黄土地区的风力发电机组普遍采用桩基础,桩身穿过湿陷性土层至非湿陷性老黄土层,将桩顶荷载传至地基土中,并扩大桩端,充分利用桩端老黄土来提高桩的设计承载力。随着黄土地区风力发电机组单机容量和轮毂高度以及叶轮直径的不断增大,基础的设计和优化也变得愈发重要。本文依托陕北定边风电场工程实例,通过现场勘察、试桩试验和室内土工试验,取得桩基础和地基土、回填土等相关参数,并计算本例2MW风力发电机组在切出风速(最不利风荷载)下所受的风荷载。结合设计资料,运用ABAQUS建立上部风力发电结构-承台-桩基有限元模型。数值模拟结果与机组现场沉降监测数据进行对比分析,验证了模型的可靠性。将风荷载施加到有限元模型,进行了一系列研究,主要内容和成果如下:改变承台上阶台柱的厚度、直径和下阶台柱的厚度、直径,对承台沉降、承台内力的变化规律以及承台混凝土和回填土用量的变化规律进行研究。结果表明:(1)上阶台柱厚度增大,承台混凝土用量在不断减少,但会“下压”承台的变坡,变坡厚度不足时,背风侧容易发生冲切破坏。随着上阶台柱厚度的减小,有足够的变坡厚度传递内力,但基础的整体倾斜增大,不均匀沉降增大。(2)上阶台柱直径的变化对承台整体沉降、不均匀沉降的影响较小。随着上阶台柱直径的增大,上部结构传递的内力可以向承台的外围进行充分扩散,有利于减小承台底面不均匀应力差。上阶台柱直径的增大会使回填土方量减少,使混凝土用量增加,相对增加造价。(3)随着下阶台柱厚度的增大,承台有足够的刚度传递内力,可以显著减小底面应力值和应力差。下阶台柱厚度过大时,基础整体刚度增大,会整理倾斜,沉降增大,且会显著增加混凝土用量,设计中应慎重考虑增加下阶台柱厚度。(4)增大下阶台柱直径,对承台沉降和内力分布均无明显的益处,但会使承台混凝土用量和回填土用量增加,是不经济的。由于风机多选址于黄土梁峁,基坑开挖尺寸也常常受限,所以应尽量减小下阶台柱的直径。承台下阶台柱的最小边缘挑出部分应满足构造要求,取桩径值是合理的。改变桩位布置方案,对承台沉降、桩顶反力的变化规律进行研究。结果表明:把较多的桩布置在外圈,有利于减小承台基础的不均匀沉降。布置内圈桩后,桩间距双向减小明显,可以减少承台下土体的分担荷载,充分发挥桩的承载能力,提高风机基础的整体性和稳定性,相对减小承台的跨度。运用模量折减法模拟场地黄土湿陷,对桩身轴力、桩侧摩阻力的分布规律及其变化规律进行研究。结果表明:地基土体湿陷后,产生负摩阻力,使桩身轴力明显增大。地基变形云图显示,湿陷后土体和承台底面脱空,桩体外露。本例设计方案中采用扩底桩穿过湿陷性土层,在湿陷后基础的倾斜率仍能满足规范要求,但已和规范值非常接近,存在安全隐患,所以设计和施工以及运行期间应重视防水、排水。