1.5兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)解析

1、1.5 兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)摘要： 風(fēng)能資源是清潔的可再生資源，風(fēng)力發(fā)電是新能源中技術(shù)最成熟、開(kāi)發(fā)條件最具規(guī)模和商業(yè)化發(fā)展前景最好的發(fā)電方式之一。塔筒和基礎(chǔ)構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的支撐結(jié)構(gòu)，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)支撐在60100m的高空，從而使其獲得充足、穩(wěn)定的風(fēng)力來(lái)發(fā)電。塔筒是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要承載結(jié)構(gòu)，大型水平軸風(fēng)力機(jī)塔筒多為細(xì)長(zhǎng)的圓錐狀結(jié)構(gòu)。一個(gè)優(yōu)良的塔筒設(shè)計(jì)，可以保證整機(jī)的動(dòng)力穩(wěn)定性，故塔筒的設(shè)計(jì)不僅要滿(mǎn)足其空氣動(dòng)力學(xué)上得要求，還要在結(jié)構(gòu)、工藝、成本、使用等方面進(jìn)行綜合分析?；A(chǔ)設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)所處的地質(zhì)條件密不可分，良好的地質(zhì)條件可以為基礎(chǔ)提供可靠的安全保證，從風(fēng)機(jī)塔筒基礎(chǔ)特點(diǎn)的分析可以看出，風(fēng)

2、機(jī)塔筒基礎(chǔ)的重要性及復(fù)雜性是不言而喻的。在復(fù)雜地質(zhì)條件下如何確定安全合理的基礎(chǔ)方案更是重中之重。關(guān)鍵詞 ： 1.5 兆瓦；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；塔筒；基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)1 、我國(guó)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程我國(guó)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)總體上可劃分為三個(gè)階段，即 2003 年以前小機(jī)組基礎(chǔ)的自主設(shè)計(jì)階段，2003 2007年MW機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的引進(jìn)和消化階段，2007年以后MVWL組基礎(chǔ)的自主設(shè)計(jì)階段，在 2003 年以前， 由于當(dāng)時(shí)的鼓勵(lì)政策力度不大， 風(fēng)電發(fā)展緩慢， 2002 年末累計(jì)裝機(jī)容量?jī)H為46.8萬(wàn)kw,當(dāng)年新增裝機(jī)容量?jī)H為6.8萬(wàn)kw,項(xiàng)目規(guī)模小、單機(jī)容量小，國(guó)外風(fēng)機(jī)廠商涉足也較少，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)主要由國(guó)內(nèi)業(yè)主或廠商委托勘

3、測(cè)設(shè)計(jì)單位完成，設(shè)計(jì)主要依據(jù)建筑類(lèi)的地基規(guī)范。從 2003 年開(kāi)始， 由于電力體制改革形成的電力投資主體多元化以及我國(guó)開(kāi)始實(shí)施風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目，尤其是 2006 年可再生能源法生效以后，國(guó)外風(fēng)機(jī)開(kāi)始大規(guī)模進(jìn)入中國(guó)，且有單機(jī)容量 600kwA 750kw很快發(fā)展到850kwA 1.0MW 1.2MW 1.5MW和2.0MW/國(guó)外廠商對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也非常重視，鑒于國(guó)內(nèi)在MVWI機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)又不夠豐富，不少情況下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)都是按照廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)圖、國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)地質(zhì)勘測(cè)資料和國(guó)內(nèi)建筑材料的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整、廠商對(duì)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)調(diào)整成果進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)模式。該模式不僅影響風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的自主設(shè)計(jì)

4、，同時(shí)受制于廠商，甚至可能影響工程建設(shè)的決策、工期和投資效益。以 2005 年我國(guó)南方某風(fēng)電場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為例，當(dāng)時(shí)該風(fēng)電場(chǎng)已完成24 個(gè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的施工，但國(guó)外風(fēng)機(jī)廠商認(rèn)為已建基礎(chǔ)不能滿(mǎn)足要求，并委托了第二家設(shè)計(jì)院進(jìn)行了獨(dú)立評(píng)估，由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)單位只能參照國(guó)內(nèi)建筑和電力行業(yè)的類(lèi)似規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，且不同設(shè)計(jì)人員對(duì)具體條文的采用和理解也不盡相同，導(dǎo)致不同設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)同一基礎(chǔ)的安全評(píng)價(jià)結(jié)論不盡一致。隨后國(guó)外風(fēng)機(jī)廠商和項(xiàng)目業(yè)主又同時(shí)委托第三家設(shè)計(jì)單位進(jìn)行復(fù)核。由于種種原因，最終各方妥協(xié)的結(jié)果是在每個(gè)已施工基礎(chǔ)上補(bǔ)澆了一些混凝土。因此，由于沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，由于國(guó)外廠商在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面的

