摘? ? 要：機(jī)組運(yùn)行的過程中風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)有著重要的應(yīng)用意義，通常來說風(fēng)機(jī)有著較高的塔支架，這一過程中的彎矩也會影響到控制性荷載。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)基礎(chǔ);樁基礎(chǔ)設(shè)計;設(shè)計優(yōu)化

1? 相關(guān)背景

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)是機(jī)組安全運(yùn)行的重要保障，由于風(fēng)機(jī)塔架較高，水平風(fēng)荷載在基礎(chǔ)頂面產(chǎn)生的彎矩較大，該彎矩往往是風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計的控制性荷載。風(fēng)機(jī)對基礎(chǔ)的水平位移和不均勻沉降要求高，基礎(chǔ)選型時應(yīng)選用具有較好抗變形能力的基礎(chǔ)方案。在整個風(fēng)電場投資中，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的土建投資占較大比例，因此開展風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的優(yōu)化選型具有重要的意義。

2? 特點(diǎn)

根據(jù)埋深大小，基礎(chǔ)可分為淺基礎(chǔ)（一般<5m）和深基礎(chǔ);根據(jù)是否人工處理，可分為人工地基和天然地基。淺基礎(chǔ)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為擴(kuò)展基礎(chǔ)、聯(lián)合基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)和殼體基礎(chǔ)等。風(fēng)機(jī)擴(kuò)展基礎(chǔ)一般適于淺部有較好持力層、地基承載力高、沉降能夠滿足要求的情況，如我國內(nèi)蒙、新疆等西北風(fēng)電場、山區(qū)風(fēng)電場。樁基礎(chǔ)適用于高聳構(gòu)筑物、對傾斜限制嚴(yán)格的情況，具有較強(qiáng)的抗震性能，對地基沉降和沉降速率控制較好。目前預(yù)制鋼筋混凝土樁使用最為廣泛，當(dāng)樁身結(jié)構(gòu)成為控制因素，采用預(yù)應(yīng)力樁較為合適。灌注樁可適應(yīng)用地緊張、避免噪聲、振動和擠土對周圍環(huán)境影響等問題。大直徑鉆孔灌注樁混凝土的施工質(zhì)量需要嚴(yán)格控制，有時單樁承載力往往由樁身強(qiáng)度控制。鋼管樁強(qiáng)度高、連接方便、易貫入，開口鋼管樁有擠土量小等優(yōu)點(diǎn)，鋼管樁價格昂貴，一般特別重大的工程考慮采用。沉井基礎(chǔ)是一種無底無蓋的井狀結(jié)構(gòu)物，竣工后成為基礎(chǔ)的組成部分，適用于松軟不穩(wěn)定的含水土層、人工填土、黏性土、砂土和砂卵石等土層。沉井下沉的原理和方法：通過人工或機(jī)械等手段挖土，使沉井依靠自重作用，克服井壁和土之間的摩阻力，不斷下沉到設(shè)計標(biāo)高。主要工序包括：沉井制作等準(zhǔn)備工作、沉井下沉、接長井壁、沉井封底。沉井基礎(chǔ)的剛性、穩(wěn)定性、抗震性都較好，有較大的支承面;下沉深度較大，并能在深水中作業(yè);可以穿過不同性質(zhì)的土層，將基底放置在承載力較大的土層或巖面上。在水中施工可兼作防水圍堰。

3? 風(fēng)機(jī)樁基礎(chǔ)優(yōu)化要點(diǎn)

3.1? 基礎(chǔ)體型

由于風(fēng)機(jī)上部荷載的隨機(jī)性，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)采用中心對稱布置方案，圓形基礎(chǔ)是比較合理的基礎(chǔ)體型。

3.2? 承臺半徑

減小承臺半徑可顯著減少承臺混凝土用量，還可以減少基礎(chǔ)開挖、回填工程量。承臺（含承臺以上回填土）自重的減少有利于減小由于恒載引起的單樁豎向壓力;但減小承臺半徑會使上部風(fēng)機(jī)荷載引起的外圈樁單樁豎向壓力和上拔力增大;因此減小承臺半徑對樁基礎(chǔ)內(nèi)力的影響需要綜合評價上述兩種因素的相對影響程度。通過優(yōu)化承臺半徑，可達(dá)到優(yōu)化基礎(chǔ)綜合工程量的目的。

3.3? 承臺埋深

承臺埋深一般由樁頂標(biāo)高決定，盡量使承臺座落于較好持力層上。承臺埋深及覆土自重會對單樁豎向壓力和上拔力大小有影響，應(yīng)予以綜合考慮，當(dāng)承臺底面位于地下水位以下時，應(yīng)采用上覆土體和承臺混凝土的浮重度進(jìn)行計算。

3.4? 承臺厚度

承臺厚度應(yīng)滿足抗沖切強(qiáng)度要求，要求承臺有足夠的剛度保證內(nèi)力傳遞，使樁基承臺和內(nèi)外樁協(xié)同工作。應(yīng)保證風(fēng)機(jī)塔架在基礎(chǔ)混凝土中有足夠的嵌固深度，風(fēng)機(jī)塔架與基礎(chǔ)連接節(jié)點(diǎn)（基礎(chǔ)環(huán)或預(yù)埋螺栓）是風(fēng)機(jī)疲勞的關(guān)鍵部位，應(yīng)進(jìn)行專門節(jié)點(diǎn)設(shè)計。承臺厚度對承臺配筋量也有一定影響。

