新能源风机塔筒及基础设计

7.风电机组基础及塔筒设计

风机基础

基础

环式

基础

锚栓

式基

础

扩大板式基础

PH基础

梁板式基础

岩石锚杆基础第一种分法第二种分法

承台桩基础

7.1.1基础环式基础：风机塔架与基础之间通过基础环进行连接的基础。优点：

基础环的防腐与塔架的防腐方案一致，因此不存在后期使

用过程中基础环的腐蚀问题。

缺点：

基础环与混凝土基础连接部位存在刚度突变，因此基础环

附近混凝土容易疲劳破坏。设计时需要特别注意。

适用条件：

适用于所有陆上场地。

基础环

底法兰处混凝土损坏

7.1.1基础环式基础：

7.1.2锚栓式基础：风机塔架与基础之间通过锚栓连接；通过对锚栓施加预应力，从而实现塔架在基础上的固结。

优点：

锚栓的下端固结于基础底部，因此整个基础中不存在刚度突变，受力合理，不存在混凝土疲劳等问题。缺点：

1.国内目前的锚栓防腐均存在问题，锚栓腐蚀后，承载力降低，从而存在安全隐患；

2.锚栓如果在施工中，被张拉断，断后更换成本巨大。

适用条件：

适用于陆上所有场地。

锚栓组合件锚栓腐蚀锚栓断裂

7.1.2锚栓式基础：

7.1.3扩大板式基础：传统扩大板式基础分为承台和底板两部分，实体结构。基础高度和底部直径比例<1：3，随着基础顶部荷载变大，底部直径增大，该比例逐渐变小。基础底板多为圆形或多边形。

优点：

支模容易，施工速度比梁板式快。缺点：

于大由功率风机基础需承受较大的弯矩，基础底面积往往较大，致使底面尺寸较大，混凝土用量大，开挖回填量增大。适用条件：

适用于所有陆上所有场地

基础环扩大板式基础锚栓式扩大板式基础锚栓式扩大板式基础

7.1.4梁板式基础：梁板式基础，为在扩大板式基础方案下的改进，形状参数基本相同，其改进点为用地基梁代替变截面圆台，梁板式基础中间圆台与塔筒下法兰对接。基础底板多为圆形或多边形。

优点：

与扩大板式基础相比，能够节省混凝土用量。缺点：

基础土方工程量大，并且现场施工不方便，模板安装困难，钢筋间距太小，混凝土不易振捣密实。适用条件：

适用于所有陆上所有场地

基础环梁板式基础

基础环梁板式基础

锚栓梁板式基础

7.1.5 承台桩基础：针对于软弱土、高压缩性性土层地基，提高基础的承载力及减少基础的变形，采用桩基础。基础承台底板多为圆形或多边形。

优点：

适用于软土地基，与扩大板式基础相比，基础承台底板较小，承载力高，基础变形小。缺点：

混凝土及钢筋用量大，并且现场施工工期较长，造价高。适用条件：

适用于地基土为软弱土、高压缩性土层的地质情况。

承台桩基础布置设计

承台桩基础计算参数

承台桩基础

7.1.6 PH基础：深基础，埋深一般在地下10米左右。主要由被动土压力承受风机载荷。

优点:

造价低；没有繁琐的钢筋绑扎工程，施工速度快。缺点：

1.此基础的关键材料：预应力材料与波纹筒不易采购；需要一台小型吊车在现场配合施工；

2.设计时没有考虑土的塑性特性和时间效应，因此安全性存在问题；

3.锚栓腐蚀问题没有解决，存在安全隐患；

4.锚栓张拉断裂，更换成本巨大。适用条件：

非湿陷性黄土地质。

PH基础螺栓断裂

螺栓锈蚀

7.1.7岩石锚杆基础：直接通过岩石锚杆，将塔架固定在岩石地基上的基础型式。

优点：

充分运用基岩的承载力，可以明显减少基础的混凝土和钢筋的工程量，有效节省成本。缺点：

岩石锚杆防腐能力不足，基础存在安全隐患；由于直接将锚杆固定在基岩上，因此对地勘的要求较高。适用条件：岩石地基。

岩石锚杆基础岩石锚杆基础

103/2500-100m基础成本分析(单台价格）

基础类型混凝土（立方米）

钢筋

（吨）

波纹筒

（元）

锚栓组件

（元）

基础环

（元）

灌浆料

（元）

其它

（元）

价格

（万元）

施工速度

排序

安全

排序适应性C15C40

基础环式

梁板式254805400270000020500099.2556通用

承台桩基

础

2065065002700000300000135.2572软弱土、高压缩性土地基扩大板式2559258002700000200000106.3535通用

锚栓式

梁板式343605003300000300020500097.83通用

承台桩基

础

2765058033000003000300000131.3281软弱土、高压缩性土地基

扩大板式3459039033000003000200000103.2143通用

PH基础29010521200004200000300021000090.2327

不宜用于湿陷性黄土；岩石地基

中经济性不好。

岩石锚杆212452802370000300020000070.818仅适用于岩石地基

注：1、由于针对具体项目和载荷，各单位基础安全系数不同，因此成本对比意义不大，此处成本对比仅供参考。

2、C15混凝土按300元/立方米；C40混凝土按500元每/立方；钢筋价格按5000元/吨；基础环价格按1万元/吨；“其它”费用包括挖方、填方、吊车租赁、税费、管理费等。

