灘涂、軟土地基上風電機組基礎選型與設計

　　1 長興島風電場概況
　　長興島風電場位于上海市崇明縣長興島東北部沿岸地區(qū)，風電場風區(qū)等級為IEC Ⅱ。長興島20MW 風電場工程場地由綠島葫蘆迷宮起，沿海堤隨塘河內(nèi)側(cè)一直向偏西北方向布置，至長江大橋東側(cè)為止。風電場場址區(qū)域內(nèi)地勢平坦，呈東西走向，東西長約5~6km，地面高程約3.50~4.00m，安裝單機容量為2000kW 的風電機組10 臺，總裝機容量為20MW。風電機組型號為W2000M-93-80，風輪直徑93m，輪轂高度80m。土建建（構(gòu)）筑物設計使用年限和設計基準期采用50 年，潮水設計標準為重現(xiàn)期50 年。機組塔架基礎建筑物級別為1 級，結(jié)構(gòu)安全級別為1 級，抗震設防烈度為7 度，塔架基礎的抗震設防類別為丙類。
　　2工程地質(zhì)
　　長興島風電場工程最大勘察深度71m，揭露的地基土層按地質(zhì)年代、成因類型、土的性質(zhì)和物理力學性質(zhì)差異分為4 大層，分別為①、②、⑤、⑦層，其中第⑤、⑦層根據(jù)土性差異又各劃分為2 個亞層。現(xiàn)自上而下簡述如下：
　　第①層為圍海填土，層厚1.90~5.60m，層底標高-2.97~1.89m。第②層砂質(zhì)粉土：呈灰色，松散~ 稍密，飽和、中壓縮性。地質(zhì)時代屬Q(mào)4，層厚10.90~17.30m，層底標高-16.40~-12.17m。液化指數(shù)Ⅱ e 為15.75，液化強度比為0.889，為中等液化。第⑤ -1 層粘土：灰色，飽和、流塑~ 軟塑、高壓縮性，地質(zhì)時代屬Q(mào)4，層厚12.00~16.80m，層底標高-30.67~ -12.01m。第⑤ -2層粉質(zhì)粘土：灰色，飽和、軟塑、高壓縮性，地質(zhì)時代屬Q(mào)4，層厚5.60~9.20m，層底標高-37.01~-34.27m。第⑦ -1 層粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土：灰色，飽和、中密~ 密實、中壓縮性。地質(zhì)時代屬Q(mào)3，層厚5.00~15.90m，層底標高-48.70~-40.68m。⑦ -2層粉砂：灰色，飽和、密實，層頂標高-40.68~ -48.70m，未揭穿。
　　工程場地潛水埋深一般離地表約0.6~1.3m，年平均水位埋深一般為0.5~0.7m，建議地下水埋深采用0.5m。工程區(qū)設計地震分組為第一組，地震動峰值加速度值為0.10g，抗震設防烈度為7 度。本場地屬于Ⅳ類建筑場地，中等液化場地，屬抗震不利地段。
　　3 風電機組塔架基礎荷載特點
　　風電機組塔架屬高聳結(jié)構(gòu)，風電機組建筑主要由塔筒、機艙和葉輪組成。在塔架基礎設計中主要荷載包括：慣性力、空氣動力荷載、運行荷載等其他荷載。一般靜力荷載比較明確，對結(jié)構(gòu)、基礎造成的影響也較容易確定，而風電機組葉輪旋轉(zhuǎn)及機組控制運行過程中產(chǎn)生的動荷載對基礎的影響則比較復雜。由于塔筒較高，基礎受豎向、水平、彎矩及扭矩荷載等聯(lián)合作用，且水平荷載起控制作用，水平風荷載在基礎頂面產(chǎn)生的彎矩比較大，往往是塔架基礎設計的控制性荷載；又由于風向的變化，塔架基礎所受到的彎矩作用方向也反復變化，使塔架基底受到反復的拉壓作用，可造成塔架地基基礎的承載力減損和位移累計。風電機組價格昂貴，對于基礎的水平位移和不均勻沉降控制也比較嚴格。風電機組的這些特點，對機組塔架基礎設計提出了更高的要求。