5、過(guò)多介入，導(dǎo)致了成本的增加和工期的延長(zhǎng)。鑒于當(dāng)時(shí)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要性且沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)規(guī)范，中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司作為我國(guó)水電和風(fēng)電的前期工程歸口管理單位， 于 2005年 8 月迅速啟動(dòng)了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)研究和規(guī)范的編制工作，經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研、專(zhuān)題研究和試設(shè)計(jì)，并經(jīng)過(guò)幾次全國(guó)性的研討和評(píng)審，于 2007 年 9 月發(fā)布了風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定(FD003-2007),并同期推出了配套的設(shè)計(jì)軟件。由于規(guī)范的統(tǒng)一指導(dǎo)和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的不斷成熟，并經(jīng)過(guò)我國(guó)項(xiàng)目業(yè)主和勘測(cè)設(shè)計(jì)單位的共同努力，現(xiàn)在風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)計(jì)已步入自主設(shè)計(jì)的軌道。2、我國(guó)最近的兩起風(fēng)機(jī)倒塌事故及其教訓(xùn)在風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定編制過(guò)程中及頒布

6、后不久，出現(xiàn)了兩起風(fēng)機(jī)倒塌事故，這兩個(gè)項(xiàng)目都沒(méi)有按照風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，事故的原因值得我們深思。因此，本文對(duì)兩起事故進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹和分析。2.1 在桑美臺(tái)風(fēng)中破壞的風(fēng)機(jī)及基礎(chǔ)在 2006 年 8 月 10 日的桑美臺(tái)風(fēng)中，某風(fēng)電場(chǎng)28 臺(tái)機(jī)組全部受損，其中 5 臺(tái)倒塌(3臺(tái)600kw風(fēng)機(jī)鋼塔筒被折斷、2臺(tái)剛完成吊裝的750kw風(fēng)機(jī)連地基被拔出)、 5 臺(tái)風(fēng)機(jī)機(jī)艙蓋被吹壞、 11 臺(tái)風(fēng)機(jī)葉片被吹斷。據(jù)被吹到的測(cè)風(fēng)儀留下的最后 數(shù)據(jù)顯 示，山頂上風(fēng)電場(chǎng)的瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)85米/秒。該風(fēng)電場(chǎng)的大部分基礎(chǔ)承受了超設(shè)計(jì)風(fēng)速的考驗(yàn)，但連根拔出的基礎(chǔ)至少在設(shè)計(jì)和施工方面存在一下不安全因素：2.1.1

7、 基礎(chǔ)環(huán)（法蘭筒）的低端在基礎(chǔ)臺(tái)柱和底板的分界面，沒(méi)有伸入基礎(chǔ)底板 與擴(kuò)展基礎(chǔ)形成整體。2.1.2 基礎(chǔ)臺(tái)柱和底板混凝土分兩次澆筑， 且沒(méi)有采取可靠的縫面處理措施，縫面粘接質(zhì)量差，影響了臺(tái)柱與底板之間的整體性。2.1.3 從拉斷的基礎(chǔ)臺(tái)柱底部斷面看，穿越臺(tái)柱與底板之間的圓周向配筋太少， 鋼筋見(jiàn)距達(dá)60cm左右，進(jìn)一步削弱了臺(tái)柱與底板混凝土之間的整體性連接，臺(tái)柱高 度方向的配筋很少，鋼筋間距在 40cm左右，消弱了臺(tái)柱本身的剛度。2.1.4 混凝土級(jí)配和混凝土現(xiàn)場(chǎng)攪拌質(zhì)量不理想另外，建議在經(jīng)常遭遇臺(tái)風(fēng)地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)必須要時(shí)刻考慮配置備用電源或柴油 發(fā)電機(jī)，并對(duì)控制系統(tǒng)作適當(dāng)改進(jìn)，遭遇臺(tái)風(fēng)電網(wǎng)斷電后

