高度可调的模块化预应力风机基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及风力发动机用塔筒基础技术领域，尤其是涉及一种高度可调的模块化预应力风机基础及其施工方法。

背景技术

近几年，随着国家能源结构不断优化调整，新能源范畴的风力发电得到重视，加之国家政策在各方面的大力支持，国内风力发电发展迅速。传统风机基础包括肋梁基础、扩展基础、锚杆基础等，其钢筋绑扎复杂、费时，模板支护复杂，施工质量及进度难保证；其次，基础土方及现浇混凝土工程量大，对水土保持、环境影响较大；再次，当在滩涂区域建设风电场时需考虑防洪问题，但传统风机基础无法满足防洪要求；最后，现有风机在建设时投入劳动力多、工程造价较高，而当风电场运行期结束后，风机基础又不可回收再利用，造成了资源的大量浪费。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种造价低、施工速度快、环境影响小、安全稳定、可防洪、可回收的高度可调的模块化预应力风机基础，同时提供上述风机基础的施工方法，具体可采取如下技术方案：

本发明所述的高度可调的模块化预应力风机基础，所述风机基础包括

多个拼装单元，所述拼装单元沿水平方向依次拼接构成闭合环状结构，每一拼接单元均由中心部和延伸设置在所述中心部外侧的翼缘部组成；

水平连接件，包括设置在所述中心部的第一紧固螺栓和第二紧固螺栓，以及设置在所述翼缘部的第三紧固螺栓，所述第一紧固螺栓、第二紧固螺栓和第三紧固螺栓均用于连接相邻拼接单元；

预应力锁紧组件，包括设置在中心部的纵向锚杆、设置在中心部顶面的上锚板和设置在中心部底面的下锚板，所述纵向锚杆与上锚板和下锚板紧固相连。

所述中心部的拼接面开设有与第一紧固螺栓相适配的第一安装孔和与第二紧固螺栓相适配的第二安装孔，所述第一安装孔靠近中心部的外侧壁设置并与中心部外侧壁上开设有第一安装槽相连通，所述第二安装孔靠近中心部的内侧壁设置并与中心部内侧壁上开设有第二安装槽相连通；所述翼缘部的拼接面上设置有肋梁，所述肋梁上开设有与第三紧固螺栓相适配的第三安装孔。

所述肋梁末端延伸至翼缘部的外缘，且翼缘部上设置有端部与肋梁末端相接的隔梁，所述隔梁与两侧的肋梁构成配重腔。

所述翼缘部的拼接面上设置有第一定位对和第二定位对。

所述第一定位对包括设置在翼缘部一侧拼接面上的阳槽，和设置在另一侧拼接面上与所述阳槽相适配的阴槽。

第二定位对包括设置在翼缘部一侧拼接面上的定位杆，和设置在另一侧拼接面上与所述定位杆相适配的插装孔。

所述中心部开设有纵向通孔，所述纵向通孔的内壁上设置有PVC波纹管，所述纵向锚杆上缠绕有钢绞线并设置在所述波纹管内，纵向锚杆和波纹管通过灌注水泥浆固结在一起。

所述中心部包括位于下部的固定段和位于上部的调高段。

所述中心部的纵向拼接面上设置有位于纵向锚杆与第一紧固螺栓之间的纵向止水条，中心部的横向拼接面上设置有纵向锚杆与第二紧固螺栓之间的环向止水条。

一种高度可调的模块化预应力风机基础的施工方法，包括如下步骤：

第一步，开挖基坑，并在基坑的底部浇筑混凝土垫层；

第二步，逐个吊装拼装单元至预定位置并完成拼装，然后依次安装第三紧固螺栓、第二紧固螺栓和第一紧固螺栓，对第三紧固螺栓、第二紧固螺栓和第一紧固螺栓进行紧固时均按照先奇数后偶数且上下同时开始的顺序进行；之后安装预应力锁紧组件；

第三步，对基坑进行回填，并根据地质情况判断是否在各拼装单元构成的闭合环状结构中心内进行回填，对回填土进行分层压实直至与零地面平齐，完成施工。

本发明提供的高度可调的模块化预应力风机基础，可通过工厂化预制批量生产各模块和现场装配相结合，大大提高了施工速度，缩短了施工周期；还可以根据施工要求灵活调节中心部高度，以满足项目的防洪要求；除此之外，还可以通过对各拼装单元的回收和循环利用降低项目投资费用；采用上述结构的风机基础在施工时，用料省、投资低，吊运安装快捷方便，极大地满足了滩涂区域建设风电场时的防洪要求。

