德昌安寧河峽谷風(fēng)電場一期示范工程風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計

王菊梅，周 青

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072)

1 工程概述

風(fēng)力發(fā)電為清潔能源，主要是將當(dāng)?shù)氐淖匀伙L(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，其過程不排放任何有害氣體，有利于周圍環(huán)境的保護(hù)。為推動風(fēng)能資源開發(fā)，四川省啟動了德昌安寧河風(fēng)電場的示范性開發(fā)。

安寧河峽谷風(fēng)電場位于德昌縣麻栗、阿月、銀鹿等鄉(xiāng)境內(nèi)，距德昌縣城約5～15km。工程占地約8.5km2，全境屬高原河谷地帶，地形北高南低，螺髻山與耗牛山東西對峙，中間是安寧河谷。安寧河谷地區(qū)為北高南低的狹管狀地形，風(fēng)的狹管效應(yīng)明顯。南北向風(fēng)力大，且冬春季節(jié)季風(fēng)尤為明顯。據(jù)風(fēng)場實際測算的70m高度年平均風(fēng)速為 6.64m/s，平均風(fēng)功率密度為 269W/m2，風(fēng)速年內(nèi)變化小，全年均可發(fā)電，屬風(fēng)能資源可開發(fā)區(qū)。

德昌安寧河峽谷風(fēng)電場一期示范性工程建設(shè)規(guī)模為16MW，安裝單機(jī)容量為2MW的風(fēng)電機(jī)組8臺，并建設(shè)一座110kV升壓變電所。

2 場區(qū)工程地質(zhì)情況

推薦風(fēng)電場址區(qū)位于鳳凰水電站閘址至三棵樹水電站閘址約8km的安寧河左岸，以斷陷侵蝕堆積平原地貌和山前平原地貌為主，地形開闊，地勢平坦，受河流侵蝕以及構(gòu)造影響，靠安寧河側(cè)多為高20～40m的陡坎，陡坎以上地形起伏不大，多為第四系更新世形成的Ⅱ、Ⅲ級階地，主要由耕植土、粉質(zhì)粘土、漂卵石土、卵石土、中細(xì)砂等組成，其中耕植土、粉土不宜做為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)持力層;含漂卵石土、卵石土為風(fēng)電場主要建筑物基礎(chǔ)持力層，但局部可能產(chǎn)生不均勻沉降，需做一定的工程處理;中細(xì)砂承載力低，無連續(xù)分布，施工中如遇砂層，建議挖除置換。

地下水類型為孔隙性潛水，受場地地形高差以及地層巖性影響，場地地下水位變化較大，鉆孔實測穩(wěn)定地下水位在8.1～21m之間。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306－2001)，該場址區(qū)50a超越概率10%的地震動峰值加速度為0.2g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011－2001)，設(shè)計基本地震加速度值為0.2g，設(shè)計地震分組為第一組，相應(yīng)抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

3 風(fēng)機(jī)機(jī)位的選擇

風(fēng)電場風(fēng)機(jī)機(jī)位應(yīng)本著安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則進(jìn)行選擇，主要是根據(jù)場址風(fēng)能資源分布情況和場址建設(shè)條件確定，應(yīng)遵循以下原則:(1)根據(jù)風(fēng)電場的風(fēng)向和風(fēng)能玫瑰圖，垂直于主導(dǎo)風(fēng)向排列;(2)充分利用風(fēng)電場的土地和地形，恰當(dāng)?shù)剡x擇機(jī)組之間的行距和列距，盡量減少尾流損失，以保證風(fēng)電場的發(fā)電量最大化;(3)考慮風(fēng)電場的送變電方案、運輸和安裝條件，力求電力電纜長度較短，運輸和安裝方便;(4)盡量減少對風(fēng)電場周邊居民、自然保護(hù)區(qū)的影響;(5)考慮風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)場地穩(wěn)定，應(yīng)盡量避開邊坡穩(wěn)定問題，盡量避開高壓輸電線路等。

由于峽谷風(fēng)電場地形、地貌、地物的實際特點，風(fēng)機(jī)機(jī)位選擇有很多限制條件，除了風(fēng)資源條件要滿足要求外，還要考慮邊坡、沖溝等地質(zhì)條件對風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)穩(wěn)定的影響，且必須保證風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)位于穩(wěn)定的場址范圍，否則邊坡處理的工程費用很大，不經(jīng)濟(jì);風(fēng)機(jī)運行產(chǎn)生的噪聲、電磁輻射及葉片陰影等對居民生活的影響;縱橫交錯的輸電線路、鐵路、公路的安全距離等。經(jīng)過綜合現(xiàn)場踏勘和分析論證，最終比選出合理的機(jī)位。

