关于风机基础设计有关问题的说明

关于风机基础设计有关问题的说明1说明由于本人非专业设计人员，设计经验水平低，以下资料是在沟通设计、现场施工过程中，根据《FD003-2007风电机组地基基础设计规定》（试行）进行分析，结合以往的工程经验，得出的个人看法，有关专业设计人员在设计过程中作为参考，以期在以后的风电场风机基础设计在满足规范要求的前提下达到安全、精致、方便、快速的目的。2引言目前，风电场风机基础设计依据《风电场工程技术标准FD003-2007风电机组地基基础设计规定（试行）》进行设计，根据目前已完成部分施工的吉林镇赉林场风电场一期工程，镇赉黑鱼泡风电场一期工程，辽宁曲家沟风电场工程，内蒙古扎鲁特旗阿日昆都楞风电场一期工程等工程实例，经过类比统计分析，得出初步结论如下：所有风机基础设计均采用脱离式基础设计，基本上没考虑埋深对风机基础的固定作用；风机基础设计，开挖基坑、基础承台垫层、基础承台作为三个独立体系，无论在岩石基础还是沙土基础，均采用基本相同的结构方式。风机基础上层配筋按照风机生产厂家提供的风机基础建议图纸进行设计，未能与现场实际地基情况进行结合。镇赉黑鱼泡风电场基础承台设计与桩承载设计作为两部分设计，桩基础作为地基基础的承载，承台作为风机基础的独立式稳定承台。3风机基础计算依据风机基础的计算一般依据制造厂商提供的计算资料作为依据，制造厂商为了确保安全可靠，提供的资料本身就偏于保守，根据与厂家的数次沟通，得出的初步看法如下：3.1风机制造厂商提供的数据资料是按照风场分类，一类风场，二类风场，其参数基本按照该类别风场的最大数值取值计算，存在一定的误差，也就是说风机制造厂商提供的计算资料适合该类风场极限风速的最不利荷载工况，可以包含国内任何地区的最不利荷载情况，设计计算需要根据本地区的实际资料进行修正补充，确保适合与本地区的实际情况。风电场本地区的资料理论上应该低于统一标准的计算资料。3.2风机基础的建议参考图纸是脱离式基础设计的最简单资料，即极限状态下的脱离基础计算资料，计算资料适合仅仅满足基本地基承载力的地基情况进行计算，实际上不能满足时往往需要进行桩基础、换填基础、扩大基础等方式进行加固，加固后的承载远远大于厂家提供的资料数据，这部分一般在设计过程中进行修改，但是尚保留一定的安全余度，确保设计的安全理由充分。3.3风机荷载基本上为三种承载，在极限工况下的水平推力荷载（单向水平荷载），垂直荷载（单向垂直荷载）风机塔筒、风机、桨叶等传递于基础上的重力荷载，抗弯荷载（风机在最大风速运行状态下受水平力作用传递于基础上的弯曲荷载，上述三种荷载在最不利状态下的组合作为风机基础设计计算依据。4风机基础地质勘探风机基础设计根据所在的地区地域，一般分如下两类：软基，硬基。软基又分为：滩涂(分沙质滩涂、泥质滩涂)，土质地基、沙土地质；硬基基本上为岩石地质（分风化岩地质、坚硬岩地质）。由于目前尚无风电场基础勘探规范，对于各类基础各个设计院均依据以往的类似经验进行勘探取值，缺乏适合风电场设计的勘探规范，造成资料不规范、数据不统一，一样的地质情况下容易不同的勘探资料会造成不同的设计结论，镇赉临场与黑鱼泡风电场所处的地质情况均为淤积质沙土基础，两个风电场的设计相差很大，与基础资料的取值存在一定关系。假如有规范的勘探资料，一样的地质情况下基础设计完成后，综合工程量基本相同，差别应该在3%以内。辽宁彰武风电场与内蒙扎鲁特旗风电场基础情况基本相同，两处设计经过沟通，综合工程量差别很小。风机基础地质勘探根据《风电机组地基基础设计规定FD003-2007》（试行）相关章节进行统一换算后，然后按照规范进行设计，减少不必要的浪费。