与现有技术相比，本发明的优点具体如下：

1.本发明拼装单元的中心部分为上下两段，可根据防洪要求调整高度，大大提高风电场的安全性，且增高承台（即中心部）可减小钢制塔筒高度，从而提高塔筒整体刚性，能有效减小噪音和塔筒振动，有利于环保和增加发电量；

2.本发明的拼装单元全部采用螺栓连接，机械化作业程度高，施工工作面比传统方法减少一半以上，劳动力投入少；各拼装单元之间设有多种定位机构，方便定位，模块之间契合度高，整体受力均匀；

3.本发明的下锚板与高度调节螺栓相连，能灵活控制锚杆安装空间，使锚杆安装更便利；

4.本发明在竖向锚杆上绕接钢绞线构成预应力混合锚杆，受力时具有锚杆和锚索的混合特性，能承受更大的上部荷载，能减小锚杆钢材用量，对于不同高度的基础承台适用性更强；

5.本发明在锚杆安装孔内壁上设置PVC波纹管，使锚杆与基础能够更加充分地融合，调整锚杆受力状况，有利于减少对锚杆的维护工作量；

6.本发明在安装时按照一定的顺序对各种连接螺栓进行紧固，优化了拼接单元的连接结构，使风机基础受力更加均匀；

7.本发明的模块化可调式风机基础属预制拼接产品，各零部件进行拆分、移动非常方便，安装灵活简便，并可回收再次利用；

8.本发明拼装单元的翼缘部设置有隔梁与肋梁组成的三角配重腔，可根据风机基础上部荷载采用不同级配砂石或就地取材进行配重，减少混凝土用量，进一步降低工程造价；

9.本发明的拼装模块采用工厂化生产，无需现场浇筑混凝土，施工过程简单，施工进度有保障；由于安装作业面小，基础开挖范围小，能够极大地减轻对水土和环境的影响，满足当前日益严格的施工要求；

10.本发明在拼装单元的拼接面之间设置止水条，使风机基础的耐久性、抗腐蚀性均有较大提高。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1的俯视图（省略回填土）。

图3是图2中心部的放大图。

图4是本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1：

如图1-3所示，本发明所述的高度可调的模块化预应力风机基础，包括八个拼装单元（可根据具体情况调整数量），上述拼装单元结构相同，其沿水平方向依次拼接，并通过水平连接件和预应力锁紧组件进行紧固连接构成空心闭合环状结构。上述每个拼装单元均由中心部和延伸设置在所述中心部外侧的翼缘部组成，中心部较高，其顶部用于安装风机（即为风机承台），翼缘部是为了增加中心部的平稳性而设，同时，还可通过在翼缘部上设置相关机构进行拼装定位和紧固。

具体地，每个拼装单元的翼缘部均包含有延伸设置在中心部外侧的底板1.1、设置在底板1.1两侧拼接面上的肋梁1.2、以及与肋梁1.2端部连接在一起的隔梁1.3组成，上述肋梁1.2端部延伸至底板1.1边缘，其与隔梁1.3构成的三角形配重腔可以盛放不同级配砂石或就地取材进行配重，减少混凝土用量，有利于降低工程造价。为了方便拼装单元的拼接定位，翼缘部的拼接面上设置有第一定位对2.1和第二定位对2.2，上述第一定位对包括设置在一侧肋梁1.2上的阳槽，和设置在另一侧肋梁1.2上的阴槽，上述阳槽和阴槽位置对应，形状相适配。第二定位对2.2包括设置在底板1.1一侧拼接面上的定位杆，和设置在底板1.1另一侧拼接面上插装孔，该定位杆和插装孔位置对应、相互适配。上述定位机构能够全方位保证拼装单元的拼接准确性，减小风机基础因安装错位产生的不均匀受力。

上述水平连接件包括用于连接相邻拼装单元中心部的第一紧固螺栓3.1和第二紧固螺栓3.2，以及用于连接相邻肋梁1.2的第三紧固螺栓3.3。其中，第一紧固螺栓3.1靠近中心部外侧设置，并采用直螺栓；第二紧固螺栓3.2靠近中心部内侧设置，并采用弯螺栓。为了方便安装第一紧固螺栓3.1，在中心部的两侧拼接面上分别开设有两个与第一紧固螺栓3.1相适配的第一安装孔和两个与第二紧固螺栓3.2相适配的第二安装孔，并且，在中心部的外侧壁上开设有两个第一安装槽3.4，其分别与两个第一安装孔相连通，用于穿设直螺栓，并在其端部旋拧紧固螺母；同样地，为了方便安装第二紧固螺栓3.2，在中心部的内侧壁上开设有两个第二安装槽3.5，其分别与两个第二安装孔相连通。而拼装单元的每个肋梁1.2上则开设有与第三紧固螺栓3.3相适配的第三安装孔，通常情况下，第三安装孔成列设置，并设置多列。上述插装孔、第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔的内壁上均套接有PVC管。

