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摘 要：某风电场一、二期工程位于湖北西部山区的岩溶发育区域，其中一、二期工程分别采用独立扩展式风机基础与梁板式风机基础，本文从设计、施工、安装等方面对两种风机基础进行对比，提出各自的优缺点。
关键词：风机基础；岩溶；梁板基础
中图分类号：TM614；TU195 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）11-0196-01
1 工程概况及工程地质条件
某风电场项目一、二期工程位于湖北恩施，一期工程共安装58台风机，单机容量为850kW，轮毂高度44m，总装机容量为49.3MW；二期工程共安装33台风机，单机容量为1500kW，轮毂高度65m，总装机容量为49.5MW。
风场区域为南偏西—北偏东走向山脉，地形地貌属于中山区，海拔高度在1640～1830m之间，风机位多位于山顶及山脊，林木稀少，多为灌木林及油竹林，局部为人工开垦的旱地。
根据勘测成果，厂址内岩土层特征按剖面图中编号顺序由上而下有：可塑粘土层、软塑粘土层、碎石粘土层、灰岩层等。
场区下伏地层岩性为灰岩，岩溶极发育。施工图勘测过程中发现，每个机钻孔的岩芯裂隙均可见小型的溶蚀凹槽。根据勘测结果，钻孔遇洞率为22.7%，钻孔线溶率为2.9%；溶沟、溶槽及溶蚀裂隙强烈发育，基岩面起伏较大。按《岩土工程勘察规范》（2009版）[1]（GB50021-2001）以及《火力发电厂岩土工程勘测技术规程》[2]（DL/T5074-2006）判定，风电场岩溶发育程度为强烈发育。
2 风机基础选型及岩溶的处理办法
对于一般山区风电场，常规可以选择岩石锚杆基础，岩石锚杆基础适用于工程地质相对比较好的地区，要求岩石的整体性好、稳定性强、无滑移、岩石承载力较高。本工程钻孔遇洞率、钻孔线溶率都很高，溶沟、溶槽及溶蚀裂隙强烈发育，基岩面起伏较大，不适宜采用岩石锚杆基础。对于其他的新型基础，如P&H无张力灌注桩基础，也受场地条件限制，无法实施。对此，本工程最终选择天然地基基础。
在本工程一期工程中，采用的独立扩展式风机基础，二期工程中，采用的梁板式风机基础，持力层均为中风化灰岩。
对于岩溶地区风机基础，在施工图勘察阶段，风机位中心布置控制性勘探点1个，沿风机位中心四周布置一般性勘探点4个，并辅以地质雷达、探井等勘测手段，在施工图开展前对风机点位处地质情况进行有效勘察，特别是探明溶洞、溶沟、溶槽的分布情况。在风机基础施工期间辅助必要的施工勘察，确保风机基础地基的安全。
对地基稳定性有影响的岩溶洞穴，应根据溶洞的位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析，因地制宜地，采取下列处理措施：对于规模较小的洞穴，如果洞口较小，宜采用镶补、嵌塞等方法处理。如果洞口较大，采用低强混凝土、块石混凝土、浆砌石等堵塞处理。对规模较大的洞穴，或者风机基础下部存在岩溶洞穴顶板坍塌可能会导致基础塌落失稳，或者溶蚀基岩面剧烈起伏、倾斜，可能会导致基础滑移失稳的岩溶，在处理上难度很大，在风机点位选取时，宜调整基础位置避开此类位置。
3 两种风机基础对比与分析
独立扩展式风机基础与梁板式风机基础在设计、施工、经济性方面都有所不同。
3.1 两种风机基础的设计
独立扩展式风机基础与梁板式风机基础在地基承载力计算的原理上相同，都是假定基础刚性，按照各工况下基础的脱开面积和地基承载力计算基础底面积，按照基底反力计算基础的配筋，因此两种风机基础在相同工况下的基底面积相同。
在二期工程中，风机厂家规定了土壤与基础的最小抗倾覆刚度及基础扭转刚度要求。设计采用有限单元数值仿真分析方法，建立塔筒、基础和地基整体模型，实现结构和土体的全耦合，对基础施加单位倾覆力矩（单位荷载）Mx=1000000Nm，基础发生整体倾覆变位，产生了0.01283弧度的倾覆转角。利用力-位移法原理，求出其倾覆刚度为7.793×1010Nm/弧度，同理求出基础扭转刚度5.71×107Nm/弧度，均满足厂家要求。
