劉學(xué)新

(吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，吉林 長(zhǎng)春 130022)

1 概述

隨著國(guó)家節(jié)能減排工作的深入，大力開(kāi)發(fā)、建設(shè)和利用風(fēng)力發(fā)電這種清潔、可持續(xù)能源，正在我國(guó)迅速發(fā)展。國(guó)家發(fā)展改革委在《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中確定了我國(guó)風(fēng)電在“十一五”末期及2020年底裝機(jī)容量達(dá)到500萬(wàn)kW和3000萬(wàn)kW的目標(biāo)，風(fēng)電建設(shè)已經(jīng)到了快速發(fā)展時(shí)期。

由于我國(guó)發(fā)展風(fēng)電還處在起步階段，各工程設(shè)計(jì)單位多是參照現(xiàn)有的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在工程建設(shè)中難免出現(xiàn)這樣和那樣的不足和缺陷。經(jīng)常把水電工程和火電工程以及現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)、變電所工程上的經(jīng)驗(yàn)和做法套搬到風(fēng)電工程設(shè)計(jì)中。在2007年9月份，我國(guó)發(fā)布了FD003-2007《風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定(試行)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)定》)，經(jīng)過(guò)幾年工程設(shè)計(jì)中的使用，覺(jué)得《規(guī)定》中的有些內(nèi)容值得商榷。

2 基礎(chǔ)變形計(jì)算問(wèn)題

在《規(guī)定》的表7.2.9中規(guī)定：基礎(chǔ)變形驗(yàn)算使用標(biāo)準(zhǔn)荷載，荷載工況為：正常運(yùn)行工況、極端荷載工況、多遇地震工況(僅當(dāng)該荷載起控制作用時(shí))。在《規(guī)定》的8.4.3條基礎(chǔ)沉降計(jì)算中，基底附加應(yīng)力是包含有土的自重應(yīng)力，見(jiàn)《規(guī)定》公式8.4.3-2。上述的這些規(guī)定，與《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5007-2002)有著明顯的不同。

(1)在基礎(chǔ)變形驗(yàn)算時(shí)，荷載工況取值，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用準(zhǔn)永久組合，不計(jì)入風(fēng)荷載和地震荷載組合。在《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50051-2002)中規(guī)定，基礎(chǔ)的變形驗(yàn)算采用準(zhǔn)永久組合，一般情況下，不考慮風(fēng)荷載，但對(duì)于風(fēng)玫瑰圖呈嚴(yán)重偏心的地區(qū)，采用頻遇值系數(shù)0.4進(jìn)行計(jì)算?！陡呗柦Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50135-2006)中規(guī)定，基礎(chǔ)的變形驗(yàn)算采用準(zhǔn)永久組合，不考慮風(fēng)荷載。風(fēng)荷載是一種瞬時(shí)作用荷載，對(duì)基礎(chǔ)的沉降變形影響很小。在《規(guī)定》中計(jì)算風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)變形時(shí)，是全部考慮風(fēng)荷載作用，使得計(jì)算結(jié)果偏大。筆者認(rèn)為應(yīng)借鑒上述規(guī)范，總結(jié)多年來(lái)在基礎(chǔ)沉降工作中的經(jīng)驗(yàn)，在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)變形計(jì)算時(shí)，適當(dāng)考慮風(fēng)荷載，可參考煙囪規(guī)范的作法。

(2)多遇地震工況參與基礎(chǔ)沉降計(jì)算，不妥當(dāng)，地震荷載屬于瞬時(shí)作用荷載，很難傳遞到幾十米以下的土層。用地震這組荷載計(jì)算基礎(chǔ)沉降，在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)中也沒(méi)有這方面的規(guī)定。

(3)在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中，沉降計(jì)算是采用基底的附加壓力，見(jiàn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》公式5.3.5，附加壓力是指基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重減去基礎(chǔ)底面處土的自重壓力(見(jiàn)下公式(1))。而風(fēng)機(jī)《規(guī)定》公式8.4.3-2是不減基礎(chǔ)底面處土的自重壓力的(見(jiàn)下公式(2))。這部分荷載對(duì)基礎(chǔ)沉降計(jì)算影響很大，如一個(gè)埋深3m的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，土容重一般取18KN/m3，計(jì)算后土的自重壓力值為54KN/m2，是不可忽視的。從物理意義上講，這是同體積取代，基礎(chǔ)承臺(tái)已經(jīng)取代同體積土的位置。