8、，風(fēng)機(jī)不會(huì)剎車(chē)抱死葉輪， 以減少風(fēng)機(jī)承受的風(fēng)載荷。2.2 在正常運(yùn)行中破壞的風(fēng)機(jī)及基礎(chǔ)某風(fēng)電場(chǎng)同批次施工安裝了 59臺(tái)850kw的風(fēng)電機(jī)組并經(jīng)過(guò)了 72小時(shí)的試運(yùn)行, 在2008年4月正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)風(fēng)機(jī)突然倒塌，基礎(chǔ)連根被拔出，倒塌時(shí)風(fēng)速約 12m/s,已進(jìn)入風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)速，塔筒底部（基礎(chǔ)環(huán)）鋼筋完全拔出。如圖所示：據(jù)初步了解，該風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)至少存在以下不安全因素：2.2.1 基礎(chǔ)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí) C30,事故后鉆孔，事故后鉆孔取芯實(shí)驗(yàn)得出的 強(qiáng)度等級(jí)為C10-C25,基礎(chǔ)混凝土實(shí)際標(biāo)號(hào)偏低2.2.2 塔筒底部混凝土攪拌、振搗不均勻，斷面反映的混凝土級(jí)配較差。2.2.3 從斷面看，基礎(chǔ)可能不是

9、一次性澆筑，存在施工冷縫，且因風(fēng)沙大澆筑， 縫面有沙土。2.2.4 鋼筋數(shù)量減少、長(zhǎng)度不足2.2.5 膠凝材料用量和基礎(chǔ)混凝土配合比可能不滿(mǎn)足要求，塔筒底部（基礎(chǔ)環(huán)）鋼筋完整拔出，粘接質(zhì)量有問(wèn)題。2.2.6 初期運(yùn)行時(shí)機(jī)組振動(dòng)較厲害，且倒塌的風(fēng)機(jī)換過(guò)葉片，可能與上部結(jié)構(gòu)及 基礎(chǔ)的剛度有關(guān)。另外，施工單位中標(biāo)價(jià)格過(guò)低而導(dǎo)致其偷工減料、基礎(chǔ)混凝土施工過(guò)程中監(jiān)督 不力也可能是引發(fā)事故的重要原因。由于質(zhì)量問(wèn)題，同批施工中得 59臺(tái)風(fēng)機(jī)，除倒塌的一臺(tái)，其余 58臺(tái)風(fēng)機(jī)上部 結(jié)構(gòu)全部拆卸，并炸除混凝土基礎(chǔ)，重新施工基礎(chǔ)，重新安裝風(fēng)機(jī)，重新調(diào)試后再 投入運(yùn)行。給項(xiàng)目業(yè)主造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。3、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

10、分析與討論由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂高度大（一般在 50m以上）、頂部質(zhì)量大正常運(yùn)行和極 端風(fēng)速情況承受的水平載荷大、機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)對(duì)傾斜控制嚴(yán)格、基礎(chǔ)承受3600方 向重復(fù)載荷和大偏心受力、基礎(chǔ)的載荷重分布性低、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，將風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)做一簡(jiǎn)要分析，對(duì)幾個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行討論。3.1 關(guān)于基礎(chǔ)類(lèi)型的考慮設(shè)計(jì)規(guī)定考慮了方形擴(kuò)展基礎(chǔ)和方形軸臺(tái)樁基礎(chǔ)。 考慮到風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)承受360方向重復(fù)荷載以及不同的設(shè)計(jì)習(xí)慣，配套設(shè)計(jì)軟件在借鑒化工高塔、煙囪、高聳結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，除了方形基礎(chǔ)外，還擴(kuò)充了圓形、八邊形擴(kuò)展基礎(chǔ)以及圓形和八邊形承臺(tái)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)軟件，拓寬了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的適應(yīng)性。

11、3.2 關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的步驟3.2.1 擴(kuò)展基礎(chǔ)對(duì)于擴(kuò)展基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)步驟可分為三大步：第一步，根據(jù)風(fēng)機(jī)單機(jī)容量、輪轂高度、掃風(fēng)面積、風(fēng)速、荷載大小和地基情況，參考類(lèi)似經(jīng)驗(yàn)，初步擬定基礎(chǔ)埋深、底板尺寸和高度等。第二步，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定和風(fēng)機(jī)承受的荷載等相關(guān)資料，分別計(jì)算基礎(chǔ)基底反力、基礎(chǔ)沉降和傾斜率、基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性、基底脫開(kāi)面積等，分別復(fù)核地基承受力是否滿(mǎn)足要求、沉降和傾斜率是否滿(mǎn)足規(guī)范和廠商要求、整體穩(wěn)定性和基底脫開(kāi)面積比是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。如果四個(gè)條件同時(shí)滿(mǎn)足要求，則說(shuō)明擬定的基礎(chǔ)底板尺寸合適，可進(jìn)行下一步計(jì)算，如果四個(gè)條件不能同時(shí)滿(mǎn)足要求，則需回到第一步，調(diào)整外型尺寸。第三步，初選鋼筋直徑，進(jìn)行截面

