础有别有一般的高耸结构基础，塔架基础主要承受风对塔架和机组的水平力带来的较大倾覆弯矩，基础的抗倾覆能力要求高，不均匀沉降要求高，基础的整体稳定性要求高。对位于软弱土基上的基础必须采取地基处理措施或桩基方案。

基础；桩基；灌注桩

华能通辽市珠日河风电场一场六期(49.5MW)工程安装1500kW的风机33台，塔架基础采用低承台灌注桩基方案。承台采用C35混凝土，承台直径15m，埋深2.5m，混凝土用量298m3；基桩采用C30混凝土，桩径800mm，根据机位的具体地质条件基桩入土深度为18m～26m。

1.地质条件

华能通辽市珠日河风电场一场六期(49.5MW)工程址区地处西辽河平原东北部的新开河冲积平原上，区内地貌类型较为单一，属堆积地形地貌类型，地势平缓，区域上自西北向东南缓倾，坡面完整性好。

场址区地形开阔平坦，地表无河流，无侵蚀沟谷发育，整体完整性好，场地内大部分分布有固定、半固定沙丘。

区内出露地层主要为第四系地层，根据该区第四系厚度等值线图资料，场址区第四系地层厚度大于120.00m，其下为上第三系、白垩系地层。

本次勘察在勘探深度25m内地层组成根据沉积物成因类型及岩性特点，划分为第四系全新统风积层（Q4eol），岩性为细砂；第四系上更新统顾乡屯组冲积层（Q3gal），岩性为粘土、粉砂、细砂、中砂。

从地基土的构成特征来看，在本次勘察已揭露的深度范围内，场地地基土在水平方向和垂直方向上的岩性特征有着较大的差异，存在不均匀性。

场地地基土中的①单元风积细砂，相对密度Dr=0.01，为新近堆积的欠固结土层，易产生固结沉降变形，不宜做为天然地基持力层。

②1-1单元粘土呈软塑状，层顶埋置深度为8.00m，层顶高程203.10m，压缩系数a0.1～0.2=0.575MPa-1，具有高压缩性，上部荷载较大时，地基土会产生压缩沉降变形，该土层埋深较深，工程性能较差，不能满足设计做为基础持力层的地基承载力的要求。不宜直接做为风机基础持力层。

②1-2单元粘土呈可塑状，埋深7.5～11.20m，层顶高程189.95～203.87m，压缩系数a0.1～0.2=0.326MPa-1，具有中等压缩性，上部荷载较大时，地基土会产生压缩沉降变形，可做为一般的建筑持力层，亦可考虑做为风机基础的持力层。

②1-3单元粘土呈硬可塑～硬塑状，埋深 17.2～21.80m，层顶高程 185.44～191.12m，压缩系数a0.1～0.2=0.259MPa-1，具有中等压缩性～低压缩性，上部荷载较大时，地基土会产生较小的压缩沉降变形，埋深大，工程性能良好，可做为本工程风机基础的持力层。

②2-1单元粉砂、②3-1单元细砂相对密度 Dr=0.67、②4-1单元中砂均为稍密状，埋深分别为 0.80～6.95m、2.00～8.56m、6.00～8.00m，层顶高程分别为 203.39～210.30m、197.65～208.27m、199.65～201.24m。上部荷载较大时，地基土会产生压缩沉降变形，埋藏较浅，工程性能较差，不能满足设计做为基础持力层的地基承载力的要求。不宜直接做为风机基础持力层。

②2-2单元粉砂、②3-2单元细砂相对密度 Dr=0.67、②4-2单元中砂均为中密状，埋深分别为2.60～10.20m、2.00～7.00m、3.25～9.50m，层顶高程分别为200.07～207.93、197.63～208.87m、197.95～205.67m。上部荷载较大时，地基土会产生压缩沉降变形，埋藏较浅，工程性能一般，可做为一般的建筑持力层，可考虑做为风机基础的持力层。

②2-3单元粉砂相对密度Dr=0.67，②3-3单元细砂相对密度Dr=0.68、②4-3单元中砂均为中密状，埋深分别为2.00～14.50m、2.00～15.00m、16.30～17.00m，层顶高程分别为194.14～209.10m、192.84～208.37m、191.48～193.87m。上部荷载较大时，地基土会产生较小的压缩沉降变形，埋深变化大，工程性能中等，可做为本工程风机基础的持力层。

