湖北省电力勘测设计院有限公司 武汉 430040
摘要：根据《陆上风电场工程风电机组基础设计规范》中对风机桩基的计算要求，以国内某风电场工程为例，对风机桩基的计算和选型进行对比分析，分别得出了预应力管桩、扩底灌注桩和非扩底灌注桩用量，并提出了实际工程设计的合理化建议，可供类似工程参考。
关键词：预应力管桩；扩底灌注桩；非扩底灌注桩
Abstract: According to the calculation requirements of the wind turbine pile foundation in the "Code for Design of Wind Turbine Foundations for Onshore Wind Power Projects", taking a domestic wind farm project as an example, the calculation and selection of the wind turbine pile foundation are compared and analyzed, andthe quantities of prestressed pipe piles, expanded bottom cast-in-place piles and cast-in-place piles were obtained and reasonable suggestions for actual engineering design are put forward, which can be used as a reference for similar projects.
Key words: Prestressed pipe piles;Expanded bottom cast-in-place pile;Cast-in-place pile
1引言
风机基础是风力发电站的重要组成部分，根据地质情况合理选择基础型式和基础尺寸直接影响整个风电场区的运行安全及投资成本，在保证风机正常运行的前提下，降低每个风机基础的工程量已成为风力发电工程的重点和难点。本文就国内某湿陷性黄土地区风电场工程的风机基础桩基选型进行计算和对比分析。
2工程概况及区域地质情况
某风力发电工程新建17台单机容量3.0MW的风力发电机组，总装机容量51MW。该工程风机点位地貌单元属黄土梁峁状丘陵，风机一般布置于峁状丘陵顶部。场地现状多为茅草、带刺灌木荒地，风机点位高程1440.75~1631.21m。据地质勘探揭示，场址区在勘探深度范围内，地层分布主要为第四系上更新统风积层（Q3eol）含粉砂黄土、残积层（Q3el）古土壤和中更新统风积层（Q2eol）黄土等。各岩土层技术参数见表1，其中土层（1）、（2）、（3）均具有湿陷性，且为自重湿陷性黄土。地下水埋藏较深，无其他不良地质作用，适宜风电场的建设。
表1：岩土技术参数推荐值表
.png)
3计算对比
3.1设计原则
3.1.1桩端持力层
根据《湿陷性黄土地区建筑标准》GB50025-2018第5.7节可知，湿陷性黄土场地的甲类、乙类建筑物桩基，其桩端必须穿透湿陷性黄土层，并选择压缩性较低的岩土层作为桩端持力层，本工程桩基持力层为（4）层中密黄土。
3.1.2中性点深度
在自重湿陷性黄土场地，单桩竖向承载力的计算除不应计中性点深度以上黄土层的正侧阻力外，尚应扣除桩侧的负摩阻力，并应符合下列规定：
（1）负摩阻力值宜通过现场浸水试验测定，无场地负摩阻力实测资料时，可按表1中的数值估算。
表1 桩侧平均负摩阻力特征值（kPa)
（2）中性点深度可通过下列方式确定：
a)单桩竖向静载荷浸水试验实测；
b)浸水饱和条件下，取桩周黄土沉降与桩身沉降相等的深度；
c)取自重湿陷性黄土层底面深度；
d)根据建筑使用年限内场地水环境变化研究结果结合场地黄土湿陷性条件综合确定；
e)有经验的地区，可根据当地经验结合场地黄土湿陷性条件综合确定。
根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008、本工程实际地质情况及当地已有工程的设计经验，本工程中性点深度取0.7倍桩周软弱土层深度。
3.1.3桩基布置原则
根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008、《湿陷性黄土地区建筑标准》GB50025-2018及图集《预应力混凝土灌注》10G409，同时为了方便实际施工和便于比较，预应力管桩选用PHC800AB130进行风机基础的设计；灌注桩直径取800mm；扩底灌注桩直径取800mm，扩底部分直径取1650mm，扩底部分长度取1m。同时由于风机基础主要承受弯矩作用，桩基主要承受拉、压力，故在满足桩基中心距及边距的前提下，基桩靠承台外缘布置两圈。
根据《陆上风电场工程风电机组基础设计规范》NB/T 10311-2019可知，桩的布置和数量受土层侧阻力、端阻力、中性点深度及受承台尺寸的影响，反之，承台的埋深和配筋也制约着桩的布置和数量。综合考虑，本工程单桩竖向抗压承载力特征值取1800kN，单桩竖向抗拔承载力特征值取500kN，单桩水平承载力特征值取60kN。
3.2基础尺寸及相关参数
承台半径R1 = 8.0m；承台棱台顶部半径R2 = 3.0m；承台台柱半径R3 = 3.0m；塔筒直径D1 = 4.5，承台底板外缘高度H1 = 1m；承台底板棱台高度H2 = 1.6m；台柱高度H3 = 0.265m；上部荷载作用力标高Hb = 0.265m；基础埋深Hd = 2.6m；塔筒与基础连接方式 = 预应力锚栓连接。具体尺寸及桩基布置见图1和图2。
.png)
图1：风机基础布置图
图2：1-1剖面图
1.1 结果比较
根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008、《陆上风电场工程风电机组基础设计规范》NB/T 10311-2019及《湿陷性黄土地区建筑标准》GB50025-2018，考虑桩侧负摩阻力后，满足单桩承载力及相关要求后，单个风机基础需要的各种桩的量见表1。
表1 单个基础桩基工程量
从上表可知，采用扩底灌注桩工程量最省，预应力管桩虽然施工方便，单由于桩太长，需要接桩，施工中接桩质量无法保证，所以本工程最终考虑采用直径800mm的扩底灌注桩。
4结论
本文结合国内某湿陷性黄土地区的风机基础设计经验，对风机基础桩基选型进行计算和比较，得出以下结论：
（1）针对自重湿陷性黄土地区的风机基础应采用桩基，其桩端必须穿透湿陷性黄土层，并选择压缩性较低的岩土层作为桩端持力层。
（2）通过对以上三种桩基进行计算分析对比。依据计算结果，扩底灌注桩工程量最省，预应力管桩施工最方便，施工速度快，但由于桩太长，需要接桩，施工质量难以保证。且管桩直径太大，对工机具要求较高。设计时要根据工程所处位置及应用环境合理选择，同时综合考虑各项因素，选取最优方案。
参考文献
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部，《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008
[2] 国家能源局，《陆上风电场工程风电机组基础设计规范》NB/T 10311-2019 [S]. 北京：中国水利水电出版社，2008
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部，《湿陷性黄土地区建筑标准》GB50025-2018 [S]. 北京：中国建筑工业出版社，2018