12、抗彎計(jì)算，抗剪、抗沖切和疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算，如果同時(shí)滿(mǎn)足要求，則底板高度的擬定合適，否則，回到第一步，調(diào)整包括底板高度在內(nèi)的外型尺寸，直至滿(mǎn)足第二步和第三步的有關(guān)要求。外型尺寸確定后根據(jù)裂縫寬度驗(yàn)算結(jié)果、構(gòu)造要求等確定配筋布置，如果沒(méi)有臺(tái)柱，還需對(duì)臺(tái)柱進(jìn)行配筋計(jì)算和強(qiáng)度驗(yàn)算，對(duì)穿越法蘭筒和基礎(chǔ)環(huán)底部的局部配筋進(jìn)行驗(yàn)算。然后，計(jì)算基礎(chǔ)的混凝土用量和配筋用量。3.2.2 樁基礎(chǔ)與擴(kuò)展基礎(chǔ)類(lèi)似，柱基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)也可以分為三大步：第一步，根據(jù)有關(guān)資料、規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)，擬定基礎(chǔ)埋深、承臺(tái)尺寸以及樁的布置，包括樁長(zhǎng)（持力層）、中心距、排列的選擇等。第二步，計(jì)算樁頂作用反力，計(jì)算樁基礎(chǔ)沉降和傾斜率，復(fù)核基樁承載力（包括豎

13、向抗壓承載力、水平承載力，抗撥承載力等）是否滿(mǎn)足要求，樁基礎(chǔ)沉降和傾斜率是否滿(mǎn)足規(guī)范與廠商要求。如果同時(shí)滿(mǎn)足要求，則擬定的樁布置合適，進(jìn)行下一步計(jì)算，否則，調(diào)整樁的布置。第三步，初選鋼筋直徑，進(jìn)行承臺(tái)底板截面抗彎計(jì)算，抗剪、抗沖切和疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算，如果同時(shí)滿(mǎn)足要求，則承臺(tái)底板尺寸的擬定合適，否則，許回到第一步，調(diào)整承臺(tái)尺寸和樁布置，直至滿(mǎn)足第二步和第三步的有關(guān)要求。承臺(tái)尺寸和樁布置確定后，對(duì)承臺(tái)臺(tái)柱進(jìn)行配筋計(jì)算和強(qiáng)度驗(yàn)算，如果采用灌注樁則需要進(jìn)行樁身配筋計(jì)算，根據(jù)裂縫寬度驗(yàn)算結(jié)果和有關(guān)構(gòu)造要求，調(diào)整配筋布置，對(duì)基礎(chǔ)環(huán)底部等部位進(jìn)行布局配筋驗(yàn)算。最后，計(jì)算基礎(chǔ)的混凝土用量和鋼筋用量。3.3 關(guān)于幾

14、個(gè)問(wèn)題的討論3.3.1 修正標(biāo)準(zhǔn)值由于荷載的不確定性和隨機(jī)性，計(jì)算擴(kuò)展基礎(chǔ)基底面積、計(jì)算樁基基礎(chǔ)樁數(shù)和樁長(zhǎng)時(shí)，荷載采用了標(biāo)準(zhǔn)值，但對(duì)上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值均進(jìn)行了乘以 1.35 的修正，已達(dá)到一定的安全裕度。國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電成套技術(shù)還處于成長(zhǎng)階段，空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算理論和模型假定也存在著一定的誤差和不確定性。風(fēng)電基礎(chǔ)雖然在整個(gè)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)中的造價(jià)比重很小，但結(jié)構(gòu)安全直接決定著整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全，在重要性方面與上部結(jié)構(gòu)至少是等同。因此，在目前有關(guān)技術(shù)有待進(jìn)一步完善的階段，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)適當(dāng)留有安全裕度是必要的。由于國(guó)內(nèi)不少風(fēng)機(jī)廠商提供的風(fēng)機(jī)荷載資料都是引進(jìn)機(jī)型的原產(chǎn)地廠商在特定輪轂高度、特定風(fēng)速下計(jì)算的荷載資料，可

