CN205046570U - 一种组装式预应力锚索风机基础装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组装式预应力锚索风机基础装置，涉及建设工程中大型风力发电机组固定技术领域。本装置是：沿圆形基坑内壁从下到上依次设置有基础底环、组合式混凝土圆筒和基础顶环；在组合式混凝土圆筒内，从下到上依次设置有预制混凝土底件、回填土和预制混凝土顶件；预应力锚索从下到上依次穿过基础底环、组合式混凝土圆筒的穿孔和基础顶环，在基础底环和基础顶环的顶面分别连接有高强螺母。本实用新型基础牢固，节省工程投资，施工进度快，尤其是预应力锚索可提供更大的预应力，有效预防因弯矩过大引起的风机塔筒倾斜，可保证风机在极端条件下安全运营。

Description

一种组装式预应力锚索风机基础装置

技术领域

本实用新型涉及建设工程中大型风力发电机组固定技术领域，尤其涉及一种组装式预应力锚索风机基础装置。

背景技术

风力发电机组基础通常要承受360度方向的重负荷载而且具有大偏心受力的特性，塔筒承受的荷载传至基础环，再通过基础环传至基础。在欧美国家风力发电技术较成熟，对风电基础设计有较早的研究，对风电机组的基础和上部支撑结构设计已经有了比较标准成熟的技术，一些风力发电强国已经开始由陆上风电向海上风电扩展。美国P&H无张力锚杆和P&H无张力灌注桩基础已经在我国成功得到应用。我国是一个发展中国家，虽然在风能的利用方面有着悠久的历史，但是在风力发电机的研究方面却起步较晚。风机基础的主要类型包括传统的重力式独立基础、桩基础和锚杆基础。重力式独立基础是最简单的基础型式，但造价高，抵抗极端工况的能力较差；桩基础安全可靠，但施工周期长，造价最高；锚杆基础受制于锚杆本身的强度和刚度，锚杆必须布置的比较密集，未考虑群锚效应、锈蚀和疲劳损伤。国外从20世纪末、我国则从最近几年以来，开始较大规模的滩涂和海上风电建设，风机结构的耐久性问题越来越受到关注。一般风力发电机组的设计寿命为15～20年，风机基础的设计寿命为50年，为此，基础的耐久性是风机基础设计时考虑的重要内容之一。

目前风力发电基础以重力式基础和锚杆灌注桩基础为主，但随着风力发电的发展，重力式基础出现了一些不可克服的缺点，如造价过高、长期性能不足、锚杆抵抗弯矩能力不足、现浇混凝土施工周期较长等，难以满足风电场快速施工和长期安全运营的要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种质量好、造价低、施工方法简单、施工速度快、耐久性好的组装式预应力锚索风机基础装置，为陆上风电场设计施工和安全运营提供技术保障。

本实用新型的目的是这样实现的：

一、组装式预应力锚索风机基础装置（简称装置）

本装置包括圆形基坑、组合式混凝土圆筒、预应力锚索、预制混凝土顶件、高强螺母、回填土、基础底环、预制混凝土底件和基础顶环；

其位置和连接关系是：

沿圆形基坑内壁从下到上依次设置有基础底环、组合式混凝土圆筒和基础顶环；

在组合式混凝土圆筒内，从下到上依次设置有预制混凝土底件、回填土和预制混凝土顶件；

预应力锚索从下到上依次穿过基础底环、组合式混凝土圆筒的穿孔和基础顶环，在基础底环和基础顶环的顶面分别连接有高强螺母。

二、组装式预应力锚索风机基础装置的施工方法（简称方法）

本方法基于上述的组装式预应力锚索风机基础装置，包括以下步骤：

①开挖圆形基坑，在圆形基坑底部沿圆周方向将若干预制管片进行组装，组装过程中保证预制管片紧贴圆形基坑的内侧壁，形成第一层组合式混凝土圆筒；

②在已形成的第一层组合式混凝土圆筒上放置金属基础底环，保证基础底环的螺孔与预制管片的穿孔对准，将预应力锚索***穿孔内，利用高强螺母将预应力锚索和基础底环固定为一体；

③将若干预制管片按照由下而上的顺序依次穿过预应力锚索串联为一个整体，最终组装成与圆形基坑侧壁紧密接触的组合式混凝土圆筒；

④将基础顶环穿过预应力锚索放置在组装成功的组合式混凝土圆筒上，利用高强螺母将预应力锚索和基础顶环紧紧固定在一起；

在组装成功的组合式混凝土圆筒内，首先用预制混凝土底件封底，然后填入回填土并压实，最后在顶端用预制混凝土顶件封顶，同时保证预制混凝土顶件的上表面与基础顶环的上表面及圆形基坑的顶面平齐；

