关于传统拓展式风机基础和P&H无张力灌注桩风机基础的对比分析

[摘 要]风机基础传统拓展式基础为桩基承台式，利用混凝土的自重作为配重平衡上部风机运行时的各种荷载，类似家用电风扇底盘原理。而P&H无张力灌注桩风机基础为大型管桩基础形式，主要利用基础侧向土压力（被动土压力）承担上部风机的各类受力。与传统基础对比，P&H无张力灌注桩风机基础在安全、工程质量、进度和投资角度优于传统基础。

[关键词]P&H无张力灌注桩风机 工程造价 周期

中图分类号：TU476 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0345-01

一、质量方面：

P&H无张力灌注桩风机基础是美国地球系统公司的专利技术，美国地球系统公司是有40年历史的岩土工程领域的咨询设计公司，目前关于风电项目的咨询设计项目有：PH风机基础系列设计以及建造，风机以及基础运行监测，有限元分析，基础研发，风机基础设计第三方审查，创新型海上风机基础设计、有限元分析、施工和技术研究，创新型陆海风机塔筒设计、建造、施工和技术研究。P&H风机基础最初从美国风力发电项目使用并延伸到全球各地，最初使用该基础形式的风电项目在上世纪八十年代，截止目前，使用该风机基础的风场已经经历过一个完整的风场寿命期，充分体现了其在质量方面的确保性，并已在全球范围内推广。此种风机基础安全性高，设计按照美国，欧盟规范，IEC61400-1以及项目所在国规范设计，校核。安全系数均高于规范要求通过权威机构德国船级社GL认证。2009年底，美国棕榈泉某风场被洪水冲刷，扩展基础大部分被冲毁从而导致风机倒塌，而P&H基础没有一台出现问题。

二、P&H无张力灌注桩的技术特点：

1.传统重力式扩转风机基础与P&H 无张力灌注桩受力的特点：

1）重力式扩展基础依靠基础本身重力和基础下卧土的承载力来承担作用于基础上部的轴向力和弯距水平力由基础下卧土的摩擦阻力承担。

2）P&H无张力灌注桩基础主要由环形基础周围土的水平承载力承载基础所受的水平荷载和弯距。

三、p&h无张力灌注桩风机基础在国内的应用情况：

该项技术自2009年进入中国，并于当年在内蒙古达茂旗树立实验机进行各种参数测试，截止目前，风机各项指数运行稳定。

美国地球系统公司（即该技术专利持有人）在中国国内大规模采用该项技术的项目主要包括新疆华冉风电项目、国电繁食沟二期风电场项目、宁夏嘉泽红寺堡风电场一二期项目、金风科技新疆达坂城风电场项目、国电陕西祭山梁风电场项目、新疆海为支油风电场项目等已经完成。通过现场的各类参数测试，各项指标，主要包括承载力、沉降量等主要参数均能满足国内规范要求。

四、工程造价方面

采用P&H风机基础相对传统拓展式基础在工程造价方面主要体现在原材料用量、人员、设备使用量、工期节约等各方面。下面对两种基础形式以传统33台风机计算，除却相同及差异性较小的部位，比较大的差异性方面以列表方式进行比较：

1、原材料方面：

2、设备使用方面：

说明：以上按照传统基础工期最低100天计算，P&H风机基础按照最低45天工期计算。根据工程特点，台班所示以16小时计算。

3、人员方面：

说明：以上按照传统基础工期最低100天计算，P&H风机基础按照最低45天工期计算。根据工程特点，台班所示以16小时计算。

4、工期节约：

在同样风场道路畅通和风机机位已经具备施工条件的情况下，按照传统基础形式，每个风场（即33台风机基础计算）需要至少100日历天施工工期，而采用P&H风机基础，仅需要45天时间即可完成，可有效提前发电时间55天，为业主方可节约适当的财务费用。此外，由于提早投产发电而带来的经济效益至少2500万人民币以上。

5、其他：

传统基础占地面积较大，对征地费及当地地方关系处理带来较多繁琐事项。此外，传统基础涉及到的工序相对较多，拉长了施工工序和各工序之间的衔接，无形中造成了施工工期的延长。

以上因素去除掉现场不可抗力影响，主要包括雨雪天气、极端大风天气、当地老百姓民扰影响等各种因素。

通过对P&H无张力灌注桩新型风机基础与传统风机基础的的技术调研和实地施工考察对比，我们认为p&h无张力灌注桩风机基础是一种较好的风机基础形式。相较传统的重力式扩展基础有以下优势，值得推广和应用：

1.桩基受力特征：更适合风机承受特殊风载荷作用的受力特征。由于桩基深入地下10米左右。

2.受力安全性和抗倾倒能力更强：抗倾覆能力显著增强，另外由于基础是一体的桶状，没有应力集中的梯形台集合处，抗疲劳应力的能力也大大增强。

3.具有成本优势：经过对比分析，在施工量和耗材量上有较大 成本节约，保守估计较现有的扩展式基础节约成本30以上。

4. 施工难度和周期大大缩短：施工时用长臂（10米）挖掘机和65吨的吊车即可完成所有的工作量，由于省去了钢筋绑扎工艺，施工进度很快，2-3天就可以完成一个桩基的建设。较扩展式基础节省了60以上的施工周期，这在施工条件恶劣的风电场有现实的意义。

5. 适用于多种地质条件。陆上极其恶劣地质条件，以及山区等地质条件都可适用，近海滩涂，沼泽，岩石层，垃圾填埋场，黄土层等极软土质条 件也可使用。

6.应用倾向性增强，因为具有良好的性能和较优的价格，国内业主倾向于推广和应用这种桩基。

7.p&h无张力灌注桩风机基础桩基结构可以很 好的适应目前MW级风机对塔筒基础的承载和受力情况。而且相较扩展式基础有很多优点，在美国大多数风机基础已不使用传统扩展式基础，而采用这种新型基础，这是一种应用的趋势。

8. 通过对p&h无张力灌注桩风机基础受力结构和特征分析，可以看出其对重力载荷和风荷载有更好的承载力，所以 应用这种桩基可以在我们新风机研发中的载荷计算环节拥有 更多的设计余度

综上，我们可以看出采用P&H无张力灌注桩风机基础，能够满足风电企业对安全、进度、质量和投资节约等方面的严格要求，是一种值得大力采用的风机基础形式。