15、能沒(méi)有考慮國(guó)內(nèi)特定風(fēng)電場(chǎng)的特點(diǎn)，如輪轂高度、不同風(fēng)速、風(fēng)場(chǎng)在電網(wǎng)中的作用、風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)等具體條件，可能對(duì)國(guó)內(nèi)特定風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有一定的偏差，因此，在這種情況，考慮對(duì)風(fēng)機(jī)廠商提供的荷載進(jìn)行適當(dāng)修正是必須的。風(fēng)荷載在一定的土木工程設(shè)計(jì)中都計(jì)入耦合系數(shù)后再與其他荷載進(jìn)行組合，但在風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)中，風(fēng)荷載是風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行所必須的基本荷載，因此，在有關(guān)計(jì)算中不能照搬有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，應(yīng)予以特別重視。如果風(fēng)電廠商針對(duì)國(guó)內(nèi)特定風(fēng)場(chǎng)情況，進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)、系統(tǒng)的荷載分析與測(cè)試，保證提供的荷載是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所涉及工況的最不利荷載，且出具書(shū)面保證函，此時(shí)，這個(gè)荷載標(biāo)準(zhǔn)值修正系數(shù)可以在1.1 1.35 之間進(jìn)行調(diào)整。上部

16、結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載一律乘以 1.35 ，對(duì)基礎(chǔ)的安全裕度并不是成比例放大1.35 ，因此在彎矩放大的同時(shí)，豎向荷載也同時(shí)被放大了。下一步規(guī)范修編應(yīng)結(jié)合各方意見(jiàn)酌情完善。3.3.2 圓形與方形擴(kuò)展基礎(chǔ)工程量的比較在小偏心受力的情況下，承受相同的荷載，圓形擴(kuò)展基礎(chǔ)比方形擴(kuò)展的混凝土工程量要省一些。然而，對(duì)大偏心受力的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，圓形基礎(chǔ)和方形基礎(chǔ)的混凝土工程十分接近，不少設(shè)計(jì)人員對(duì)此心存疑慮。本文分析如下：（ 1）在圓形與方形基礎(chǔ)的底面積相同情況下，承受相同的大偏心荷載，圓形基礎(chǔ)的實(shí)際受壓面積小于方形基礎(chǔ)，且圓形基礎(chǔ)基底反力的分布更不均勻，從而導(dǎo)致最大基底反力較方形基礎(chǔ)大，尤其是在地基承受力小于150-

17、200kpa 的情況下，地基承受力較難滿(mǎn)足要求，可能需要采用較大的基礎(chǔ)底面積。（ 2）由于圓形基礎(chǔ)基底反力的分布更不均勻，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)傾斜率較大，為了滿(mǎn)足傾斜控制要求，可能需要采用較大的基礎(chǔ)底面積。（3）在現(xiàn)有的規(guī)范體系中，關(guān)于脫開(kāi)面積不大于基底面積的的14 的規(guī)定，對(duì)圓形基礎(chǔ)更不利。對(duì)于圓形基礎(chǔ)，高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等要求偏心距e 小于 0.43倍的基底半徑R,即小于0.215倍基底直徑D,對(duì)于方形基礎(chǔ)，規(guī)范要求偏心距 e不 大于0.25倍基底寬度Bo可見(jiàn)，對(duì)圓形基礎(chǔ)的控制要嚴(yán)格，可能導(dǎo)致圓形基底的工 程量偏大。（ 4）在現(xiàn)有的規(guī)范體系中，關(guān)于基礎(chǔ)外型尺寸的構(gòu)造規(guī)定，對(duì)圓形基礎(chǔ)更不利。高聳結(jié)構(gòu)設(shè)

18、計(jì)規(guī)范對(duì)圓形基礎(chǔ)的底板外緣厚度、底板懸挑長(zhǎng)度與高度之比、地板高度與整個(gè)基礎(chǔ)之比等都提出了嚴(yán)格的要求。而規(guī)范對(duì)方形基礎(chǔ)的構(gòu)造要求沒(méi)有提出這么嚴(yán)格的要求。 這樣導(dǎo)致構(gòu)造要求下的圓形基礎(chǔ)混凝土工程量比方形基礎(chǔ)大，而不少情況下的基礎(chǔ)外型是由構(gòu)造要求控制的。因此，一方面，對(duì)圓形基礎(chǔ)的計(jì)算分析方法和設(shè)計(jì)規(guī)定需要開(kāi)展進(jìn)一步的研究工作，另一方面，對(duì)于盛行風(fēng)向比較固定的風(fēng)電場(chǎng)，也不排除采用方形或其他形狀的基礎(chǔ)形式。3.3.3 關(guān)于基樁的布置在基樁布置中，有些設(shè)計(jì)人員僅從基樁豎向承載力角度考慮，認(rèn)為在承臺(tái)中部區(qū)域沒(méi)有必要布置基樁，以節(jié)省工程量。本文考慮如下：（ 1）單純從基樁豎向承載力角度考慮，承臺(tái)中部基樁由于力