7.1.9各种地基的处理方法：各种方法的选取与地质条件有关，不同的方法有不同

的适用对象。

地基

处理

方法

换填垫层法

强夯法或强夯置换法

柱锤冲扩桩法

灰土挤密桩法或土挤密桩法

预压法

振冲法

砂石桩法

高压喷射注浆法

夯实水泥土桩法

水泥土搅拌法

石灰桩法

单液硅化法和碱液法

水泥粉煤灰碎石桩法

各种地基的处理方

法的具体要求依据

规范《建筑地基处

理技术规范》

7.1.10基础的施工

基坑开挖或地基处理垫层浇筑基础环定位钢筋绑扎及预埋件埋设

混凝土浇筑混凝土一次浇筑基础环混凝土浇筑基础养护

7.1.10基础的施工

基坑开挖或地基处理垫层浇筑锚栓定位钢筋绑扎及预埋件埋设

锚栓保护模板支护及混凝土浇筑基础养护7.1.11基础设计需要的资料

序号资料名称资料内容

1风机荷载资料1、应包括正常运行时的最不利荷载、极端荷载（除运输安装外的其它荷载中的最不利荷载）、地震荷载、疲劳荷载。

2、所有荷载应为上部结构传至塔筒底部与基础环交界面处荷载的标准值。

2基础环详图及调整螺栓

详图

调整螺栓的数量及位置、调整螺栓能调节的最大高度；若排水孔及电缆孔开在基础

环上，应提供上述开孔的位置及数量。

3基础环支架提供基础环支架的位置、数量和详细做法

4防水要求基础环与基础交界处的防水做法及要求。

5其他要求风机厂家对风机基础设计、施工及安装的其它要求。

6箱变资料为节省土地，建议箱变与风机基础整体浇筑，需要提供箱变的安装图纸需要厂家提供的资料

尚需提供每台风机机位处的详细、准确的岩土勘察报告。

7.2.1风电机组塔筒主要形式

桁架式塔架桁架式-圆锥混合塔架

1、连接节点处应力集中严重，扭矩过大事易发生失稳破坏；

2、噪声污染严重；

3、占地面积大、现场组装施工周期较长、焊接节点耐疲劳性能差。

相对造价低；

刚度相对较小，

与风机运行存在共振区间，

运行期间摆幅较大钢制柔性塔架混凝土-钢混合式塔架应用广泛，全球超过10000台，安全可靠性已经过实践检验；现浇式、预制装配式；整体刚度较大。

7.2.1风电机组塔筒主要形式

7.2.2国内外高塔架技术方案

风机厂家机型塔架高度塔架型式

Enercon E112/6MW124全现浇混凝土塔架E126/6MW135混合塔架

E70/2.3MW113混合塔架

E82/2MW138混合塔架

Kenersys K100/2.5MW135混合塔架K110/2.4MW145混合塔架

Repower104/3.4MW128混合塔架

Gamesa G128/4.5MW120混合塔架G136/4.5MW120混合塔架

Vestas未知140混合塔架

Siemens 2.3MW-113100混合塔架2.3MW-93133混合塔架

Nordex N90-2.5MW120混合塔架N117-2.4MW140混合塔架N100-2.5MW140混合塔架N131/3.3MW1混合塔架

GE100/2.75MW130混合塔架Acciona AW3000120全预制混凝土塔架Suzlon S9X-2.1MW100全预制混凝土塔架

圆钢塔架结构（全钢塔筒）混凝土+钢混合式塔架

7.2.3混合式高塔架

相对于其余风电机组塔架，混凝土+钢混合式塔架具有以下显著有点：

1、无运输：混凝土段预制构件单个尺寸可根据实际道路运输情况设计，不受公路、桥梁、隧道以及山路等道路的运输。传统钢制塔架直径超过4.5m则运输受限，同时由于钢制塔架单件长度长、重量大，山区运输困难。

2、刚度大振幅小：相同强度的钢结构与混凝土结构，混凝土结构刚度为钢结构的5倍以上，相应的塔架振幅要远远小于钢制塔架，对于风电机组安全稳定运行更有利。抗疲劳性能优越。

3、免维护：在风机运行寿命周期内，混凝土结构与预应力体系均无需维护。

下部采用15~20m现浇式混凝土塔架+钢制塔架

塔架采用圆环形截面，沿高度呈线性缩小。

混凝土塔架结构底面直径根据实际受力确定；

顶面直径与钢制塔架匹配；

混凝土强度等级一般采用C60。

根据实际受力需要配置体内或体外预应力锚固体

系。

7.2.3混合式高塔架——预制装配式混合塔架

采用上部40~50m钢制塔架+50~70m预制装配

式预应力混凝土塔架；

塔架采用圆环形截面，沿高度呈线性逐渐收

窄。

每个环段沿环向分片，采用工厂预制，现场

拼装的方式；转换段采用整圆环预制型式。

根据塔架结构受力配置相应的纯体内、纯体

外或体内外联合预应力体系