以#1風(fēng)機(jī)機(jī)位選擇為例。#1風(fēng)機(jī)位于大臺坎高臺地上，場地位于108國道以西，鳳凰電站廠房以北的安寧河Ⅲ級階地上，場地內(nèi)種植有煙葉等經(jīng)濟(jì)作物，實測風(fēng)資源條件較好，尤其是距離坎邊位置最好，在綜合考慮各因素后實際選擇的機(jī)位如圖1、2所示，在保證風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)穩(wěn)定的前提下使發(fā)電效益最大。

圖1 #1風(fēng)機(jī)平面布置示意圖

圖2 1－1剖面示意圖

4 #1風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的穩(wěn)定論證

(1)根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330－2002，邊坡塌滑區(qū)范圍可按下式估算:

式中 L為邊坡坡頂塌滑區(qū)邊緣至坡底邊緣的水平投影距離(m);H為邊坡高度(m);θ為邊坡的破裂角(°)，對于砂土邊坡，取θ=φ，φ為砂土體的內(nèi)摩擦角。此處以漂卵石土計算，內(nèi)摩擦角φ=37°，θ =37°，L=52/tg37°=69(m)。

(2)邊坡穩(wěn)定計算:采用瑞典條分法進(jìn)行失穩(wěn)模式分析(圖3)，分析結(jié)果見表1。圖表結(jié)合可見，#1風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)位于穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。

圖3 #1風(fēng)機(jī)地基穩(wěn)定分析示意圖

表1 #1風(fēng)機(jī)邊坡安全系數(shù)表

5 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式的選擇

風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)是一種高聳構(gòu)筑物獨立基礎(chǔ)，具有承受360°方向重復(fù)荷載和大偏心受力的特點，對地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求高。通常的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式有擴(kuò)展基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、巖石錨桿基礎(chǔ)等。擴(kuò)展基礎(chǔ)是一種最常用的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式，當(dāng)?shù)鼗某休d力及變形滿足要求即可采用該種型式;當(dāng)?shù)鼗某休d力及變形等不能滿足要求而進(jìn)行換填等地基處理費用較高時應(yīng)采用樁基礎(chǔ);巖石地基可采用巖石錨桿基礎(chǔ)。

本風(fēng)電場風(fēng)機(jī)機(jī)位的主要持力層為漂卵石土、卵石土，厚度大，地基承載力等物理力學(xué)指標(biāo)較高，無連續(xù)分布的軟弱夾層，地下水位埋深大，場地穩(wěn)定性較好，因此，本風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用圓形擴(kuò)展混凝土基礎(chǔ)。

6 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)資料、風(fēng)機(jī)荷載等經(jīng)分析計算確定本風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土淺埋基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)型式為圓形擴(kuò)展基礎(chǔ)。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)由連成整體的上、下兩部分組成，上部臺柱為高1.4m的圓柱體，直徑7.6m，高出平整地面0.2m;下部為直徑20.5m的圓臺形鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板外緣高度為1m，下部圓臺總高度為2.6 m，基礎(chǔ)埋置深度為3.8m。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級采用C35F50，基底下部設(shè)0.25m厚的C20混凝土墊層。邊坡開挖坡比采用1∶1。

經(jīng)計算，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在各運行工況下地基承載力、基礎(chǔ)不均勻沉降量、傾斜率、基礎(chǔ)底面抗滑及抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

7 結(jié)語

(1)工程于2010年11月8日開工建設(shè)，2011年5月26日首臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，6月15日8臺機(jī)組全部并網(wǎng)。從實際運行數(shù)據(jù)看，運行效率超過設(shè)計值近10%～15%，很好地實現(xiàn)了項目發(fā)電效益，對促進(jìn)內(nèi)陸地區(qū)風(fēng)能資源開發(fā)起到了積極的示范作用。由此可見，風(fēng)機(jī)機(jī)位的選擇是合理的。

(2)對于風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在長期運行的情況下地基的穩(wěn)定情況應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測。