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随着我国风电行业的持续发展,近年来,西南部等低风速区域被逐步成为风电投资开发的重要区域,相关低风速风机的技术创新也在同步进行中。为了提高资源利用率,确保项目收益,“风机塔架高度不断增加、风机叶轮直径不断增大”的趋势已成定局,同时风电场地质条件也呈现多样性。
这一系列的变化对风机基础安全、经济性分析等要求越来越高,从而对风机基础设计难度、需要考虑的因素也随之加大和提高。鉴于风机基础的投资占整个工程的相当比例,本部分的投资也往往是投资商的重点关注的。
目前对于相同单机容量、轮毂高度及叶轮直径的风力发电机组,其基础混凝土及钢筋工程量相差较大。为确保风机基础安全的基础上更经济,下面总结两种优化风机基础工程量方法。
1、合理选择基础形式
①岩石锚杆基础
对于完整性较好的中风化、弱风化及微风化岩石地区,可以根据地质勘查报告成果考虑采用岩石锚杆基础。根据某项目进行对比分析,该项目采用岩石锚杆基础比采用圆形扩展基础可节约混凝土约25%,节约钢筋约20%,并可减少基础占地面积。
但最终基础形式需根据详勘报告判断,并邀请权威专家进行方案论证后确定。若采用岩石锚杆基础,需对锚杆质量及施工质量进行严格控制。
②肋梁基础
对于浅基础,若工程进度要求低、当地人工成本低、施工队伍经验丰富的工程,风机基础可考虑采用肋梁基础以降低工程量。根据某项目进行分析,该项目采用肋梁基础比采用圆形扩展基础可节约混凝土约33%,节约钢筋约13%。
但由于肋梁基础施工工艺相对复杂,基础模板、钢筋绑扎、混凝土浇筑和振捣等难度较大,肋梁间回填土的要求较高,故单台基础施工工期增加约3天,增加人工成本,且对施工技术水平要求较高,整体经济性需根据实际项目进行分析。
2、通过调整基础埋深进行优化
①桩基础
对于不适合浅基础及换填法等进行地基处理的地区(一般指表层土承载力<250kPa,且厚度>7.0m地区),风机基础一般采用桩基础。由于桩基础主要依靠基桩承受上部荷载,故可以减少承台的尺寸及埋深,承台尺寸可以根据桩数量及间距要求确定,承台埋深一般为2.7~3.0m。根据某项目进行分析,该项目通过优化承台尺寸及埋深,可减少混凝土用量约18%,减少钢筋用量约15%,并可减少基础占地面积。
②圆形扩展基础
对于圆形扩展基础,风机基础一般由抗倾覆要求(即基础脱开面积)控制,对于开挖难度较小的地区,通过加大基础埋深,充分利用回填土重量进行抗倾覆,有利于减少基础脱开面积,降低基础工程量。根据某项目、进行分析,在安全系数相同情况下,该项目基础埋深由3.0m增大到4.0m,混凝土用量减少约10%,钢筋用量减少约8%,并可减少基础占地面积。
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