9MW分散式风电场工程可行性研究报告-8_土建工程.doc

1、8 土建工程批 准： 董德兰核 定： 胡永柱 审 查： 关庆华 校 核： 王丽萍编 写： 李玉坤 华能陕西定边周台子 9MW 分散式风电场工程可行性研究报告8-18 土建工程8.1 工程地质条件及工程等别8.1.1 工程地质条件华能陕西定边周台子 9MW 分散式风电场工程场址位于陕西省定边县城东南约 28km的贺圈镇，东经 1074430.93，北纬 374416.41，场址区南北长约 3.5km，东西宽约 2.0km。场址区海拔高度在 1500m1550m 之间，地形平均坡度 25。黄土斜坡近南北倾向，南高北地，东西两侧分布有较大的沟壑。地表为耕地和少量植被。区域地貌主要以特有的黄土塬、梁、

2、峁地形为特征。（1）场址区 50 年超越概率 10%的地震动峰值加速度为 0.05g，地震动反应谱特征周期为 0.40s，相对应的地震基本烈度为度。场址区属构造稳定区。（2）根据工程地质条件复杂程度，场地为一般场地，场地等级为二级场地（中等复杂场地） 、地基等级为二级地基（中等复杂地基） ，场地环境类别为类。（3）场址区地基土为第四系松散堆积土，共分为 3 层：层，粉土及砂质粉土，厚度一般数十厘米，结构松散，以风成次生黄土及粉砂为主，力学性质差，建议挖除；层，粉质粘土，褐红色，稍湿，硬塑，属于中低压缩性土，承载力标准值为160200kPa，建筑物或者风机基础适当的处理就可以做为天然持力层；层，

3、老黄土，黄色黄褐色，稍湿，硬塑，承载力标准值为 180260kPa。该层可以作为集控中心建筑物基础下卧层，或风机基础持力层。表 8.1 地基土层物理力学参数建议值岩土名称 密实状态 埋深（m ）重力密度(天然)（kN/m 3）孔隙比压缩系数(MPa-1)压缩模量(MPa)内聚力(kPa)摩擦角（ o）承载力特征值(kPa)中密 8 16.5 0.7 0.08 1520 40 25 180260（4）场地地表水系不发育，地下水埋深大，地下水对建筑物基本无影响，滑坡、泥石流不发育。场址地基土对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋及钢结构为微腐蚀性；华能陕西定边周台子 9MW 分散式风电场工程可行性研究报

4、告8-2根据中国季节性冻土标准冻深线图及当地工程建设经验，场址区存在季节性冻土，最大季节性冻土深度为地面以下 1.0m1.2m。8.1.2 工程等别及主要建筑物级别华能周台子分散式风电场工程总装机容量 9MW，包括 5 台单机容量为 2000kW 的风电机组、箱式变压器，风机所发电量通过 35kV 集电线路接入已有的周台子 110kV 升压变电站。根据 FD002-2007风电场工程等级划分及设计安全标准 （试行） ，风电场工程等别为等中型工程；风电机组地基基础设计级别为 1 级；根据抗震设计标准，风电机组地基基础的抗震设防类别为丙类；机组塔架基础洪水设计标准重现期为 30 年。8.2 风电机

5、组及箱式变电站基础8.2.1 风电机组基础设计8.2.1.1 设计依据（1）设计采用的主要规程规范a. 风 电 场 工 程 等 级 划 分 及 设 计 安 全 标 准 （ 试 行 ） FD002-2007；b. 风 电 场 机 组 地 基 基 础 设 计 规 定 （ 试 行 ） FD003-2007；c. 高 耸 结 构 设 计 规 范 （ GB50135-2006） ；d. 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 （ GB50007-2002） ；e. 建 筑 地 基 处 理 技 术 规 范 （ JGJ79-2002） ；f. 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 （ GB50010-2010