上述预应力锁紧组件包括设置在中心部的纵向锚杆4.1、设置在中心部顶面的上锚板4.2和设置在中心部底面的下锚板4.3。上锚板4.2和下锚板4.3均为环形板。其中，纵向锚杆4.1上缠绕钢绞线构成预应力锚杆，其通过灌注水泥浆的方式安装在中心部开设的纵向通孔内，纵向通孔的内壁上套接有PVC波纹管，以便与纵向锚杆4.1与中心部的充分融合。安装时，将下锚板4.3放置在中心部下方，并通过高度调节螺栓4.4调节下锚板4.3高度，然后，通过螺母将纵向锚杆4.1和下锚板4.3、上锚板4.2连接在一起。

为了防止水流进入连接处腐蚀金属零部件，在中心部的纵向拼接面上设置有位于纵向锚杆4.1与第一紧固螺栓3.1之间的纵向止水条5.1。

实施例2：

为了应对防洪问题，简化施工，降低投资成本，将中心部预制为两部分，即位于下部和翼缘部连接在一起的固定段6.1和位于上部单独预制的调高段6.2。通常情况下，调高段6.2和固定段6.1数量相同，也可在满足拼接要求的情况下，在保持拼接结构和锁紧结构不变的情况下，减少调高段6.2的划分数量，进行大体积预制，以此减少预制工作量、吊装工作量。拼装调高段6.2和固定段6.1时，上锚板4.2位于调高段6.2的顶面上，下锚板4.3位于固定段6.1的底面上，纵向锚杆4.1同时穿过调高段6.2和固定段6.1对两者进行紧固，且在两者的横向拼接面上应安装位于纵向锚杆4.1与第二紧固螺栓3.2之间的环向止水条5.2。其与部分均与实施例1相同。

本发明所述的高度可调的模块化预应力风机基础的施工方法，包括如下步骤：

第一步，开挖基坑，并在基坑的底部浇筑混凝土垫层；

第二步，逐个吊装拼装单元至预定位置并完成拼装，然后依次安装第三紧固螺栓、第二紧固螺栓和第一紧固螺栓，对第三紧固螺栓、第二紧固螺栓和第一紧固螺栓进行紧固时均按照先奇数后偶数且上下同时开始的顺序进行；之后安装预应力锁紧组件；

第三步，对基坑进行回填，并根据地质情况判断是否在各拼装单元构成的闭合环状结构中心内进行回填，对回填土进行分层压实直至与零地面平齐，完成施工。

具体地，以下以实施例2所述的风机基础来说明具体的施工步骤：

第一步，开挖基坑，并在基坑的底部浇筑混凝土垫层，垫层浇筑需平整，以方便拼装单元的定位拼装和紧固，并使拼装完成的风机基础受力均匀；

第二步，将纵向止水条5.1和安装在各拼装单元的相应位置上，再逐个吊装包含固定段6.1的拼装单元，将其放置在预定位置，并通过配套的定位杆和插装孔、阴槽和阳槽完成定位拼装，然后依次安装肋梁处的第三紧固螺栓3.3、中心部内侧的第二紧固螺栓3.2和中心部外侧的第一紧固螺栓3.1，对第三紧固螺栓3.3、第二紧固螺栓3.2和第一紧固螺栓3.1进行紧固时均按照先奇数后偶数且上下同时开始的顺序进行；之后，安装下锚板4.3和纵向锚杆4.1，再在拼装完毕的固定段6.1上表面相应位置处安装环向止水条5.2，然后逐个吊装调高段6.2构成的拼装单元，使其上的纵向通孔与纵向锚杆4.1相对应，将调高段6.2安装在固定段6.1上后，通过第二紧固螺栓3.2和第一紧固螺栓3.1进行紧固，并安装上锚板4.2，通过紧固螺母锁紧纵向锚杆4.1；

第三步，对基坑进行回填，并根据地质情况判断是否在各拼装单元构成的闭合环状结构中心内进行回填，对回填土进行分层压实直至与零地面平齐，完成施工。

需要说明的是，在本发明的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。