极限荷载工况为单位荷载的46倍，在极限荷载下，基础转角为0.08809弧度，基础变形表现出非线性特性，即荷载增大46倍，转角仅增加8倍。
风机基础在设计时，不能完全按照刚性基础理论进行计算，应建立塔筒、基础和地基的整体模型进行分析计算，确保结构的安全性与经济性。
3.2 两种风机基础的施工
独立扩展式风机基础由于模板规则、钢筋构造简单，钢筋模板施工比较容易；但由于混凝土量相对较大，在山区混凝土的运输和浇筑都比较困难，且浇筑时间长，而山区天气变化比较快，风机基础要求一次性浇筑，不留施工缝，这些都严重影响风机基础的施工质量和施工进度。从施工完成的风机基础来看，部分风机基础出现混凝土蜂窝、麻面的现象比较严重。
梁板式风机基础在放射梁穿塔筒、边梁与放射梁节点钢筋绑扎、底板钢筋穿边梁、放射梁的施工过程中施工难度较大；但混凝土浇筑量相对较少，浇筑时混凝土分区比较明显，施工质量相对较好。从施工完成的风机基础来看，混凝土质量相对较好。
3.3 两种风机基础的经济性
梁板式风机基础相比较独立扩展式风机基础，其混凝土方量和钢筋用量均比有比较大的优势，但其钢筋下料和绑扎速度较慢，整体施工进度较慢，对于单个基础一般独立式扩展较梁板式风机基础要慢2个工作日左右，这一方面增加无形成本，另外一方面减少了风机投运带来的收入。因此，不能纯粹从风机基础自身经济性来探讨风机基础才选型，必须结合风电场全生命周期投资来计算两种风机基础的经济性。
4 结论与建议
岩溶地区的风机基础有其独特性，在前期施工图勘察阶段应特别注意基础下溶洞分布、岩层布置、边坡稳定等因素，避免微观选址不当给后期带来巨大损失。在采用梁板式风机基础时，应采用注意风机基础的非线性特性，建议采用有限元进行深入分析。在风机基础选型中宜采用全生命周期投资来判别，选用适当的风机基础型式。
参考文献
[1] 建设综合勘察研究设计院.GB50021-2001 岩土工程勘察规范（2009版）[S].中国建筑工业出版社，2009.
[2] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5074-2006 火力发电厂岩土工程勘测技术规程[S].中国电力出版社，2006.
关键词：风机基础；岩溶；梁板基础
中图分类号：TM614；TU195 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）11-0196-01
1 工程概况及工程地质条件
某风电场项目一、二期工程位于湖北恩施，一期工程共安装58台风机，单机容量为850kW，轮毂高度44m，总装机容量为49.3MW；二期工程共安装33台风机，单机容量为1500kW，轮毂高度65m，总装机容量为49.5MW。
风场区域为南偏西—北偏东走向山脉，地形地貌属于中山区，海拔高度在1640～1830m之间，风机位多位于山顶及山脊，林木稀少，多为灌木林及油竹林，局部为人工开垦的旱地。
根据勘测成果，厂址内岩土层特征按剖面图中编号顺序由上而下有：可塑粘土层、软塑粘土层、碎石粘土层、灰岩层等。
场区下伏地层岩性为灰岩，岩溶极发育。施工图勘测过程中发现，每个机钻孔的岩芯裂隙均可见小型的溶蚀凹槽。根据勘测结果，钻孔遇洞率为22.7%，钻孔线溶率为2.9%；溶沟、溶槽及溶蚀裂隙强烈发育，基岩面起伏较大。按《岩土工程勘察规范》（2009版）[1]（GB50021-2001）以及《火力发电厂岩土工程勘测技术规程》[2]（DL/T5074-2006）判定，风电场岩溶发育程度为强烈发育。
2 风机基础选型及岩溶的处理办法
对于一般山区风电场，常规可以选择岩石锚杆基础，岩石锚杆基础适用于工程地质相对比较好的地区，要求岩石的整体性好、稳定性强、无滑移、岩石承载力较高。本工程钻孔遇洞率、钻孔线溶率都很高，溶沟、溶槽及溶蚀裂隙强烈发育，基岩面起伏较大，不适宜采用岩石锚杆基础。对于其他的新型基础，如P&H无张力灌注桩基础，也受场地条件限制，无法实施。对此，本工程最终选择天然地基基础。
在本工程一期工程中，采用的独立扩展式风机基础，二期工程中，采用的梁板式风机基础，持力层均为中风化灰岩。
