风电厂总图竖向设计对场地排水及风机基础稳定性的影响研究

引言

当前，风电厂开发涉及平原、山地、沿海等多样地形，不同场地面临差异化挑战：平原风电厂易因竖向设计不当导致场地积水，影响设备运维；山地风电厂因地形起伏大，竖向设计若忽视坡向与坡度控制，易引发风机基础滑坡；沿海风电厂则需通过竖向设计抬高场地标高，抵御风暴潮侵袭（标高不足易导致设备进水损坏）。据行业统计，约 30% 的风电厂运营故障与竖向设计相关，如场地排水不畅导致的电缆沟积水、基础周边水土流失引发的沉降超标等。因此，深入研究风电厂总图竖向设计对场地排水及风机基础稳定性的影响，构建针对性优化体系，对提升风电厂工程质量与运营安全性具有重要现实意义。

1 风电厂总图竖向设计的核心要素

风电厂总图竖向设计需围绕三大要素展开，各要素直接影响场地排水与基础稳定性：一是地形利用方式。平原风电厂多采用“平坡式”竖向设计，通过轻微调整场地高程实现排水；山地风电厂采用“台阶式”设计，按地形高差划分台地，适应地形起伏；沿海风电厂需结合潮汐水位，设定场地高程高于 50 年一遇洪水位 0.5m 以上，避免海水倒灌。二是排水坡度控制。场地地表排水坡度需满足《风电场总图运输设计规范》（GB51096-2015）要求：主干路两侧排水坡度 0.3%0.5% ，场地开阔区域坡度 0.2%0.3% ，风机基础周边坡度 20.5% ，确保雨水快速汇流至排水系统，避免积水。三是基础高程设定。风机基础高程需综合考虑地下水位、土壤承载力及排水需求：地下水位较高区域，基础顶面高程需高于地下水位 1.0m以上；山地边坡区域，基础底面需嵌入稳定岩层或硬土层，高程需避开滑坡体滑动面，确保基础抗滑稳定性。

2 竖向设计对场地排水的影响机制

2.1 场地标高与排水安全

场地基准标高直接决定排水“起点高度”：若标高过低，易形成“洼地”，雨水无法自然排出，导致场地积水。例如，某平原风电厂因场地标高低于周边道路 0.3m ，雨季积水深度达 0.5m ，电缆沟进水导致 3 台风机停机；若标高过高），则会增加土方回填量，同时导致排水出口标高高于周边排水系统，需增设提升泵站，增加工程投资。

2.2 地形坡度与排水效率

坡度是影响排水速度的核心因素：坡度不足（ <0.3% ）：雨水汇流速度慢（ <0.5m/s ），易在场地低洼处滞留，形成积水，滞留时间超过 24h会导致土壤含水率过高，降低地基承载力（如粉质黏土含水率每增加 10% ，承载力降低 15%-20% ）；坡度过大（ 5% ）：雨水汇流速度快（ >1.5m/s ），易引发地表冲刷，导致土壤侵蚀（侵蚀模数 >3000t/(km²⋅a) ），同时增加排水管道水力负荷，易出现管道淤积或破裂。

2.3 坡向与汇水路径

坡向决定雨水汇流方向：顺坡向布置：雨水沿坡向集中汇流，易在坡底形成“洪流”，冲击风机基础与场内道路，某山地风电厂因顺坡向未设置截水沟，雨季坡底道路冲毁，修复成本超 200 万元；横坡向布置：雨水沿等高线分散排放，汇流路径均匀，可减少局部冲刷，但需配套横向排水盲沟，避免雨水渗入地下引发基础沉降。

3 竖向设计对风机基础稳定性的影响路径

3.1 基础高程与地下水位：控制基础浸泡风险

竖向设计通过设定基础高程，影响地下水位与基础接触的概率：地下水位较高区域。如沿海滩涂风电厂，地下水位埋深 <1.0m ，若基础顶面高程低于地下水位，易导致基础长期浸泡，土壤含水率从 15% 升至 30% ，地基承载力下降 40% 。某沿海风电厂通过竖向设计将基础顶面高程提升 0.8m ，基础周边地下水位降至基础底面以下 0.5m ，地基承载力满足设计要求。季节性冻土区域。如东北平原风电厂，竖向设计需将基础底面高程设于冻结深度以下，避免冻胀力导致基础开裂。某风电厂因基础底面高程仅 1.0m ，冬季冻胀导致基础倾斜量达 3‰ ，超出规范允许值（ 1‰ ）。