6、） ；g. 建 筑 结 构 荷 载 规 范 （ GB50009-2001） ；h. 建 筑 抗 震 设 计 规 范 （ GB50011-2010） ；i.建筑桩基技术规范 （JGJ94-2008） ；j.建筑桩基检测技术规范 （JGJ1062003） ；k.湿陷性黄土地区建筑规范 （GB50025-2004） 。（2）设计基本资料a.工 程 地 质 资 料见表 8.1 地基各土层地基承载力建议值、表 8.2 桩基力学参数建议值。华能陕西定边周台子 9MW 分散式风电场工程可行性研究报告8-3b.风 机 荷 载本 阶 段 设 计 以 W105/2000-80m 机 型 为 依 据 ， 作用于基础

7、环顶面荷载资料见表8.2。表 8.2 作用于桩基础环上法兰顶面的荷载(不含安全系数)工况名称 F Fxy(kN) Fz(kN) Mxy(kNm) Mz(kNm)极端荷载工况 1.00 650.6 2091.6 39871 2289.8正常运行荷载工况 1.00 312.7 1948.7 20558.5 76.3 表中：F xy上部结构传来的水平力合力；Mxy上部结构传来的水平合力矩；Fz上部结构传来的竖力；Mz上部结构传来的扭矩。风机塔筒重量：55.8t；叶轮重量：31.63t；塔架重量：124.59t。8.2.1.2 风机基础及地基处理方案比选由于风电场所在区域为自重湿陷性场地，地基土的湿陷

8、等级为级，且厚度较厚，采用天然地基将不能满足风机基础对承载力及地基变形的要求，风电机组基础形式只能采用地基处理后的复合地基或桩基础。本工程将在湿陷性土层深度 22m 为前提的条件下，对桩基方案、复合地基方案进行比选，论证比较后确定适宜本风电场风电机组基础形式。（1）桩基根据湿陷性黄土地区建筑规范GB50025-2004 第 5.7.2 条规定桩端应穿透湿陷性黄土层，且应支承在可靠的土层中。在湿陷性黄土地区桩侧存在负摩阻力，由于预制桩在打桩过程中会将桩周土挤密，造成单位面积上的负摩阻力比灌注桩大，且在黄土地区比灌注桩穿透性差，所以通常采用干作业成孔的灌注桩,桩端将穿透层黄土状土层，支撑在层粉质粘

9、土层上。1) 摩擦端承桩本方案风机基础采用干作业摩擦端承桩。经计算拟定桩基础的布置为：承台底部为直径 16.5m，高 0.8m 的圆柱；上部为顶面直径 6.2m，高 1m 的圆柱；中间为高 1.2m的圆台。承台底部布设混凝土扩底灌注桩 19 根，桩长 23m，桩身直径 0.9m，扩底直径1.85m。基础表面采用 10cm 厚混凝土散水。桩及承台具体布置见图 8.1。华能陕西定边周台子 9MW 分散式风电场工程可行性研究报告8-4图 8.1 摩擦端承桩布置示意图2）端承摩擦桩本方案风机基础端承摩擦桩（不扩底混凝土灌注桩）。经计算拟定承台底部为直径 16.5m，高 0.8 的圆柱；上部为顶面直径

10、6.2m，高 1m 的圆柱；中间为高 1.2m 的圆台。承台底部布置 20 根混凝土灌注桩，桩长 34m，桩身直径 1.0m。基础表面采用 10cm厚混凝土散水。桩及承台布置见图 8.2。华能陕西定边周台子 9MW 分散式风电场工程可行性研究报告8-5图 8.2 端承摩擦桩布置示意图（2）复合地基在湿陷性黄土地区常用的地基处理方法有垫层法、强夯法、挤密法等。风机基础采用扩展基础，基础体型为圆形。1）灰土挤密桩灰土挤密桩复合地基方案是通过向桩孔内夯实 3:7 灰土或 2:8 灰土的方法对灰土桩进行挤密夯扩，从而达到挤密地基土、消除湿陷性、减少沉降的目的。灰土挤密桩的地基处理深度较浅，以湿陷土层

