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橫梁風電場風機基礎選型研究

文檔作者：楊文文檔來源：中國電建中南勘測設計研究院有限公司宜昌設計院		點擊數：	更新時間： 2025年11月03日
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２０１７ 年第６ 期
２０１７ Ｎｕｍｂｅｒ ６
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１５６ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１５６
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１７．０６．０１６
收稿日期：２０１７ －０３ －０３ 作者簡介：楊　文，男，高級工程師，主要從事水利水電工程、新能源工程方面的設計工作。
橫梁風電場風機基礎選型研究
楊　文
（中國電建中南勘測設計研究院有限公司宜昌設計院，湖北宜昌　４４３０００）
摘要：根據橫梁風電場的氣象和地形地質條件等基本資料，風機塔筒與風機基礎采用預應力錨栓組合件進行連接，對梁
板式預應力錨栓基礎與傳統的圓形擴展基礎進行了技術經濟比較。梁板式預應力錨栓基礎整體安全性更好，可減少基
礎的鋼筋與混凝土用量，節約工程投資１８３．５ 萬元，即技術可行，經濟合理。
關鍵詞：橫梁風電場；風機基礎；預應力錨栓
中圖分類號：ＴＭ６１４　　　文獻標志碼：Ａ　　　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１７）０６ －００６４ －０３
Comparison and Selection of Wind Turbine Foundation
in Hengliang Wind Power Farm
ＹＡＮＧ Ｗｅｎ
（Ｙｉｃｈａｎｇ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｐｏｗｅｒｃｈｉｎａ Ｚｈｏｎｇｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ， Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３０００， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｈｅｎｇｌｉａｎｇ Ｗｉｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｆａｒｍ ， ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｂｅａｍ-ｓｌａｂ ｔｙｐｅ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ａｎｃｈｏｒ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ
ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｐｒｅａｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｅａｍ-ｓｌａｂ ｔｙｐｅ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ａｎｃｈｏｒ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌｌｙ ｆｅａｓｉ -
ｂｌｅ ａｎｄ ａｌｓｏ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｏｖｅｒａｌｌ ｓａｆｅｔｙ ， ｌｅｓｓ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｌｅｓｓ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ．
Key words： Ｈｅｎｇｌｉａｎｇ Ｗｉｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｆａｒｍ； ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ； ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ａｎｃｈｏｒ ｂｏｌｔ