3.2 基础周边坡度与抗滑稳定性

竖向设计中基础周边坡度直接影响基础抗滑稳定性：边坡超载风险。若风机基础周边坡度 >5% ，且坡顶堆土，易形成边坡超载，增加基础抗滑力矩。某山地风电厂风机基础周边坡度 8% ，坡顶堆土高度 2m ，导致基础抗滑稳定系数从 1.3 降至 1.05，需通过竖向设计清理坡顶堆土，并将坡度降至 5% ，稳定系数恢复至 $1 . 2 5 。$ 。渗透破坏风险。基础周边坡度不当易引发渗透破坏，如某风电厂基础周边坡度 6% ，暴雨后雨水入渗导致边坡土体内孔隙水压力升高，引发浅层滑坡，滑坡体推移基础，导致基础位移 100mm 需通过竖向设计在基础周边设置防渗膜及截水沟，减少雨水入渗。

3.3 土方开挖与基础持力层

竖向设计中土方开挖量与开挖深度，影响基础持力层稳定性：超挖导致的承载力不足。若竖向设计开挖深度过大，超出持力层范围，易导致基础沉降。某风电厂因竖向设计开挖深度达 5m （持力层在 3m深度），基础置于软弱土层，运行 1 年后沉降量达 20mm ，需通过注浆加固处理，增加成本 20 万元/台。欠挖导致的荷载传递不均。若开挖深度不足，基础底面存在浮土，易导致荷载传递不均，基础倾斜。某风电厂基础开挖深度仅 2m ，浮土厚度 500mm ，运行后基础倾斜量达 2‰ ，需二次开挖清理浮土。

3.4 地质协同的土方平衡

勘察先行：通过详细地质勘察，绘制“地质剖面图 +. 土方平衡图”，明确挖填分区，避免在断层、滑坡体等不稳定区域开挖；就地利用：开挖的合格土方优先用于回填，不合格土方需外运至指定弃土场，外运距离≤5km；动态调整：施工过程中若发现实际地质与勘察不符（如遇到隐藏溶洞），需及时调整竖向设计，采用“注浆填充 .+ 钢筋混凝土盖板”处理，确保基础稳定性。

4 未来展望

4.1 技术创新

引入BIM+GIS数字化建模技术，构建竖向设计三维模型，模拟不同降雨、地质条件下的排水与基础受力状态，实现设计方案动态优化；

4.2 标准完善

针对不同地形风电厂，制定竖向设计专项标准，明确排水坡度、标高安全系数、抗滑措施等关键参数的取值范围；

4.3 智慧运维

在风机基础周边布设传感器（水位、沉降、倾角传感器），实时监测竖向设计相关指标，异常时自动预警，提升运维响应速度。

结语

风电厂总图竖向设计通过场地标高、坡度、坡向、土方平衡四大要素，从“排水安全”与“基础稳定”双维度影响工程质量，标高偏差 0.3m 以上或坡度偏差 0.2% 以上，会显著增加积水风险与基础失稳概率；平原风电厂需重点控制场地标高与排水坡度（ 0.5%-1% ），山地风电厂需优先优化坡向与抗滑措施，沿海风电厂需强化防洪标高与防波设计，不同地形需差异化设计；通过“标高适配地形、坡度协同排水、坡向保障抗滑、土方平衡地质”的优化策略，可使场地积水率降低 90% 以上，风机基础稳定性提升 20%-30% ，工程成本降低 10%-15% 。

参考文献

［1］刘建兵.浅谈山地光伏电站总图布置方法及施工难点解决方案［J］.电力电网，2018（3）：116.

［2］买发军，吕丹，白荣丽.山地光伏电站总图布置方法及施工难点解决方案［J］.太阳能，2018（7）：76-78.

［3］宋娟.浅谈山地光伏项目总平面布置［J］.城市建设理论研究，2016（13）：4418