对于岩溶地区风机基础，在施工图勘察阶段，风机位中心布置控制性勘探点1个，沿风机位中心四周布置一般性勘探点4个，并辅以地质雷达、探井等勘测手段，在施工图开展前对风机点位处地质情况进行有效勘察，特别是探明溶洞、溶沟、溶槽的分布情况。在风机基础施工期间辅助必要的施工勘察，确保风机基础地基的安全。
对地基稳定性有影响的岩溶洞穴，应根据溶洞的位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析，因地制宜地，采取下列处理措施：对于规模较小的洞穴，如果洞口较小，宜采用镶补、嵌塞等方法处理。如果洞口较大，采用低强混凝土、块石混凝土、浆砌石等堵塞处理。对规模较大的洞穴，或者风机基础下部存在岩溶洞穴顶板坍塌可能会导致基础塌落失稳，或者溶蚀基岩面剧烈起伏、倾斜，可能会导致基础滑移失稳的岩溶，在处理上难度很大，在风机点位选取时，宜调整基础位置避开此类位置。
3 两种风机基础对比与分析
独立扩展式风机基础与梁板式风机基础在设计、施工、经济性方面都有所不同。
3.1 两种风机基础的设计
独立扩展式风机基础与梁板式风机基础在地基承载力计算的原理上相同，都是假定基础刚性，按照各工况下基础的脱开面积和地基承载力计算基础底面积，按照基底反力计算基础的配筋，因此两种风机基础在相同工况下的基底面积相同。
在二期工程中，风机厂家规定了土壤与基础的最小抗倾覆刚度及基础扭转刚度要求。设计采用有限单元数值仿真分析方法，建立塔筒、基础和地基整体模型，实现结构和土体的全耦合，对基础施加单位倾覆力矩（单位荷载）Mx=1000000Nm，基础发生整体倾覆变位，产生了0.01283弧度的倾覆转角。利用力-位移法原理，求出其倾覆刚度为7.793×1010Nm/弧度，同理求出基础扭转刚度5.71×107Nm/弧度，均满足厂家要求。
极限荷载工况为单位荷载的46倍，在极限荷载下，基础转角为0.08809弧度，基础变形表现出非线性特性，即荷载增大46倍，转角仅增加8倍。
风机基础在设计时，不能完全按照刚性基础理论进行计算，应建立塔筒、基础和地基的整体模型进行分析计算，确保结构的安全性与经济性。
3.2 两种风机基础的施工
独立扩展式风机基础由于模板规则、钢筋构造简单，钢筋模板施工比较容易；但由于混凝土量相对较大，在山区混凝土的运输和浇筑都比较困难，且浇筑时间长，而山区天气变化比较快，风机基础要求一次性浇筑，不留施工缝，这些都严重影响风机基础的施工质量和施工进度。从施工完成的风机基础来看，部分风机基础出现混凝土蜂窝、麻面的现象比较严重。
梁板式风机基础在放射梁穿塔筒、边梁与放射梁节点钢筋绑扎、底板钢筋穿边梁、放射梁的施工过程中施工难度较大；但混凝土浇筑量相对较少，浇筑时混凝土分区比较明显，施工质量相对较好。从施工完成的风机基础来看，混凝土质量相对较好。
3.3 两种风机基础的经济性
梁板式风机基础相比较独立扩展式风机基础，其混凝土方量和钢筋用量均比有比较大的优势，但其钢筋下料和绑扎速度较慢，整体施工进度较慢，对于单个基础一般独立式扩展较梁板式风机基础要慢2个工作日左右，这一方面增加无形成本，另外一方面减少了风机投运带来的收入。因此，不能纯粹从风机基础自身经济性来探讨风机基础才选型，必须结合风电场全生命周期投资来计算两种风机基础的经济性。
4 结论与建议
岩溶地区的风机基础有其独特性，在前期施工图勘察阶段应特别注意基础下溶洞分布、岩层布置、边坡稳定等因素，避免微观选址不当给后期带来巨大损失。在采用梁板式风机基础时，应采用注意风机基础的非线性特性，建议采用有限元进行深入分析。在风机基础选型中宜采用全生命周期投资来判别，选用适当的风机基础型式。
参考文献
[1] 建设综合勘察研究设计院.GB50021-2001 岩土工程勘察规范（2009版）[S].中国建筑工业出版社，2009.
[2] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5074-2006 火力发电厂岩土工程勘测技术规程[S].中国电力出版社，2006.