19、臂短，承受的撥力或壓力較小，但承臺(tái)和基樁是個(gè)整體，且必須考慮整個(gè)系統(tǒng)的受力特點(diǎn)以及配套的計(jì)算方法和計(jì)算假定。（ 2）若中間無(wú)樁，則承臺(tái)近似為兩段簡(jiǎn)支梁，跨中撓度大，對(duì)風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行可能有一定影響，尤其對(duì)基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)剛度有較高要求的風(fēng)機(jī)，可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動(dòng)較厲害。另外，這時(shí)承臺(tái)在力學(xué)意義上為相對(duì)柔性結(jié)構(gòu)，與計(jì)算樁頂作用效應(yīng)時(shí)承臺(tái)相對(duì)基樁為剛性的假定也不滿(mǎn)足。（ 3）按材料力學(xué)法計(jì)算承臺(tái)配筋時(shí)，假定承臺(tái)中部（塔筒部位）剛度為無(wú)限大，按懸挑板計(jì)算底板配筋。如果承臺(tái)近似為兩端簡(jiǎn)支梁，則較難滿(mǎn)足這一假定，與計(jì)算前提有一定出入。（ 4） 建議根據(jù)墊層混凝土的支撐鋼板的塊數(shù)， 在塔筒外緣附近布置34 根基樁，則承

20、臺(tái)近似為多點(diǎn)連續(xù)梁，可增加樁基承臺(tái)的剛度，減少跨中撓度及其風(fēng)機(jī)運(yùn)行的影響，也更符合配套設(shè)計(jì)方法的有關(guān)假定。3、結(jié)論與建議大力發(fā)展風(fēng)電等清潔可在生能源，是保護(hù)環(huán)境、優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)。促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需要。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，風(fēng)力發(fā)電事業(yè)方興未艾，配套的法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系有待有關(guān)部門(mén)和風(fēng)電企業(yè)共同完成。為了更好地促進(jìn)風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展，更好地保障風(fēng)力發(fā)電的正常生產(chǎn)，針對(duì)我國(guó)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工存在的問(wèn)題提出如下建議：由于許多人認(rèn)為風(fēng)電勘測(cè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，因此勘測(cè)設(shè)計(jì)和施工單位進(jìn)入風(fēng)電行業(yè)的門(mén)檻很低，有的甚至沒(méi)有設(shè)計(jì)資質(zhì)，造成風(fēng)電設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量控制能力良莠不齊，質(zhì)量事故時(shí)有發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)風(fēng)電行業(yè)的勘測(cè)、設(shè)計(jì)

21、、施工等環(huán)節(jié)的資質(zhì)管理，政府應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督與抽檢管理，確?？睖y(cè)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，杜絕諸如本文列舉的較大質(zhì)量安全事故的發(fā)生。業(yè)主單位應(yīng)高度重視風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制，有必要對(duì)其計(jì)算和施工圖紙聘請(qǐng)有資格和業(yè)績(jī)的單位進(jìn)行審查，以確保風(fēng)電場(chǎng)工程運(yùn)行安全。由于風(fēng)電場(chǎng)一般遠(yuǎn)離城區(qū)，基礎(chǔ)施工較難采用商品混凝土，且風(fēng)電場(chǎng)范圍大，混凝土澆筑地點(diǎn)分散，混凝土生產(chǎn)能力較小、混凝土運(yùn)距遠(yuǎn)，單個(gè)基礎(chǔ)的混凝土澆筑時(shí)間長(zhǎng)，混凝土現(xiàn)場(chǎng)拌合質(zhì)量和澆筑質(zhì)量是風(fēng)電土建工程的控制重點(diǎn)，對(duì)建設(shè)百萬(wàn)千萬(wàn)風(fēng)電基地的項(xiàng)目，應(yīng)研究設(shè)計(jì)建立集中供應(yīng)混凝土的可能性，以確保澆筑混凝土的質(zhì)量。建議從確定施工中標(biāo)單位開(kāi)始，將基礎(chǔ)混凝土生產(chǎn)能力（包括拌