5基础设计问题在风机基础设计过程中，厂家在提供数据的时候，是根据最不利地基的最不利荷载情况下进行数据提供，本身就具有一定的安全系数，并且在风机荷载说明说上明确说明无需提供安全系数，该数值已经满足安全运行要求；《风电机组地基基础设计规定FD003-2007》（试行）设计安全系数取值为1.35，设计院为经济可靠，往往将厂家提供的荷载数值除以该安全系数后再乘以1.35，以满足国家规范要求，这样，风机脱离式计算就是成果除以1.35后的计算成果，远远大于理论设计合理值，其依据在下边的说明中阐述。6基础粘结力存在基础粘结力的主要有桩基础、岩石基础，当地基承载力满足不了风机厂家提供的最小基础承载200kpa/m2时，一般采用扩大基础，换填基础、桩基础等方式对基础加以补强，以达到设计基本要求，采用桩基础或者在岩石基础上进行风机承台施工，岩石与垫层之间，垫层与承台之间要是接合方式采取措施，会形成良好的粘结，粘结力或者是连接力可根据现场试验、理论计算等多种方式进行符合计算，取值后加入计算取值的安全系数，在此情况下，风机承台的钢筋混凝土工程量会大大降低，假如粘结力按照理论数值的20%取值，或者现场试验的25%取值，其工程量将降低为原设计的20%以上，在此情况下仍然是1.25的安全系数，满足规范的1.35系数时，此状态仍为脱离基础的计算状态下1.1的安全系数。因为设计规范的计算方式、风机制造厂家的数据提供方式均采用脱离式基础考虑，除非软基，在硬基上的垫层混凝土一般低于承台混凝土标号，造成承台基础混凝土与硬基础之间的薄弱夹层，致使承台大体积混凝土未能与基础母岩之间的紧密连接，对风机运行稳定不利。桩基础深埋于承台底部，在桩设计过程中往往考虑了垂直荷载、水平荷载、抗拔力等受力状态，就算将桩的自重作为承台配重，也将会使承台基础设计综合工程量降低很多。7基础埋深为保证基础环的安装，风机塔筒的就位，以及北方冻土深度要求，所有风机基础承台的基础底面均在地面高程下2.8m，加上上边碾压盖重，风机基础的埋深一般3m左右，在此情况下为确保风机基础承台经济合理，往往采用承台上方碾压回填的方式进行压重补充承台自身重量，压重计算范围为承台周边线以上部分，基础边缘未考虑部分不影响荷载。从常规考虑，基础埋深对风机基础稳定非理论式脱离基础考虑，最起码高压线路的9m线杆，在坚硬土质下挖深1.5m即可满足承载稳定要求，风机基础承台不能按照线杆那样计算，但是3m埋深要是采取合理的碾压回填后，作为抵抗弯矩的一种安全保证应该予以考虑。8基础水平约束力基础水平约束力往往由基础埋深提供周边固定以及基础与基础面之间的摩擦力、粘结力等综合考虑，在计算水平位移的时候已经考虑其水平稳定性，但是坚硬基础的周边约束是保证稳定的良好辅助，假如基础承台周边在极限荷载情况下，弯曲应力克服重力阻力的同时还要克服受拉边的水平约束力，该项应力应该列入计算中。目前风机基础要求周边具有足够的作业空间，造成开挖量远远大于基础承台的地面积，造成回填后承台与周边之间没有足够的约束力，对风机稳定运行相当不利，并且增加相当大的开挖回填工程量，建议在稳定基础前提下，缩减承台地底面积，采用满仓浇注方式灌填坑槽混凝土，该风机基础计算应该外延到混凝土连续体积之外的可承载区域。9结语在风机基础设计中，在理论计算、荷载取值等各项环节均采用预留安全系数的方式进行结构计算，从勘探资料、制造厂家荷载资料、工程材料取值、整体结构计算等等环节，每项均存在一定的安全余度，造成不必要的累计安全系数。风机基础设计请不要考虑施工期存在的施工过程中的不利因素，设计就是设计，是理论化的成果；施工管理是施工过程控制，实际操作的