　　橫梁風電場位于重慶市豐都縣境內的方斗山山脈
中部，山脊呈東北至西南走向連續延伸，場內山體海拔
高程在１ ０５０ ～１ ４３０ ｍ 之間，場址面積約２３ ｋｍ２ 。風
場中心距豐都縣城直線距離約１５ ｋｍ，距重慶市直線
距離約１３３ ｋｍ。裝機容量為４９．５ ＭＷ，設計安裝２５
臺２ ０００ ｋＷ 風力發電機組（ 一臺限制出力
１ ５００ ｋＷ），工程擬新建１ 座１１０ ｋＶ 升壓站，以１ 回
１１０ ｋＶ 送出線路接入２２０ ｋＶ 豐都變電站。
１　氣象資料
根據橫梁風電場附近石柱縣氣象站長系列氣象資
料統計成果，其多年平均氣溫為１６．４℃，多年平均降
水量１ ０８７．１ ｍｍ，多年平均氣壓９９４．１ ｈＰａ，多年平均
水氣壓１５８．２ ｈＰａ，多年平均風速０．７ ｍ／ｓ（主導風向
ＳＷ），多年平均雷暴日數４３．１ ｄ，多年平均冰雹次數
０．３ 次，多年平均霧日１６．３ 日。
根據橫梁風電場內所立３１３１７ 號測風塔２０１２ 年１
月７ 日－２０１３ 年７ 月１４ 日測風數據分析。實測５０ ｍ
高度年平均風速５．１７ ｍ／ｓ，外推８０ ｍ 高度年平均風
速為６．０２ ｍ／ｓ。經推算標準空氣密度下７０ ｍ 和８０ ｍ
高度處５０ 年一遇最大風速分別為３０．１１ ｍ／ｓ 和
３０．２１ ｍ／ｓ。
２　地形地質條件
橫梁風電場山頂和緩坡地帶地形較平緩，場地較
開闊，山頂地形橫坡０°～１５°，兩側自然斜坡一般２０°
～４０°。地基土為中硬的含碎石粉質粘土，基巖以灰巖
為主，未見有崩塌、滑坡、泥石流等不良地質作用，場區
６４ 萬方數據
楊　文：橫梁風電場風機基礎選型研究２０１７ 年６ 月
主要不良地質現象是巖溶，綜合評價場地屬于抗震一
般地段。風機機位覆蓋層較薄，基巖埋深一般小于
４．０ ｍ，建筑場地類別為Ⅰ１ 類－Ⅱ類。場區地震動峰
值加速度為０．０５ ｇ，動反應譜特征周期為０．３５ ｓ，相應
的抗震設防烈度為Ⅵ度。
場地土類型為中硬場地土－巖石，為非液化場地，
不存在地震震陷效應。場區位于方斗山背斜核部，有
一走向逆沖斷裂從附近通過，構造較復雜，但斷層晚近
期活動微弱，周邊未發現斜坡面滑坡、崩塌、泥石流及
地表開裂，垮塌等新構造運動重新復活的跡象和證據。
場地地質構造活動基本穩定區，場區無影響工程建設
的不良地質作用，適宜風電場的建設。根據現場調查
及巖土體物理力學試驗成果，主要地基巖土層物理力
學指標值見表１ 和表２。
表1　地基土層主要物理力學指標
土層名稱
天然重度
／（ｋＮ· ｍ－３ ）
內摩擦角
／（°）
粘聚力
／ｋＰａ
承載力
特征值／ＭＰａ
粉質粘土
（含碎塊） １８．５ ～１９．５ １５ ～２２ ２０ ～３０ ０．１５ ～０．３０ 表2　地基巖石主要物理力學指標
巖石名稱天然重度／（ｋＮ· ｍ－３ ） 飽和抗壓強度／ＭＰａ 摩擦系數承載力特征值／ＭＰａ
強風化砂質泥巖頁巖 ２１ ～２２ － ０．４０ ～０．４５ ０．３ ～０．５ 中風化砂質泥巖頁巖 ２２ ～２４ ８ ～１２ ０．４５ ～０．５０ ０．５ ～０．７ 強中風化砂巖 ２５ ～２６ １５ ～４５ ０．４５ ～０．６５ ０．８ ～２．０ 強中風化灰巖 ２５ ～２６ ２０ ～５０ ０．４５ ～０．６０ ０．８ ～２．５ ３　比選基礎形式擬定
隨著風力發電技術的日益成熟，風機基礎設計也
得到長足發展，目前陸上風電場采用的基礎型式主要
有擴展基礎、樁基礎和巖石錨桿基礎等多種型式。
擴展基礎多采用鋼筋混凝土結構，靠重力來平衡
風機上的各種荷載，一般用于天然地基上地質條件比
較好的風電場；樁基礎具有承載力高、穩定性好、沉降
小而均勻等特點，主要適用于地質條件較差的區域，較
重力式基礎造價高；巖石錨桿基礎對地基巖石的要求
較高，巖石要有較高的完整性，大多都將巖石錨桿作為
一種安全儲備考慮，目前在陸上應用較少。
根據本工程的地形地質條件和風機設備廠家提供
的荷載參數，擬定常規圓形擴展基礎和梁板式預應力
錨栓基礎按２０ 年使用壽命進行技術經濟比選。
４　基礎形式比選
4．1　常規圓形擴展基礎（方案1）
１）基礎尺寸。常規圓形擴展基礎及幾何尺寸見
圖１。
常規圓形擴展基礎方案，其風機塔筒通過高強螺
栓與預埋在基礎混凝土中的基礎環進行鏈接，基礎底
板半徑R ＝８．７ ｍ，基礎頂部半徑R１ ＝３．２５ ｍ，基礎底
圖1　常規圓形擴展基礎簡圖
板外緣高度H１ ＝１．０ ｍ，基礎底板圓臺高度H２ ＝
１．２ ｍ，上部圓柱體高度H３ ＝１．０ ｍ，基礎埋深Hd ＝
３．２ ｍ。
２）施工程序及工期。圓形擴展基礎施工程序為：
