风力发电机组基础加固系统的制作方法

本发明属于风力发电机组基础加固技术领域，具体涉及一种风力发电机组基础加固系统。

背景技术

我国大规模风力发电场建设始于2005年，初期建设的风机单机容量较小，2011年以前建设的风电场主流机型单机容量为1500kw，轮毂高度和叶轮直径较小。从2012年开始，随着生产制造水平提升单机容量2000kw及以上的风机得到广泛应用，轮毂高度和叶轮直径越来越大，塔筒传给基础的荷载也大幅度增加。到目前为止，我国已建单机容量1500kw的风电场总体建设规模占比近50%。

早期建设的风电场选址均位于建设条件好、风资源丰富的区域，从发展的角度看，小容量风力发电机组对区域风资源利用率低，随着风电机组性能下降及设计使用寿命（20年）到期，单机容量小的风力发电场进行以大代小的技术升级改造将成为必然趋势，2025年后将有大量存量风电场工程需要改造，采用高性能、大功率风电机组代替原有风电机组。

风力发电场进行以大代小的升级改造时，如果将原有风机基础直接破除在原位置新建基础将产生大量建筑垃圾、占用土地，同时基础投资成本高；如果直接将原有基础废弃而在附近重新建造风机基础，则将造成土地资源重复浪费。

本发明可有效利用原有风机基础可以防止产生大量建筑垃圾、节约占地、减小投资，效益明显。

技术实现要素：

本发明所解决的主要技术问题即在于提供一种风力发电机组基础加固系统。

本发明所采用的技术手段如下所述。

一种风力发电机组基础加固系统，包括原风力发电机组基础及加固系统，所述原风力发电机组基础包括基础底座、基础短柱及埋设于基础短柱内的基础环，所述基础环顶部设置有基础法兰，所述加固系统包含复数个扩展基础，复数个扩展基础梁，增容基础环及拓展基础短柱，所述加固系统由现浇钢筋混凝土一体成型。

依据上述技术特征，所述扩展基础间隔设置于基础底座下方周围，所述扩展基础包含位于基础底座下方内部的第一部分及延伸出外部的第二部分。

依据上述技术特征，所述扩展基础梁自所述第二部分上方浇筑至所述基础底座上端。

依据上述技术特征，所述增容基础环包含竖筒、上部连接法兰及中部连接法兰；所述增容基础环通过中部连接法兰与基础法兰的连接与所述基础环固定连接。

依据上述技术特征，所述拓展基础短柱自所述基础短柱下端外围向上延伸设置，直至延伸包覆至所述上部连接法兰下方。

依据上述技术特征，所述拓展基础短柱内相邻基础短柱外周埋植有复数根钢筋，所述复数根钢筋一端埋设于基础底座内部，另一端埋设于拓展基础短柱内部。

依据上述技术特征，所述钢筋位于基础底座内的混凝土损伤区域填充有高强灌浆料。

依据上述技术特征，所述增容基础环还包括环底法兰及复数根基础环加劲肋，所述复数根基础环加劲肋竖向间隔设置于竖筒和环底法兰连接处。

依据上述技术特征，所述中部连接法兰具双层法兰结构，包含上法兰板、下法兰板及间隔布置在上下法兰板之间的复数个肋板。

依据上述技术特征，所述扩展基础梁宽度小于扩展基础。

依据上述技术特征，所述复数个扩展基础均匀设置于基础底座下方，个数为4~8个。

依据上述技术特征，所述基础环、基础短柱、增容基础环及拓展基础短柱呈同心圆方式布置。

依据上述技术特征，所述竖筒、中部连接法兰、基础环及基础短柱之间形成环形空腔，所述环形空腔内填充有高强灌浆料。

依据上述技术特征，所述中部连接法兰与基础法兰通过螺栓与所述基础环连接。

藉此，本发明所产生的有益效果如下所列：

1、扩展基础与扩展基础梁为一体结构、间隔包覆于基础底座外表面，避免了对原基础下部地基土产生较大的扰动。

2、加固系统与原风力发电机组基础由新浇钢筋混凝土一体成型，使得地基承载力得到提高，使得加固后的钢筋混凝土基础可有效抵抗由于容量增加引起的新增荷载。

3、增容基础环设计有独特的中部双层连接法兰及加劲肋结构，其中加劲肋分别间隔设置在上下法兰板之间以及竖筒和环底法兰连接处，这种独特的设计结构既可以提高增容基础环的承载力，又能有效平衡增容基础环与原风力发电机组基础之间的受力状况。