②2-4单元粉砂、②3-4单元细砂相对密度Dr=0.70、②4-4单元中砂均为密实状，埋深分别为 3.80～16.50m、5.50～14.00m、8.00～13.90m，层顶高程分别为 191.49～ 204.03m、188.16～202.82m、193.55～202.56m。上部荷载较大时，地基土会产生较小的压缩沉降变形，埋深变化大，工程性能良好，可做为本工程风机基础的持力层。

②2-5单元粉砂相对密度Dr=0.66、②3-5单元细砂相对密度Dr=0.71、②4-5单元中砂相对密度Dr=0.69均为密实状，埋深分别为14.75～22.00m、9.40～22.60m、16.55～19.00m，层顶高程分别为186.53～194.80m、186.35～201.13m、189.30～191.86m。上部荷载较大时，地基土会产生较小的压缩沉降变形，埋深大，工程性能良好，可做为本工程风机基础的持力层。

②2-6单元粉砂相对密度Dr=0.93、②3-6单元细砂相对密度Dr=0.68、②4-6单元中砂相对密度 Dr=0.80均为密实状，埋深分别为 10.85～24.00m、14.45～24.00m、20.80m，层顶高程分别为 183.44～199.41m、185.45～191.72m、187.52m。上部荷载较大时，地基土会产生较小的压缩沉降变形，埋深大，工程性能良好，可做为本工程风机基础的持力层。

2.基础选型

风机受力状况和荷载性质有别于其它一般高耸建（构）筑物，风机基础所承受的风荷载(弯矩)较大，基础底面将承受较大的偏心荷载，抗倾覆验算和不均匀沉降要求高，考虑深基础桩基。

3.桩基设计

3.1 桩的类型选择

根据场地土层的结构特征，适宜本工程场地地层条件的桩基础可用桩型有预制桩和钻孔灌注桩，设计应按建筑物结构类型、载荷性质，施工经验和制桩材料的供应条件，选择经济、安全适用的桩型和成桩工艺。

从风机基础土的工程地质条件分析，为满足风机基础的稳定，桩端入土深度较大，部分需要穿越相对密实薄层砂性透镜体，根据场地钻孔内标准贯入试验情况，采用预制桩时桩的贯入较困难，推荐钻孔灌注桩为本工程风机基础的首选桩型。从风机的荷载性质和要求看，建议采用Φ800桩径的钻孔灌注桩。

3.2 桩基持力层的选择

从本场地地层条件看，桩基受力将是以摩擦为主的摩擦桩，单桩承载力主要以桩长控制。其中，②1-3单元粘土②2-3单元粉砂、②2-4单元粉砂、②2-5单元粉砂、②2-6单元粉砂、②3-3单元细砂、②3-4单元细砂、②3-5单元细砂、②3-6单元细砂、②4-3单元中砂、②4-4单元中砂、②4-5单元中砂、②4-6单元中砂均是工程性质良好的桩端持力层，设计可根据具体情况确定桩端持力层和桩长、桩径及桩距。

3.3 桩的参数的选择

单桩竖向极限承载力标准值采用土的物理性质指标和承载力参数之间的经验关系确定，根据采用的桩型，以及场地土层分布、土层埋藏深度、土的性质及原位测试综合确定桩侧极限侧阻力标准值qsik与桩端极限端阻力标准值qpk。

3.4 结语

本工程采用钻孔灌注桩，成桩无困难，但当进入砂层时，应合理控制泥浆性能，以免产生缩径塌孔现象，并严格控制沉渣，保证桩身质量。钻孔灌注桩施工质量对单桩承载力有较大的影响，故应加强施工质量的监控及对桩身质量的检测工作。采用钻孔灌注桩，需注意产生环境污染的现象。

[1]刘洋；关于风力发电中风机基础设计及施工中的经验浅析[J]；林业科技情报；2011年01期

[2]郑主平；吴启仁； 响水风电场风机基础不均匀沉降原因及处理方法[J]；水利水电技术；2009年09期

王相耀，1978-2-4，汉，内蒙古鲁电蒙源电力工程有限公司，硕士 研究生，工程师

吴建喜，出生日期：1965-8-18民族：汉，内蒙古自治区水利水电勘测设计院，学位学历：学士本科，现有职称：教授级高级工程师

TU7

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1007-6344（2016）03-0102-01

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