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，風電場風區等級為IEC Ⅱ。長興島20MW 風電場工程場地由綠島葫蘆迷宮起，沿海堤隨塘河內側一直向偏西北方向布置，至長江大橋東側為止。風電場場址區域內地勢平坦，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）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期50 年。機組塔架基礎建筑物級別為1 級，結構安全級別為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
　　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年代、成因類型、土的性質和物理力學性質差異分為4 大層，分別為①、②、⑤、⑦層，其中第⑤、⑦層根據土性差異又各劃分為2 個亞層。現自上而下簡述如下：
　　第①層為圍海填土，層厚1.90~5.60m，層底標高-2.97~1.89m。第②層砂質粉土：呈灰色，松散~ 稍密，飽和、中壓縮性。地質時代屬Q4，層厚10.90~17.30m，層底標高-16.40~-12.17m。液化指數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，地質時代屬Q4，層厚12.00~16.80m，層底標高-30.67~ -12.01m。第⑤ -2層粉質粘土：灰色，飽和、軟塑、高壓縮性，地質時代屬Q4，層厚5.60~9.20m，層底標高-37.01~-34.27m。第⑦ -1 層粘質粉土夾粉質粘土：灰色，飽和、中密~ 密實、中壓縮性。地質時代屬Q3，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構，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，對結構、基礎造成的影響也較容易確定，而風電機組葉輪旋轉及機組控制運行過程中產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合作用，且水平荷載起控制作用，水平風荷載在基礎頂面產生的彎矩比較大，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。