3.5? 承臺配筋

根據(jù)承臺彎矩包絡(luò)圖確定承臺截面配筋，并確定鋼筋的截斷位置，因此繪制可靠、準(zhǔn)確的彎矩包絡(luò)圖是承臺配筋優(yōu)化的關(guān)鍵。目前一般采用樁基的總反力按照簡化方法確定計算截面位置的彎矩，由于承臺自重大小比較明確，建議考慮承臺自重（含覆土重）對減小承臺底部彎矩的有利作用。圓形承臺內(nèi)力的空間分布特點(diǎn)強(qiáng)，目前采用的簡化方法難以考慮承臺的空間工作效應(yīng)，難以對承臺頂面內(nèi)力進(jìn)行計算，簡化方法計算內(nèi)力與實(shí)際內(nèi)力分布仍有較大差異，建議采用數(shù)值計算方法確定承臺內(nèi)力分布。

3.6? 內(nèi)外圈樁的布置

按照承臺完全剛性假定，應(yīng)將樁盡可能布置在遠(yuǎn)離承臺中心的位置，以提供更高的抗傾覆彎矩。為提高風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的整體性和穩(wěn)定性，減小承臺跨度，應(yīng)布置適量內(nèi)圈樁，并滿足風(fēng)機(jī)抗沖切要求。內(nèi)外圈樁的總數(shù)由樁基豎向承載力或水平承載力控制。

3.7? 樁長

最小樁長由持力層深度決定，應(yīng)首先滿足進(jìn)入持力層2d的要求。然后根據(jù)上部荷載情況確定需要達(dá)到的單樁承載力，一般情況下樁越長單樁承載力越大，通過調(diào)整樁長滿足實(shí)際承載力需求。

3.8? 樁徑

在相同樁長的情況下，樁徑越大，單樁豎向承載力和抗拔承載力越大，采用大直徑樁可使總樁數(shù)較少，總樁長減小。大直徑樁單價和施工費(fèi)用相對較高、管樁采購受限制。應(yīng)通過不同樁長、樁徑方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選確定最優(yōu)樁長和樁徑。

3.9? 樁間距

樁間距應(yīng)首先滿足大于3.5倍樁徑的要求。樁距太小不利于發(fā)揮單樁承載力且打樁施工困難，樁距太大基礎(chǔ)的整體性稍差，宜結(jié)合內(nèi)外圈樁的布置綜合考慮。

3.10? 樁基水平承載力

主要與樁基淺層地基土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)（即m值）有關(guān)，有時風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)豎向承載力滿足要求，而水平承載力或位移不滿足要求，若有條件可適當(dāng)對樁基淺層土進(jìn)行地基處理加固（提高m值），則可有效提高樁基的水平承載力，而不必額外增加抗水平荷載的樁。地震工況下，應(yīng)對地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)進(jìn)行折減，對嚴(yán)重液化處的單樁水平承載力設(shè)計值應(yīng)按高樁承臺進(jìn)行計算。陸上風(fēng)電的常用基礎(chǔ)形式包括淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)，風(fēng)機(jī)擴(kuò)展基礎(chǔ)一般適于淺部有較好持力層、地基承載力高、沉降能夠滿足要求的情況，深基礎(chǔ)一般用于軟弱地基。樁基礎(chǔ)承載力高、變形控制較好，適宜于沿海灘涂風(fēng)電場建設(shè)。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計是一個不斷反饋、修正、優(yōu)化的過程，只有合理的基礎(chǔ)選型和布置，才有可能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)工作性能和經(jīng)濟(jì)效益的雙優(yōu)。

3.11? 靜載試驗(yàn)

樁基礎(chǔ)在設(shè)計過程中，往往受到時間的約束，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計人員只根據(jù)地質(zhì)報告提供的參數(shù)確定單樁承載力設(shè)計值，并根據(jù)這個單樁承載力直接進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計、施工，等工程樁施工結(jié)束后才挑選一定數(shù)量的樁進(jìn)行試樁試驗(yàn)。這個過程具有相當(dāng)?shù)牟豢茖W(xué)性，可能因工程已施工完畢但單樁承載力偏小而補(bǔ)樁造成施工不便。另外地質(zhì)勘察報告可能對嵌巖端承樁提供的飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值留有冗余，會導(dǎo)致樁基的實(shí)際承載力大于設(shè)計值，當(dāng)兩者相差很大時，造成嚴(yán)重浪費(fèi)。比如本工程800mm直徑機(jī)械成孔灌注樁單樁承載力特征值估算為3201kN，而在設(shè)計時要求進(jìn)行3根破壞性試樁顯示實(shí)際單樁承載力可到4200kN，整整比估算值提高了30%左右。最后實(shí)際工程樁設(shè)計就采用試驗(yàn)值進(jìn)行，所有樁徑全部減小，為本工程節(jié)約了成本。另外本工程按照設(shè)計最初的要求樁長大于15m，但試樁時，鉆孔機(jī)械進(jìn)入11m～12m深度后運(yùn)行困難，此時按經(jīng)驗(yàn)停止鉆孔，清孔后成樁，試樁時幾乎每根樁都壓至4500kN樁體強(qiáng)度破壞。也就是說樁長13m左右就已經(jīng)滿足進(jìn)入持力層的要求，結(jié)構(gòu)人員如先進(jìn)行試樁再設(shè)計則至少一根樁可減短2m左右的樁長且樁承載力不減小，本工程一共815根樁，總節(jié)約樁長1630m。

4? 結(jié)束語

陸地風(fēng)電設(shè)施在實(shí)際應(yīng)用的過程中可以使用深淺基礎(chǔ)，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)可以應(yīng)用在十分復(fù)雜的地形當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮淑艷.漢十鐵路浪河特大橋主墩鎖口鋼管樁圍堰設(shè)計與施工[J].施工技術(shù)，2019（3）：62～65.

作者簡介：

徐佰峰（1985-）性別：男，民族：漢族，籍貫：遼寧大連，學(xué)歷：本科，職稱：中級工程師，寫作方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計。