22、合站和混凝土運(yùn)輸車(chē)輛等的配備） 及及質(zhì)量控制 （包括混凝土混合比、 養(yǎng)護(hù)、 高低溫施工措施等）混凝土澆筑、基礎(chǔ)環(huán)安裝方法和保證措施等納入業(yè)主重點(diǎn)考核范圍。加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，例如監(jiān)理對(duì)基礎(chǔ)混凝土澆筑進(jìn)行全過(guò)程旁站，單個(gè)基礎(chǔ)混凝土澆筑時(shí)間控制在12h 以?xún)?nèi)，且防止出現(xiàn)冷縫，一旦出現(xiàn)冷鋒，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理，加強(qiáng)基礎(chǔ)回填土的質(zhì)量控制，等等。以上是針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，筆者提出的一些看法與建議。塔筒是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要承載結(jié)構(gòu)，尤其是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其高度一般都在數(shù)十米以上，大型水平軸風(fēng)力機(jī)塔筒多為細(xì)長(zhǎng)的圓錐狀結(jié)構(gòu)。一個(gè)優(yōu)良的塔筒設(shè)計(jì)，可以保證整機(jī)的動(dòng)力穩(wěn)定性，故塔筒的設(shè)計(jì)不僅要滿(mǎn)足其空氣

23、動(dòng)力學(xué)上得要求，還要在結(jié)構(gòu)、工藝、成本、使用等方面進(jìn)行綜合分析。下面主要介紹一種新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容：4、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備大型化帶來(lái)的挑戰(zhàn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備大型化有優(yōu)勢(shì)嗎？從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的角度看，答案是肯定的。這也可從過(guò)去 20 多年來(lái)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步得到印證。 隨著高效風(fēng)力發(fā)電機(jī)逐漸大型化，則制造風(fēng)力發(fā)電機(jī)的材料需求也隨之增大。到 2003 年底，功率為2MW彼以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，由此也會(huì)刺激大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的 市場(chǎng)需求，因此，大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的市場(chǎng)前景非常廣闊。輪轂高度是風(fēng)力發(fā)電力設(shè)備中非常重要的一個(gè)參數(shù)。以平均功率在1.5 到2.5MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，葉

24、輪直徑接近 100米。隨著葉輪直徑和風(fēng)力發(fā)電機(jī)重量 的增加，風(fēng)力發(fā)電塔也越來(lái)越大；隨著塔的高度增加，塔的彎矩也隨之增加。通?？梢杂脙煞N方法解決大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔體的載荷。一是增加塔體的壁厚，二是增加塔體底徑。目前，由于運(yùn)輸限制和焊接能力不足，這兩種方法都不可行。4.1 大型化帶來(lái)的不便風(fēng)力發(fā)電設(shè)備大型化給客戶(hù)造成的主要不便之一是運(yùn)輸和安裝。發(fā)電機(jī)增大，塔體就要相應(yīng)增大，這些都受到運(yùn)輸?shù)囊笙拗?。大型風(fēng)力發(fā)電塔，一般以圓錐型管狀結(jié)構(gòu)為主，已經(jīng)開(kāi)始受到運(yùn)輸?shù)南拗疲驗(yàn)榈坠?jié)直徑超過(guò)4 米、重量超過(guò)40,000kg 、長(zhǎng)度超過(guò)20 米，這樣的尺寸在運(yùn)輸中已經(jīng)屬于超長(zhǎng)、超高、超寬和超重。同時(shí)，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電

25、機(jī)主要零部件也受到了限制，風(fēng)力發(fā)電機(jī)艙超重，寬度也屬于特殊規(guī)格，需要重型拖車(chē)和特別安全駕駛。相比較而言，葉片仍以輕取勝，但由于葉片長(zhǎng)度的增加，仍需要超常運(yùn)輸?shù)脑S可。特殊規(guī)格運(yùn)輸勢(shì)必要增加成本，這在商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的今天，高成本的運(yùn)輸對(duì)提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力是非常不利的。 為使風(fēng)電設(shè)備經(jīng)得住時(shí)間和自然風(fēng)蝕的考驗(yàn)，必須要進(jìn)行表面處理。如今，表面處理技術(shù)以噴漆處理為主。盡管?chē)娖嵝Ч诲e(cuò)而且操作簡(jiǎn)單，但在安裝時(shí)就會(huì)暴露很多問(wèn)題。比如噴漆的表面容易被劃傷，導(dǎo)致生銹，而且，風(fēng)電設(shè)備一旦安裝完成，修補(bǔ)劃傷 的表面會(huì)有很多困難。經(jīng)過(guò)風(fēng)蝕日曬后的噴漆易發(fā)生碎片脫層，不易于維護(hù)。5、解決風(fēng)力發(fā)電設(shè)備面臨的具體問(wèn)題怎樣生產(chǎn)出