(4)在《規(guī)定》中，采用風(fēng)機(jī)的極端荷載進(jìn)行基礎(chǔ)變形驗(yàn)算。極端荷載是一種瞬時(shí)荷載，風(fēng)機(jī)設(shè)備廠商所提供的極端荷載是在最大荷載上乘以安全系數(shù)得來(lái)的，用這個(gè)值去計(jì)算基礎(chǔ)沉降顯然是沒(méi)有道理的。而且，這種極端荷載工況在風(fēng)機(jī)的整個(gè)壽命期也只有幾次。

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的變形計(jì)算，在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中有時(shí)起到控制作用。在吉林省的西北和北部地區(qū)，地層基本是粉土、粉質(zhì)粘土和份細(xì)砂土，土層交互，沒(méi)有明顯的硬層。基礎(chǔ)沉降、傾斜計(jì)算起到控制作用，目前這部分地區(qū)的基礎(chǔ)大都采用樁基礎(chǔ)。如將《規(guī)定》中過(guò)于安全的部分進(jìn)行篩減，將有部分風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)可以采用天然地基。按一臺(tái)風(fēng)機(jī)塔位計(jì)算，就可節(jié)省25萬(wàn)元左右的投資，按一個(gè)50MW風(fēng)場(chǎng)計(jì)算，可節(jié)省投資600～800萬(wàn)元左右，工期可提前1.5～2個(gè)月。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)各個(gè)設(shè)計(jì)院所設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，大致為兩種形式：圓形和多邊形(六邊形或八變形)。但《規(guī)定》中給出的基礎(chǔ)算例中卻是正方形，所有計(jì)算都是按照正方形提出的條件。如《規(guī)定》中表8.1.4條，在極端荷載工況下基礎(chǔ)脫離面積與基底面積的比為25%。這是在正方形的算例中提出的，對(duì)于圓形和多邊形是否還是25%的比例呢？目前有兩個(gè)解釋方法。其一，還是按面積的比，取25%。其二，取直徑的1/4。在樁基礎(chǔ)計(jì)算中，就更沒(méi)有依據(jù)了，仍是極端荷載工況下基礎(chǔ)脫離面積與基底面積的比，樁基礎(chǔ)怎么取？取1/4的上拔樁嗎？顯然不對(duì)，各個(gè)設(shè)計(jì)院的取法各不相同，《規(guī)定》沒(méi)有起到規(guī)定的作用。

《規(guī)定》表8.1.4條，要求正常荷載工況、多遇地震工況，基底不允許脫開(kāi)。但在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，除非所有的樁都布置在外圈，只要有一個(gè)樁布置在內(nèi)圈，就一定有上拔樁，只是上拔力大小的問(wèn)題。所有的樁都布置在外圈，這種設(shè)計(jì)方案是最費(fèi)材料的，要求基礎(chǔ)承臺(tái)的剛度絕對(duì)大。前些年，有些設(shè)計(jì)院做過(guò)這種基礎(chǔ)承臺(tái)，效果不好，個(gè)別基礎(chǔ)出現(xiàn)問(wèn)題，由于基礎(chǔ)剛度不夠，承臺(tái)和上部塔筒產(chǎn)生共振。目前的樁基礎(chǔ)承臺(tái)還是布置幾圈樁。這樣《規(guī)定》在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中又起不到規(guī)定的作用。

4 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)疲勞計(jì)算問(wèn)題

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的疲勞計(jì)算，在《規(guī)定》表7.2.9中提到，如何計(jì)算，整個(gè)規(guī)范沒(méi)有解釋?zhuān)矝](méi)有條紋說(shuō)明，給風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大困難。

目前的計(jì)算方法也很多：其一，采用《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)第7.9節(jié)和第4.2.5條。是計(jì)算吊車(chē)梁的公式，用在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上如何計(jì)算、是否合適，還需商榷。其二，適當(dāng)加大受力鋼筋和混凝土的應(yīng)力余量。其三，參考國(guó)外規(guī)范的計(jì)算方法。

5 結(jié)語(yǔ)

《風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定(試行)》作為我國(guó)第一本風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)風(fēng)電建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。但在幾年的使用中，也暴露出一些問(wèn)題。在《規(guī)定》的制定初期，可能對(duì)風(fēng)機(jī)的荷載、運(yùn)行工況不太了解，采用了一些安全保守的做法。雖著風(fēng)電工程的快速發(fā)展，計(jì)算手段的不斷改進(jìn)，科技現(xiàn)代化水平的不斷提高，工程中積累了很多經(jīng)驗(yàn)，修訂和完善風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的工作勢(shì)在必行。