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风力发电场（Ch3.5）
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海上风力发电机组的基础
导管架基础
从外形看象一个锥台形空间框架 适用的水深范围比较大 优点
建造和施工方便；受到波浪和水流的作用载荷比较小； 对地质条件要求不高
缺点
造价随着水深的增加增长很快
1 地基承载力计算 2 地基受力层范围内有软弱下卧层时应验算其承载力 3 基础的抗滑稳定、抗倾覆稳定等计算 4 基础沉降和倾斜变形计算 5 基础的裂缝宽度验算 6 基础（桩）内力、配筋和材料强度验算 7 有关基础安全的其它计算（如基础动态刚度和抗浮稳定等）
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测设计研究院、华东勘测设计研究院
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基础的设计
根据风电场机组的单机容量、轮毂高度和地基 复杂程度，地基基础分为三个设计级别
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基础的设计
机组地基基础设计应符合下列规定
所有机组地基基础，均应满足承载力、变形和稳定 性的要求
1 级、2 级机组地基基础，均应进行地基变形计算 3 级机组地基基础，一般可不作变形验算，如有下
列情况之一时，仍应作变形验算
地基承载力特征值小于130kPa 或压缩模量小于8MPa 软土等特殊性的岩土
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基础的设计
地基基础设计需进行下列计算和验算
第三章（5）风电机组基础 设计
主要内容
风力发电机组对基础的要求 基础的分类 基础的设计 海上风力发电机组的基础
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风力发电机组对基础的要求
风力发电机组基础的作用
是风力发电机组的主要承载部件 用于安装、支撑风力发电机组 平衡风力发电机组在运行过程中所产生的各种载荷 保证机组安全、稳定地运行
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基础的设计
风力发电机组基础的受 力状况
自重：机组和基础 倾覆力矩：机组自重的偏
心、风轮产生的正压力以 及风载荷 扭矩：机组调向 剪力：风轮产生的正压力 与风载荷
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基础的设计
风力发电机组基础的受力状况
风力发电机组基础的力学模型
中心柱提供风机塔架的基本支撑 增强了周围结构的刚度和强度
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海上风力发电机组的基础
三脚架基础
优点
制造简单 不需要做任何海床准备 可用于深海域 不需要冲刷防护
缺点
受地质条件约束较大 不适于浅海域 建造与安装成本较高
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基础的设计
风力发电机组基础的设计与计算
抗冲切强度校核
风力发电机组基础是钢筋混凝土刚性基础，其抗剪强度 一般均能满足要求，只需进行抗冲切强度校核
基础的抗冲切强度由基础的高度确定，如高度不够，在 受到机组传来的载荷时，会发生冲切破坏，即沿塔架四 周大致成45°方向的斜面拉裂，形成角锥体
单桩基础 重力基础 三脚架基础 导管架基础 漂浮式基础
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Hale Waihona Puke 35海上风力发电机组的基础
单桩基础
最简单，应用较广泛 由焊接钢管组成，桩的直径一般在3-5m左右，壁厚约为桩直径的
1% 打入海床10m-20m以下深度进行固定 适用于较浅且海床较为坚硬的水域，海床有岩石则不适用 优点
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基础的设计
风力发电机组基础的设计与计算
土壤压力的计算
基础底面土壤的最大压力不得超过土壤的容许承载力
Pmax = (G + Q) / B2 + M max /W ≤ [P]
W = B2 / 6 基础底面土壤的抗弯截面模量
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制造简单，不需要做任何海床准备
缺点
受海底地质条件和水深的约束较大；施工安装费用较高；需要做好防 冲刷防护
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2012年欧洲新增海上风电机组基础形式占比
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• 单桩式基础：占74% • 重力式基础：占16% • 塔架式基础：占5% • 三支撑基础：占3% • 三轴架基础：占2% • 漂浮式基础：占0% • N/A式基础：占0%
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基础的分类