对伸出圆形基坑顶面的预应力锚索进行张拉施加预应力，从而使混凝土受到压力，提高整个基础结构的稳定性。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

①本装置建造在开挖好的圆形基坑当中，利用预制管片按照从下到上的顺序依次组装成组合式混凝土圆筒，通过预应力锚索穿过组合式混凝土圆筒并固定为一个整体，组成承担风机上部荷载的主要受力构件，施工方法简单、施工速度快；

②在组装而成的组合式混凝土圆筒内部由下而上依次放置预制预制混凝土底件、回填土和预制混凝土顶件；预制混凝土底件和预制混凝土顶件可以隔绝大气和水对基础结构的侵蚀，提高结构的耐久性；在预制混凝土底件和预制混凝土顶件之间回填回填土，充分利用了现场开挖的土料，在保证安全的同时降低了施工成本；

③通过高强螺母将预应力锚索、基础底环和基础顶环连为一体，并使用高强螺母固定，可保证基础结构的整体性和预应力锚索的张拉效果；

④用预应力锚索代替一般锚杆对基础结构进行加固处理，可大大降低钢筋的用量，节省工程投资；

较一般锚杆而言，预应力锚索可提供更大的预应力，使土质地基和混凝土基础结构紧密贴合在一起，让地基和混凝土基础结构共同承担风机上部结构传来的静力和动力荷载，有效预防因弯矩过大引起的风机塔筒倾斜，可保证风机在极端条件下安全运营。

总之，本实用新型基础牢固，节省工程投资，施工进度快，尤其是预应力锚索可提供更大的预应力，有效预防因弯矩过大引起的风机塔筒倾斜，可保证风机在极端条件下安全运营。

附图说明

图1为本实用新型的结构主视图；

图2为本实用新型的结构俯视图。

其中：

1—圆形基坑；

2—组合式混凝土圆筒，

2.1—预制管片，

2.1.1—穿孔；

3—预应力锚索；

4—预制混凝土顶件；

5—高强螺母；

6—回填土；

7—基础底环；

8—预制混凝土底件；

9—基础顶环。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型详细说明：

一、装置

1、总体

如图1、2，本装置包括圆形基坑1、组合式混凝土圆筒2、预应力锚索3、预制混凝土顶件4、高强螺母5、回填土6、基础底环7、预制混凝土底件8和基础顶环9；

其位置和连接关系是：

沿圆形基坑1内壁从下到上依次设置有基础底环7、组合式混凝土圆筒2和基础顶环9；

在组合式混凝土圆筒2内，从下到上依次设置有预制混凝土底件8、回填土6和预制混凝土顶件4；

预应力锚索3从下到上依次穿过基础底环7、组合式混凝土圆筒2的穿孔2.1.1和基础顶环9，在基础底环7和基础顶环9的顶面分别连接有高强螺母5。

工作原理：

本实用新型包括一个圆形基坑1，在圆形基坑1内放置紧贴其内侧壁的组合式混凝土圆筒2，该组合式混凝土圆筒2由预制管片2.1按照从下到上的顺序依次组装而成，并通过预应力锚索3连接；所述的基础底环7为一圆环状结构，其上设有与风机塔筒底法兰螺栓孔相匹配的螺孔，与螺孔数量相同且同心的预应力锚索3与基础底环7固定为一体埋设于开挖好的圆形基坑1底部，预应力锚索3一端穿过基础底环7的螺孔，通过高强螺母5固定于基础底环7上，另一端穿过金属基础顶环9并伸出基坑1顶面一段距离；在预制管片2.1上同样设置有与基础环相匹配的螺孔，若干预制管片2.1由下而上依次穿过预应力锚索3串联为一个整体，直至圆形基坑1顶面；在组合式混凝土圆筒2内由下而上依次放置预制基础底环7、回填土6和基础顶环9，最终使基础顶环9的上表面与组合式混凝土圆筒2的上表面平齐；对伸出基坑顶面的预应力锚索3进行张拉施加预应力，从而使组合式混凝土圆筒2受到压力，抵抗风机上部结构传递下来的巨大弯矩，提高整个基础结构的稳定性；预应力锚索3的伸出段将来和风机塔筒下法兰由高强螺母5固定，风机塔筒下法兰是由风机厂商提供，是标准模式，风机厂商都有详细的技术说明和图纸供参考；本实用新型利用预应力锚索3代替一般锚杆，可提供更大的预应力，使土质地基和混凝土基础结构紧密贴合为一个整体，从而让地基和混凝土基础结构共同承担风机上部结构传来的静力和动力荷载；另外，本实用新型将组合式混凝土圆筒2根据实际工程分成若干段，通过预制管片2.1由下而上依次穿过预应力锚索3组装为一个整体，极大地提高了施工进度，具有造价低、质量好、施工方法简单、施工速度快等优点。