11、22.0m 考虑，基础底部采用挤密桩进行地基处理，桩孔直径 0.4m，等边三角形布置，桩孔之间的中心距为孔径的 2.5 倍华能陕西定边周台子 9MW 分散式风电场工程可行性研究报告8-6约 1.00m，桩孔估算数量 959 根，处理深度将根据场地的土质情况、工程要求和成孔及夯实设备等综合因素确定，初步估算挤密深度 17.0m，处理范围为基础底面外缘的宽度，每边不小于处理土层厚度的 1/2，并不应小于 2.0m，故处理范围应为直径 33.5m 的圆，处理后的复合地基承载力特征值应达到 200kPa，桩顶标高以上应设置 0.5m 厚的灰土垫层，一方面可使桩顶和桩间土，另一方面有利于改善应力扩散，调

12、整状土的应力比，并对减小桩身应力集中有良好作用。扩展基础的体型为：承台底部为直径 16.5m，高0.8m 的圆柱；上部为顶面直径 6.2m，高 1m 的圆柱；中间为高 1.2m 的圆台。基础表面采用 10cm 厚混凝土散水。挤密桩及基础布置见图 8.3。图 8.3 灰土挤密桩方案示意图2）垫层法垫层法是一种浅层处理湿陷性黄土地基的传统方法，处理厚度一般为 1.0m3.0m，处理厚度超过 3.0m 时，挖、填方量大，施工期长，施工质量不易保证。华能陕西定边周台子 9MW 分散式风电场工程可行性研究报告8-7以湿陷土层 22.0m 考虑，在自重湿陷性黄土场地，最小处理厚度不应小于湿陷土层深度的 2

13、/3，且下部未处理湿陷性土层的剩余量不应大于 150mm。若基础底部采用2：8 灰土垫层进行地基处理，垫层厚度为基础底面以下 11.5m，垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，基坑底部开挖直径 28.3m，并按 1：0.5 坡度放坡。处理后的复合地基承载力特征值应达到 200kPa。扩展基础的体型为：底部为直径 16.5m 厚0.8m 的圆柱；中部为底面直径 16m，顶面直径 6m，高 1.2m 的圆台；上部为直径6.0m，高 1.0m 的圆柱。表面采用土工膜防水和 10cm 后混凝土散水。布置见图 8.4。图 8.4 垫层处理示意图下面从工程投资、施工技术条件方面对四个地基处理方案进行

14、比较分析。3）强夯法华能陕西定边周台子 9MW 分散式风电场工程可行性研究报告8-8强夯法具有加固效果显著、使用土类广、设备简单、施工方便，节省劳力、施工期短、节约材料和施工费用底等优点而被广泛的应用。采用强夯法处理湿陷性黄土地基，土的含水量至关重要，天然含水量低于 10%的土，夯击时表层土容易松动，夯击能量消耗在表层土上，深层土层不宜夯实，消除湿陷性土层的有效深度小，天然含水量大于塑限含水量 3%以上的土，夯击时呈软塑状态，容易出现橡皮土。强夯的单位夯击能，应根据施工设备、黄土地层的时代、湿陷性土层的厚度和要求消除湿陷性土层的有效深度等因素确定。单位夯击能大，消除湿陷性黄土层的深度也相应大,

15、本工程中湿陷土层厚度 22.0m 左右，基础底面下部有 19.0m 厚湿陷土层，处理厚度约 12.0m，单位夯击能需要大于 8000kN.m，但设备的起吊能力增加太大往往不宜解决，因此本阶段暂不考虑强夯法处理方案。（3）工程量及投资比较各方案主要工程量比较表见表 8.3，工程投资概算汇总表见表 8.4。可以看出，该风场的风机基础工程采用扩底灌注桩具有很明显的经济优势。表 8.3 主要工程量比较表工程或费用项目 单位 灌注桩(扩底) 灌注桩(不扩底) 灰土挤密桩垫层法土方开挖 m3 1054 1054 1698 7384土方回填 m3 758 758 525 1891承台混凝土 C40 m3 352 352 352 352垫层混凝土 C20 m3 46.2 46.2 46.2 46.2钢筋 t 36 36 36 36灌注桩混凝土 C30 m3 292 534顶面散水混凝土 C20（厚 10cm） m3 27 27 62.5 72素土回填 213 23252：8 灰土 m3 2050 3095复合土工膜（厚 3mm）m2 1269注 ： 表 中 工 程 量 数 字 均 为 方 案 比 较 阶 段 值 。表 8.4 各方案基础投资比较表（以方案一为基准）