桩基础
按桩身材料分类
混凝土桩：预制桩和灌注桩 钢桩：承载能力高、重量轻、施工方便，造价高、易腐蚀 木桩：承载力低且需打入水位以下 组合材料桩：如钢管内填充混凝土
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基础的分类
框架式桩基础
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海上风力发电机组的基础
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海上风力发电机组的基础
重力基础
利用基础的重力使整个系统固定，不适合流沙型的海底情况 基础的重力可以通过往基础内部填充钢筋、沙子、水泥和岩
石等来获得 一般为钢筋混凝土结构 优点
结构简单，造价低；稳定性和可靠性高
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基础的分类
桩基础
分为摩擦桩基础和端承桩基础（按承载性质分类）
摩擦桩基础：桩很长，桩端未达到坚硬土层或基层；桩顶载荷 由桩侧摩擦力和桩端阻力共同承受，但其中主要桩顶载荷由桩 侧摩擦阻力承担
端承桩基础：桩较短，桩穿过软弱土层，达到深层坚实土中； 桩顶载荷主要由桩端阻力承受
混凝土实心单桩基础
空心复合桩基础
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基础的分类
桁架式塔架基础
腿之间的跨距相对很 大
在现场使用螺旋钻孔 机钻孔后浇注混凝土 桩
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基础的分类
岩石锚杆基础（rock foundation with anchor bars）
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基础的设计
风力发电机组基础的设计与计算
设计配筋
弯曲应力 最危险的截面一般取塔架与基础交界处的截面
M f = 1/12L2 (2B + b)(Pmax + PΙ )
As
=
KM 0.9Rg h
K-构建强度设计安全系数（一般取1.4） M-计算配筋截面处的设计弯矩 Rg - 钢筋的抗拉强度设计值 h-基础冲切破坏锥体的有效高度
缺点
需要预先进行海床准备；体积和重量都比较大，安装不方便； 适用水深范围太小
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海上风力发电机组的基础
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海上风力发电机组的基础
三脚架基础（多桩基础）
采用标准的三腿支撑结构,由中心柱、三根插入海 床一定深度的圆柱钢管和斜撑结构构成 （抵抗波 浪、水流力）
满足塔架在安装时的连接尺寸和结构要求
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2006年，在桑美台风中，两台机组被连基础 拔出
2008年，某风电场一台风机在正常运行时突 然倒塌，基础被连根拔起
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主要内容
风力发电机组对基础的要求 基础的分类 基础的设计 海上风力发电机组的基础
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主要内容
风力发电机组对基础的要求 基础的分类 基础的设计 海上风力发电机组的基础
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海上风力发电机组的基础
根据地理位置及地质条件的不同，海上风力发 电机组基础设计模式主要有（与场址条件密切相 关，占投资的20%-30%左右）
偏心受压的基础，所有载荷对基础底部压力所产生的偏心距不 能过大
e = M /(G + Q) ≤ B / 6
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基础的设计
风力发电机组基础的设计与计算
土壤压力的计算
在按弹性地基计算基础对地基土壤的作用力时，一般应考虑基 础自重、机组自重以及倾覆力矩对地基的影响，分别求出它们 对地基所产生的压力，然后叠加，求得基础底面土壤的最大压 力
条形基础 具有抗弯、抗剪性能，俗称柔性基础 可用于荷载大、地基承载力不足的情形
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基础的分类
平板块状基础
实体重力式基础 应用广泛 对基础进行动力分析时，可忽略基础的变形，将基
础作为刚性体来处理，仅考虑地基的变形 根据其结构剖面，可分为单纯平板基础、阶形平板
由于风力发电机组的安装，将使地基中原有的应力状态 发生变化，故需用力学的方法研究载荷作用下地基土的 变形和强度问题
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基础的设计
FD003-2007风电机组地基基础设计规定 由中国水电工程顾问集团公司风电标准化技术
委员会提出、归口和负责解释 本标准编制单位：水电水利规划设计总院 本标准试设计单位：中国水电顾问集团西北勘