測量定位放線→土石方開挖→墊層混凝土澆筑→基礎
環安裝→鋼筋制作安裝→模板安裝→基礎混凝土澆筑
→拆除模板→基礎養護→施工驗收→土石方回填。單
個基礎施工高峰人員數２８ 人，總工期１３ ｄ。
３）主要工程量及投資。常規圓形擴展基礎主要
工程量及投資見表３。
4．2　梁板式預應力錨栓基礎（方案2）
１）基礎尺寸。梁板式預應力錨栓基礎及幾何尺
寸見圖２。
梁板式預應力錨栓基礎方案，其風機塔筒與基礎
之間采用預應力錨栓進行鏈接，基礎底板半徑R ＝
９．０ ｍ，基礎頂部半徑R１ ＝２．７ ｍ，基礎底板外緣高度
６５ 萬方數據
水電與新能源２０１７ 年第６ 期
H１ ＝０．５ ｍ，基礎環梁高H２ ＝１．１ ｍ、寬０．６ ｍ，基礎肋
梁高H３ ＝１．１ ～３．２ ｍ、寬０．９ ｍ，上部圓柱體高度H４
＝２．１ ｍ，基礎埋深Hd ＝３．２ ｍ。
表3　常規圓形擴展基礎主要工程量及投資估算表
編號工程或費用名稱數量
單價
／元
合計
／萬元
１ 石方開挖／ｍ３ １ ００７ ４６．６６ ４．７０ ２ 土石方回填／ｍ３ ５７０ １５．８９ ０．９１ ３ 基礎混凝土 Ｃ４０／ｍ３ ４３８．５ ５４４．３６ ２３．８７ ４ 基礎墊層 Ｃ１５／ｍ３ ２４．４ ５１５．１３ １．２６ ５ 鋼筋制作與安裝／ｔ ４６ ５ ０４８．１２ ２３．２２ ６ 鋼結構制作與安裝／ｔ ０．６ ５ ０４８．１２ ０．３０ ７ Φ１６０ 電力埋管（ＰＥ 管）／ｍ １４０ １５０ ２．１０ ８ Φ５０ 排水埋管（ＰＥ 管）／ｍ ４ ５０ ０．０２ ９ 沉降觀測基準點／個 １ ２００ ０．０２ １０ 沉降觀測點／個 ４ ２００ ０．０８ １１ 基礎環／ｔ １６．８ ８ ５００ １４．２８ 合計 ７０．７６ 圖2　梁板式預應力錨栓基礎簡圖
　　２）施工程序及工期。板式預應力錨栓基礎施工
程序為：測量定位放線→基礎土石方開挖→墊層混凝
土澆筑→預應力錨栓安裝（在塔筒安裝時進行預應力
錨栓張拉）→鋼筋制作安裝→模板安裝→基礎混凝土
澆筑→拆除模板→基礎養護→施工驗收→土石方回
填。單個基礎施工高峰人員數２８ 人，總工期１５ ｄ。
３）主要工程量及投資。梁板式預應力錨栓基礎
主要工程量及投資見表４。
4．3　基礎形式選擇
本風電場風機基礎持力層為強風化或中風化灰
巖，常規圓形擴展基礎和梁板式預應力錨栓基礎均能
較好的適應該地質條件。兩種基礎施工程序基本相
同，施工工期僅相差２ ｄ。從表３、表４ 中分析，一個梁
板式預應力錨栓基礎比常規圓形擴展基礎投資省
７．３４ 萬元，橫梁風電場２５ 臺風機一共可節約工程投
資１８３．５ 萬元，故推薦橫梁風電場風機基礎采用梁板
式預應力錨栓基礎。
表4　梁板式預應力錨栓基礎主要工程量及投資估算表
編號工程或費用名稱數量
單價
／元
合計
／萬元
１ 石方開挖／ｍ３ １ ０５６ ４６．６６ ４．９３ ２ 回填／ｍ３ ６１６ １５．８９ ０．９８ ３ 混凝土 Ｃ４０／ｍ３ ３００ ５４４．３６ １６．３３ ４ 墊層 Ｃ１５／ｍ３ ２８．６ ５１５．１３ １．４７ ５ 鋼筋制作與安裝／ｔ ３７．４ ５ ０４８．１２ １８．８８ ６ 鋼結構制作與安裝／ｔ ０．６ ５ ０４８．１２ ０．３０ ７ Φ１６０ 電力埋管（ＰＥ管）／ｍ １４４ １５０ ２．１６ ８ Φ５０ 排水埋管（ＰＥ 管）／ｍ ６ ５０ ０．０３ ９ 沉降觀測基準點／個 １ ２００ ０．０２ １０ 沉降觀測點／個 ４ ２００ ０．０８ １１ 預應力錨栓組合件／ｔ １４．０３ １３ ０００ １８．２４ 合計 ６３．４２ ５　結　語
１）橫梁風電場風機塔筒與風機基礎采用預應力
錨栓組合件進行連接，預應力錨栓基礎整體性好，無薄
弱環節，比傳統基礎環的安全性更好。在保證塔架與
基礎剛性連接的同時，減少了基礎環的鋼材用量、基礎
混凝土及鋼筋用量。梁板式預應力錨栓基礎技術可
行，經濟合理。
２）根據橫梁風電場的氣象資料和地形地質條件，
綜合考慮各種基礎對地基的適應性，通過技術、施工工
藝、施工工期及工程投資比較，推薦橫梁風電場風機基
礎采用梁板式預應力錨栓基礎型式是合適的。
參考文獻：
［１］王志義， 趙志民．某風力發電場風電機組基礎的優化設計
［Ｊ］．工程質量， ２００９， ２７（９）： ４７ －４９
［２］姚玉忠．淺談風機基礎設計［Ｊ］．商品與質量， ２００９（Ｓ１）：
１３３ －１３６
［３］宮靖遠， 賀德馨， 孫如林， 等．風電場工程技術手冊［Ｍ］．
北京： 機械工業出版社， ２００４

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