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淺析陸上風電機組常見基礎形式

2023-12-13 來源:風電市場 瀏覽數:1773

風電機組的基礎是風力發電機組的固定端,目前主流整機產品中,基礎與塔筒一起將風機豎立在110~180米的高空,是保證風機正常發電

風電機組的基礎是風力發電機組的固定端,目前主流整機產品中,基礎與塔筒一起將風機豎立在110~180米的高空,是保證風機正常發電的重要組成部分。

在設計上,風機應歸屬高聳結構,對于一般高聳結構設計而言,采用的是簡潔的結構形式,以盡量減少風荷載,但是風機的動力來源主要是風,要正常發電就要捕獲足夠的風力,這就使得基礎不可避免要承受巨大的水平荷載,較之傳統的高聳結構設計有很大的差別,設計時要考慮地質情況、風向影響。

風機基礎也是造成風力發電成本高的主要因素之一,基礎的成本約占總成本的10%~30%。探討基礎設計中的關鍵問題、提出合理的基礎形式具有重要的理論意義和工程價值。

風力發電機組基礎建在地面及地面以下,用于承載風力機施加的動、靜載荷。陸上風力發電機組基礎形式一般主要有擴展基礎、樁基礎和巖石錨桿基礎。

重力式擴展基礎

重力式基礎為鋼筋混凝土結構,靠重力來平衡風機上的水平荷載和彎矩。這種結構簡單,造價低,但尺寸和重量較大,多在陸上風電場使用,有方形、圓形、圓環形和八邊形。

重力式擴展基礎施工較為簡便、工程經驗豐富、適用范圍廣,但是這種基礎形式抗壓能力有余,抗彎效率不高。由于整體剛度較大,基礎邊緣與地基脫開面積起到控制作用,尤其是對于大容量的風力發電機組,基礎的懸挑板長度過大,需要大量的混凝土,經濟性較差。

重力式基礎也可用于海上風電場,但基礎的質量會隨著水深的增加,從而增加建造成本,尤其是水深小于10米的海域,實踐證明與其他基礎形式相比,重力式基礎在20米以內的海域使用在經濟上是有優勢的,對于超過20米的深海域,則需采用其他形式的基礎。

設計上,重力式基礎需進行地基反力計算、地基承載力復核、軟弱下臥層驗算、沉降和傾斜變形驗算、抗傾覆驗算、抗滑驗算以及基礎板結構的內力計算。除此之外,還需要考慮瞬間荷載作用下的傾覆力矩和基礎的剛度。

梁板式基礎

梁板式基礎是由基礎臺柱、基礎底板、從臺柱懸挑出的放射狀的主梁、封邊次梁組成。主梁格間由素土夯實,底面通常為八邊形或圓形。上部荷載通過基礎環傳遞給主梁,再由主梁傳遞給次梁及地基。由于梁格問采用素土夯實,相對重力式擴展基礎,這種基礎形式的混凝土用量大大減少,可適當改善大體積混凝土由于水化熱產生溫度應力對澆筑的不利影響,并且有較好的經濟性。

但是,梁板式風機基礎土方開挖量較大、體型復雜、模板制作及安裝周期較長。并且主梁內鋼筋較密,混凝土澆筑、振搗困難,施工質量較難控制。

樁基礎

樁基礎分為單樁基礎和多樁基礎?;炷羻螛痘A由一個大直徑混凝土圓柱組成,受力類似于水平樁;多樁基礎則由群樁和承臺共同抵抗傾覆力矩。

樁基礎具有承載力高、穩定性好、沉降量小而均勻、沉陷速率低且收斂快等特性。由于風電場的場址多位于荒灘、丘嶺、沿海灘涂和近海區域,地質條件較差,因此樁基礎應用較廣泛。

值得一提的是,海上樁基礎通常采用單樁固定式。其直徑比陸地上的要大,通常達到4米,未來可能達到6米。這種基礎的最大優點是能明確定義風浪流形以及海冰成的荷載,而且形式簡單,適合于20~25米的海域,在國外已成為風電機組安裝的一種標準方案。

巖石錨桿基礎

對于地基承載能力好的巖石地基,可采用錨栓式巖石錨桿基礎,這種基礎主體與塔架通過錨栓連接,基礎主體再通過錨桿錨固于基巖里,基礎充分利用了基巖的承載力,可明顯減少基礎混凝土和鋼筋工程量,有效節省成本。但該種形式對錨栓錨桿質量要求較高,錨桿防腐需專項設計。


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