德昌安宁河峡谷风电场一期示范工程风机基础设计

王菊梅，周 青

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程概述

风力发电为清洁能源，主要是将当地的自然风能转变为机械能，再将机械能转变为电能的过程，其过程不排放任何有害气体，有利于周围环境的保护。为推动风能资源开发，四川省启动了德昌安宁河风电场的示范性开发。

安宁河峡谷风电场位于德昌县麻栗、阿月、银鹿等乡境内，距德昌县城约5～15km。工程占地约8.5km2，全境属高原河谷地带，地形北高南低，螺髻山与耗牛山东西对峙，中间是安宁河谷。安宁河谷地区为北高南低的狭管状地形，风的狭管效应明显。南北向风力大，且冬春季节季风尤为明显。据风场实际测算的70m高度年平均风速为 6.64m/s，平均风功率密度为 269W/m2，风速年内变化小，全年均可发电，属风能资源可开发区。

德昌安宁河峡谷风电场一期示范性工程建设规模为16MW，安装单机容量为2MW的风电机组8台，并建设一座110kV升压变电所。

2 场区工程地质情况

推荐风电场址区位于凤凰水电站闸址至三棵树水电站闸址约8km的安宁河左岸，以断陷侵蚀堆积平原地貌和山前平原地貌为主，地形开阔，地势平坦，受河流侵蚀以及构造影响，靠安宁河侧多为高20～40m的陡坎，陡坎以上地形起伏不大，多为第四系更新世形成的Ⅱ、Ⅲ级阶地，主要由耕植土、粉质粘土、漂卵石土、卵石土、中细砂等组成，其中耕植土、粉土不宜做为风机基础持力层;含漂卵石土、卵石土为风电场主要建筑物基础持力层，但局部可能产生不均匀沉降，需做一定的工程处理;中细砂承载力低，无连续分布，施工中如遇砂层，建议挖除置换。

地下水类型为孔隙性潜水，受场地地形高差以及地层岩性影响，场地地下水位变化较大，钻孔实测稳定地下水位在8.1～21m之间。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306－2001)，该场址区50a超越概率10%的地震动峰值加速度为0.2g，相应地震基本烈度为Ⅷ度。据《建筑抗震设计规范》(GB50011－2001)，设计基本地震加速度值为0.2g，设计地震分组为第一组，相应抗震设防烈度为Ⅷ度。

3 风机机位的选择

风电场风机机位应本着安全、经济、合理的原则进行选择，主要是根据场址风能资源分布情况和场址建设条件确定，应遵循以下原则:(1)根据风电场的风向和风能玫瑰图，垂直于主导风向排列;(2)充分利用风电场的土地和地形，恰当地选择机组之间的行距和列距，尽量减少尾流损失，以保证风电场的发电量最大化;(3)考虑风电场的送变电方案、运输和安装条件，力求电力电缆长度较短，运输和安装方便;(4)尽量减少对风电场周边居民、自然保护区的影响;(5)考虑风机基础场地稳定，应尽量避开边坡稳定问题，尽量避开高压输电线路等。

由于峡谷风电场地形、地貌、地物的实际特点，风机机位选择有很多限制条件，除了风资源条件要满足要求外，还要考虑边坡、冲沟等地质条件对风机基础稳定的影响，且必须保证风机基础位于稳定的场址范围，否则边坡处理的工程费用很大，不经济;风机运行产生的噪声、电磁辐射及叶片阴影等对居民生活的影响;纵横交错的输电线路、铁路、公路的安全距离等。经过综合现场踏勘和分析论证，最终比选出合理的机位。

以#1风机机位选择为例。#1风机位于大台坎高台地上，场地位于108国道以西，凤凰电站厂房以北的安宁河Ⅲ级阶地上，场地内种植有烟叶等经济作物，实测风资源条件较好，尤其是距离坎边位置最好，在综合考虑各因素后实际选择的机位如图1、2所示，在保证风机基础稳定的前提下使发电效益最大。

图1 #1风机平面布置示意图

图2 1－1剖面示意图

4 #1风机基础的稳定论证

(1)根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330－2002，边坡塌滑区范围可按下式估算:

式中 L为边坡坡顶塌滑区边缘至坡底边缘的水平投影距离(m);H为边坡高度(m);θ为边坡的破裂角(°)，对于砂土边坡，取θ=φ，φ为砂土体的内摩擦角。此处以漂卵石土计算，内摩擦角φ=37°，θ =37°，L=52/tg37°=69(m)。

(2)边坡稳定计算:采用瑞典条分法进行失稳模式分析(图3)，分析结果见表1。图表结合可见，#1风机基础位于稳定区域内。

图3 #1风机地基稳定分析示意图

表1 #1风机边坡安全系数表

5 风机基础型式的选择

风电机组基础是一种高耸构筑物独立基础，具有承受360°方向重复荷载和大偏心受力的特点，对地基基础稳定性要求高。通常的风机基础型式有扩展基础、桩基础、岩石锚杆基础等。扩展基础是一种最常用的风机基础型式，当地基的承载力及变形满足要求即可采用该种型式;当地基的承载力及变形等不能满足要求而进行换填等地基处理费用较高时应采用桩基础;岩石地基可采用岩石锚杆基础。

本风电场风机机位的主要持力层为漂卵石土、卵石土，厚度大，地基承载力等物理力学指标较高，无连续分布的软弱夹层，地下水位埋深大，场地稳定性较好，因此，本风机基础采用圆形扩展混凝土基础。

6 风机基础设计

根据地质资料、风机荷载等经分析计算确定本风电场风机基础采用现浇钢筋混凝土浅埋基础，其基础型式为圆形扩展基础。风机基础由连成整体的上、下两部分组成，上部台柱为高1.4m的圆柱体，直径7.6m，高出平整地面0.2m;下部为直径20.5m的圆台形钢筋混凝土独立基础，基础底板外缘高度为1m，下部圆台总高度为2.6 m，基础埋置深度为3.8m。风机基础混凝土强度等级采用C35F50，基底下部设0.25m厚的C20混凝土垫层。边坡开挖坡比采用1∶1。

经计算，风机基础在各运行工况下地基承载力、基础不均匀沉降量、倾斜率、基础底面抗滑及抗倾覆稳定安全系数均满足规范要求。

7 结语

(1)工程于2010年11月8日开工建设，2011年5月26日首台机组并网发电，6月15日8台机组全部并网。从实际运行数据看，运行效率超过设计值近10%～15%，很好地实现了项目发电效益，对促进内陆地区风能资源开发起到了积极的示范作用。由此可见，风机机位的选择是合理的。

(2)对于风机基础在长期运行的情况下地基的稳定情况应加强监测。