Чому підсилення грунту під вітрогенераторами краще, ніж палі ?

Виробництво енергії з відновлюваних джерел, яке динамічно розвивається останні роки, зумовлює пошук оптимальних технологій для будівництва енергетичного обладнання. Особливий акцент робиться на будівництві вітряних електростанцій. Специфіка конструкції та розташування земельних ділянок, на яких побудовані вітроелектростанції, дуже часто вимагає використання такого рішення, як безпосередній фундамент – використання зміцнення грунту грунтоцементними колонами DSM, безвибурними палями СМС або сформованих за технологією буроін’єкції.

Спосіб виконання фундаментів повинен бути визначений на етапі проектування. Залежно від прийнятого рішення, умови роботи фундаменту змінюються, що безпосередньо впливає на  розміри фундаменту та витрати на його будівництво.

Пальовий фундамент – полягає на влаштуванні жорстких залізобетонних включень у грунті. Армування паль пов’язане з арматурою фундаментної плити. Навантаження передається на підстилаючі несучі шари ґрунту, розтягуючі сили передаються бічною поверхнею палі. Наслідком такого рішення є менший розмір фундаментної плити при одночасно більшому використанні арматурної сталі. Після завершення пальових робіт на випробувальних ділянках проводяться випробування несучої здатності грунтів зарпоектованими палями. Найчастіше наступні роботи призупиняються до проведення випробувань. Несуча здатність ґрунту перевіряється після досягнення бетоном повної міцності, яка триває до 28-30 днів.

Зміцнення грунтової основи – в грунті виконуються бетонні, залізобетонні або грунтоцементні включення. Для цього використовуються, наприклад, безвибурні палі CMC або буроін’єкційні палі CFA, які потім накриваються розподільчим шаром у вигляді геоматрасу або шару стабілізованого грунту. При такому влаштуванні фундамент вважається розміщеним безпосередньо на армованому грунті. Навантаження через розподільчий шар і елементи підсилення переноситься на нижні шари несучих грунтів, сили відриву врівноважуються розмірами фундаменту. Це рішення часом вимагає збільшення розмірів фундаменту, без з’єднання арматури колони з арматурою фундаментної плити. Загалом це дозволяє зменшити кількість арматурної сталі. Після виготовлення свай CMC або CFA проводяться випробування на безперервність тіла паль, що не затримують графіку робіт.

Безвибурні палі CMC виготовляються за допомогою спеціально розробленого витіснювального шнека, встановленого на машині, оснащеній редуктором з високим крутним моментом і вертикальним притиском. Шнек переміщує грунт горизонтально від осі отвору. Після переміщення грунту за межі колони подається бетонна суміш (під тиском). В результаті ми отримуємо композит ґрунту та колон, що співпрацює як однорідна конструкція з підвищеною несучою здатністю, що дозволяє безпосередньо встановлювати вітрогенератор.

Рис. 1. Схема виконання підсилення

Відповідаючи на титульне запитання, слід зробити економічний розрахунок, порівнюючи витрати на технологію влаштування паль разом із фундаментом та витрати на технологію зміцнення грунтової основи разом із фундаментом.

Менард має великий досвід зміцнення грунтів для вітрогенераторів та проводить порівняльний аналіз на стадії пропозиції у тісній співпраці з конструктором, що проектує фундаментну плиту.

Прикладом є вітроелектростанція, реалізована в 2019 році, яка включала 20 вітрогенераторів. На етапі тендеру було представлено дві концепції фундаменту. У наведеній нижче таблиці, підготовленій у співпраці з конструктором фундаментної плити, показано різницю в кількості матеріалів.


 
Кількість бетону на турбіну, м3Кількість сталі на турбіну, т
Рішення з підсилення грунтів405120
Пальове рішення375130

Рис. 2. Розріз по елементах підсилення основи

Рис 3. Робоча платформа

Рис. 4. Підсилення грунтової основи – виконання робіт

Фундамент, розміщений на підсиленому грунті, може здатися дорожчим, але після порівняння загальних витрат на залізобетонні роботи та зміцнення ґрунту або пальових робіт виявляється, що роботи, що виконуються на підсиленому грунті, дешевші. У даному випадку економія становила приблизно 15%. При реалізації інвестиції, що складалася з 20 турбін, отримання такої економії дає відчутні переваги, що підтверджує більшу рентабельність виготовлення фундаменту вітрогенератору на підсиленій основі за допомогою безвибурних паль CMC, грунтоцементних елементів DSM або паль CFA.

Крім того, приймальні випробування є важливим фактором, що впливає на витрати. Рішення з підсилення з підсилення грунтової основи в Європі не вимагає виконання дорогих випробувань навантаженням, що гальмують графік робіт.