2、功能部件

本装置的功能部件均为常用件或标准部件。

1、圆形基坑1

圆形基坑1是一个在整平的土质场地上开挖的圆筒形基坑，直径15m左右，深度15～25m，具体尺寸根据风机型号及现场工程地质情况而定。

其功能是为风机基础施工提供空间。

2、组合式混凝土圆筒2

组合式混凝土圆筒2由上下M层圆环叠加而成，每个圆环由N个预制管片2.1首尾相接组成，M、N均为自然数；

预制管片2.1是一种弧形混凝土块，其上设置有4～6个穿孔2.1.1，穿孔2.1.1直径与预应力锚索3的直径匹配。

预制管片2.1长度约4m、高度约2m、厚度约1m，具体尺寸由实际圆形基坑1的尺寸而定。

其功能是和预应力锚索3共同承担上部结构传递下来的荷载，并将荷载分散到周围的地基中。

3、预应力锚索3

每根预应力锚索3由8～12根、直径13～15毫米的钢绞线压制而成，预应力锚索3的数量由设计而定；预应力锚索3伸出圆形基坑1的上端面15cm左右，以便后期的张拉和与风机下法兰的拼接。

其功能是用于施加预应力，使混凝土基础结构受到压力，从而抵抗竖向拔力和弯矩引起的基础开裂和变形。

4、预制混凝土顶件4

预制混凝土顶件4为C35~C40标号的混凝土预制而成的实心圆盘状结构，直径为圆形基坑1的直径减去两倍预制管片2.1的厚度，以保证预制混凝土顶件4与组合式混凝土圆筒2紧密相连为准，预制混凝土顶件4厚度1～2m。

5、高强螺母5

高强螺母5是利用合金钢或其它优质钢材制成后再经过热处理形成的一种承压型螺母。

其功能是将预应力锚索3和基础底环7及基础顶环9紧紧固定为一个整体。

6、回填土6

回填土6由开挖圆形基坑1的土体回填后充分压实而成的一实心圆柱体，底面直径与预制混凝土顶件4直径相同，高度约为圆形基坑1深度的2/3。

其功能是作为基础结构的一部分，与混凝土结构共同承担荷载。

7、基础底环7

基础底环7为金属圆环结构，其圆环上均匀设置有螺孔，螺孔数和预应力锚索3一致，螺孔的直径与预应力锚索3的直径匹配；

埋设于圆形基坑1的底部。

其功能是用于固定预应力锚索3和混凝土结构，使风机基础成为一个整体。

8、预制混凝土底件8

预制混凝土底件8和预制混凝土顶件4一样。

埋设于圆形基坑1的底部。

9、基础顶环9

基础顶环9和基础底环7一样。

埋设于圆形基坑1的顶部。

Claims (2)

1.一种组装式预应力锚索风机基础装置，其特征在于：

包括圆形基坑（1）、组合式混凝土圆筒（2）、预应力锚索（3）、预制混凝土顶件（4）、高强螺母（5）、回填土（6）、基础底环（7）、预制混凝土底件（8）和基础顶环（9）；

其位置和连接关系是：

沿圆形基坑（1）内壁从下到上依次设置有基础底环（7）、组合式混凝土圆筒（2）和基础顶环（9）；

在组合式混凝土圆筒（2）内，从下到上依次设置有预制混凝土底件（8）、回填土（6）和预制混凝土顶件（4）；

预应力锚索（3）从下到上依次穿过基础底环（7）、组合式混凝土圆筒（2）的穿孔（2.1.1）和基础顶环（9），在基础底环（7）和基础顶环（9）的顶面分别连接有高强螺母（5）。

2.按权利要求1所述的一种组装式预应力锚索风机基础装置，其特征在于：

所述的组合式混凝土圆筒（2）由上下M层圆环叠加而成，每个圆环由N个预制管片（2.1）首尾相接组成，M、N均为自然数；

预制管片（2.1）是一种弧形混凝土块，其上设置有4～6个穿孔（2.1.1），穿孔（2.1.1）直径与预应力锚索（3）的直径匹配。