26、更大底徑的風(fēng)力發(fā)電塔，以保證承載大型發(fā)電設(shè)備及其塔體本身的重量？有沒(méi)有最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式來(lái)運(yùn)輸此種龐然大物？有什么辦法能夠避免風(fēng)力發(fā)電塔生銹，如何實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)呢？5.1 表面處理首先要解決的是鋼結(jié)構(gòu)的生銹問(wèn)題。由于我國(guó)擁有世界級(jí)的熱鍍鋅設(shè)備，和在鍍鋅方面的成功經(jīng)驗(yàn)，其專(zhuān)業(yè)化的鍍鋅技術(shù)能夠解決風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的防銹問(wèn)題。以 熱渡鋅技術(shù)解決防銹問(wèn)題，那么大型風(fēng)力發(fā)電塔如何鍍鋅？如何找到如此巨大的熱 鍍鋅槽？如何采用常規(guī)的運(yùn)輸方法來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電塔的運(yùn)輸？本文中介紹的解決方案是采用模塊組件的方法擴(kuò)大風(fēng)力發(fā)電塔的管徑以滿(mǎn)足1.5 MW以上風(fēng)機(jī)的需要，即圓錐形風(fēng)力發(fā)電塔由若干節(jié)構(gòu)成，每一節(jié)又分成若干瓣，每一瓣通

27、過(guò)螺栓聯(lián)接構(gòu)成 一個(gè)圓形。5.2 大型風(fēng)力發(fā)電塔的運(yùn)輸與安裝為解決大型風(fēng)力發(fā)電塔的運(yùn)輸與安裝問(wèn)題，我們可以組織鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)家成員進(jìn)行 技術(shù)革新和發(fā)明一一錐形塔體由模塊組件構(gòu)造，新結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電塔為錐形，而且 規(guī)格尺寸可以做到與傳統(tǒng)慣用的風(fēng)力發(fā)電塔保持一致。以一個(gè)65米高1.5MW系列風(fēng)力塔為例，塔身由四部分組成，每部分由四瓣模塊組件組成，如下圖所示。正因?yàn)槭悄K組件設(shè)計(jì)，所以所有的組件不僅鍍鋅容易，而且易于利用普通平板卡車(chē)運(yùn) 輸從而不需要特殊申請(qǐng)。在現(xiàn)場(chǎng)利用普通的裝卸車(chē)和小型起重機(jī)即可進(jìn)行裝卸，各 組件由螺栓聯(lián)接，從而完成塔體安裝。該方法大大節(jié)省了傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電塔在運(yùn)輸和安裝方面的費(fèi)用。前面已經(jīng)提到

28、， 每一組件都是鍍鋅的，因此能夠避免劃傷而引起銹跡斑斑甚至導(dǎo)致潛在的整體結(jié)構(gòu) 危險(xiǎn)。目前關(guān)于風(fēng)力發(fā)電塔的另一個(gè)發(fā)明是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安裝系統(tǒng)。該安裝系統(tǒng)能夠 完成從葉輪，塔體和發(fā)電設(shè)備的整個(gè)安裝，整個(gè)安裝過(guò)程可以不用吊車(chē)。工程設(shè)計(jì) 人員設(shè)計(jì)出利用塔體外自動(dòng)升降“電梯”沿著錐形體坡度滑升，運(yùn)載能力足可以將 巨大的發(fā)電機(jī)運(yùn)送到所需高度。隨著發(fā)電機(jī)變得越來(lái)越大，塔體變得越來(lái)越高，超 大功能的起重機(jī)的難覓，自動(dòng)升降系統(tǒng)會(huì)變得更加可行。6、對(duì)新技術(shù)新產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)與接受模塊組件風(fēng)力發(fā)電塔能夠解決運(yùn)輸、表面處理、高度、重量、塔體底徑等 等諸多問(wèn)題。因此，選擇該結(jié)構(gòu)塔體則是發(fā)電機(jī)生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)企業(yè)的正確選擇。 對(duì)于風(fēng)能客戶(hù)來(lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)展示給他們的是一個(gè)嶄新的世界。對(duì)于發(fā)電