风机基础改造分析

汪宏伟

摘 要：本文就风电场更换大机组，对原有风机基础的利用进行了对比研究分析，旨在提高项目的收益。

关键词：风机;改造;风力发电

一、引言

近十来年我国风力发电产业蓬勃发展，随着风机技术的不断进步，尤其是低风速机型的出现，很多原先风速相对较小不具备建设风力发电场的条件的区域，也可以建设商业化的风力发电场。目前看来全国各个省份基本都具备开发建设商业化风电场的资源条件。

二、背景

国内某风电场2010年建设完成投产发电，单机容量1.5MW，轮毂高度70m，叶轮直径70m，可研报告年等效利用小时数约2000小时。该风电场建成后，在其周边陆续又建立了很多风电场，单机容量2～3MW，轮毂高度90～100m，叶轮直径100～120m，明显周边的风电场轮毂更高、叶轮直径更大，因为尾流影响，直接导致该风电场发电年等效利用小时跌至1300小时，严重影响项目收益。为了提高项目收益，计划对本风电场进行改造，单机容量提高至3MW级，轮毂高度140m，叶轮直径150m，为了最大限度的提高项目收益，力争最大限度地利用原有基础，本文就该风机基础改造进行对比研究分析。

三、改造方案对比

1、原风机基础方案。采用预埋地脚螺栓，风机基础为直径16.5m的圆形钢筋混凝土基础，埋深2.6m，厚1.0～2.0m，中墩直径6.2m，高0.9m，每台风机采用32根直径600mm的PHC预应力高强管桩，桩长15m左右，分两圈布置，外圈18根，内圈8根。

2、基础改造方案

基础改造无非就三种情况，第一种旧基础不拆除，第二种部分拆除旧基础，第三种全部拆除旧基础。下面就这三个方案进行分析。

（1）旧基础不拆除。对原风机基础进行钻孔，打入锚杆，高压注浆。斜坡面植入钢筋，原锚栓笼加强连接，绑扎新钢筋，搭设模板，浇筑基础加高段。基础加高段为中空齿轮加强型基础，在加强墩之间的间隔处布置钢绞线的下锚固端。随后吊装混凝土塔筒和过渡段，预应力钢绞线张拉，吊装钢塔筒、机舱和叶片等。本方案主要针对混凝土塔筒方案，对原风机基础充分利用，不需要凿除或破坏。由于采用中空齿轮加强型基础，可有效的将环梁承受的拉力传递至加强墩以及基础圆盘处，从而可以大幅的缩减环梁的尺寸和工程量，并提高风机基础的安全性。但是由于混凝土塔架自身的重量较重（一般为数千吨），对于地基土的抗压承载能力要求较高，需要对原有基础的复合地基的承载能力进行评估，以便确定该机为是否能够使用该方案。如果无法满足，则需要对原有基础的地基础进行地基处理，这将会比较困难。

（2）部分拆除旧基础。基坑开挖至所需的凿除高度即可。拆除原风机基础锚栓笼底部及以上钢筋和混凝土，原风机基础形成一个承载平台。因改造基础还需利用该部分基础，因而在拆除过程中需要对需要保留部分做好防护，根据旧基础的设计，确定需要凿除的高度，当拆除至所需高度位置以上300mm的混凝土时，人工使用风镐进行破除，以确保不损坏基础保留部分。需要注意的是：1）在拆除旧基础的过程中，加强洒水降尘的措施;2）拆除的渣土及时清运并运至指定渣场进行处理;新基础浇筑方案：在原风机基础外圈做一圈灌注桩（或 PHC 桩），在原风机基础上放置新锚栓笼，绑扎钢筋，搭设模板，最后重新浇筑一台风机基础。新基础浇筑时，在新基础底部浇筑200厚的C20混凝土垫层。

（3）全部拆除旧基础。基坑开挖至原基础埋深处，拆除原风机整个基础承台，原 PHC桩与承台连接区域有破损，但不应造成整根桩的破裂损伤。需要注意的是：1）在拆除旧基础的过程中，加强洒水降尘的措施;2）拆除的渣土及时清运并运至指定渣场进行处理。新基础浇筑方案：拆除原风机基础承台，PHC 管桩不破坏，在原风机基础内、外圈进行钻孔灌注桩，放置新锚栓笼，绑扎钢筋，搭设模板，最后新浇筑一台风机基础。本方案需要注意的是，原有基础的拆除工作可以采用破坏性操作模式，这样对于原有基础的管桩也可能造成破坏，因而原有基础的管桩在新的基础结构计算中将不予考虑。

四、结论

从经济性上来讲，明显方案1更省，但是技术上，方案1需要对原有基础的复合地基承载能力进行复核，以便确定该机位处的地基土能够满足该方案對地基的承载能力要求，如果无法满足，则需要对原有基础的地基础进行地基处理，这将会比较困难，方案1也需要额外增加地基处理的费用等。从施工工期上来看，方案1的混凝土塔架的制造、运输、吊装等均比钢制塔架所需的时间稍长，所以在工期上方案1需要更长，不利于改造项目。从三种方案的优缺点比较可以看出方案2部分拆除旧基础性价比最高，值得推荐。当然从保守的角度考虑，如果项目收益很好，也可以直接重新做一个新基础即采用方案3。