4、与破除原有地基基础上新建风力发电机组基础的方法相比，并按一个50mw的风电场测算，采用本发明所述方式，钢筋混凝土工程量仅为新建基础工程量的1/3，即可节省造价1000万元，经济效益显著，市场潜力巨大，可以在风电领域大规模推广和使用。

附图说明

图1为改造风力发电机组基础三维示意图。

图2为改造基础平面布置图。

图3为图2中改造基础1-1截面剖面图。

图4为图3中2-2截面剖面图。

图5为图3中3-3截面剖面图。

图6为增容基础环示意图。

图7为改造基础凸形结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图3，其分别为本发明改造风力发电机组基础三维示意图、改造基础平面布置图及改造基础1-1截面剖面图。本发明所述的风力发电机组基础加固系统，包括原风力发电机组基础1及加固系统，所述加固系统与所述原风力发电机组基础1由现浇钢筋混凝土一体成型；其中所述原风力发电机组基础1包括扩展式圆形基础底座11、位于基础底座11中心的基础短柱12及下端埋设于基础短柱12内的基础环13，所述基础环13顶部设置有连接风机钢塔筒（图中未示出）的基础法兰131；本发明重点改进在于，在原有风机基础上增加加固系统，其中所述加固系统包含复数个扩展基础2，复数个扩展基础梁3，增容基础环4及拓展基础短柱5。

根据原风力发电机组运行情况及改造后的风机载荷情况，在提高原风机基础承载力，同时又避免对原风机基础结构改造程度过大而带来不良影响的基础上，在所述基础底座11周围向下挖设4~8个均匀间隔排布的扩展基坑14，所述扩展基坑14包含第一基坑141，其设置于基础底座11下方，还包含第一基坑141向外延伸挖设出的第二基坑142；在所述基础底座11下表面与扩展基坑14上表面之间浇筑混凝土形成相应数量的扩展基础2，所述扩展基础2相应包含位于基础底座11下方内部的第一部分21及延伸出外部的第二部分22。

进一步讲，在上述扩展基础2所设情况下，自所述第二部分22上端面至所述基础底座11上端面的浇筑扩展基础梁3，所述扩展基础梁3与扩展基础2连接处的轴向外侧面齐平且扩展基础梁3宽度小于扩展基础2，形成一凸形结构（请参阅图7改造基础凸形结构示意图），该结构具有全方位包裹原风机基础，并确保新、旧两结构整体结合紧密度的效果。

请一并参阅图3及图6，其中图6为增容基础环示意图。如图所述，所述增容基础环4包含竖筒41、上部连接法兰42、中部连接法兰43（图中未示出）、环底法兰44、复数根基础环加劲肋45及复数个均匀间隔设置的预留工艺孔46，所述预留工艺孔46位于上部连接法兰42与中部连接法兰43之间的竖筒41壁面上，本发明在使用中可在所述预留工艺孔46中铺设钢筋，用以增强增容基础环4与所述拓展基础短柱5之间的连接性，进一步提高增强增容基础环4承载力。所述增容基础环4通过中部连接法兰43与基础法兰131的连接与所述基础环13固定连接；所述增容基础环4通过环底法兰44和钢筋6通过拓展基础短柱5的混凝土与所述原风力发电机组基础1固定连接。所述增容基础环4浇筑于拓展基础短柱5内，其环底法兰44连接面紧贴于基础短柱12顶部放置，并通过中部连接法兰43与基础法兰131的连接与所述基础环13固定连接，连接方式为螺栓连接，本发明在使用中可使用较长螺栓贯穿于上法兰板431与下法兰板432连接面的螺栓孔47与基础法兰131紧密连接。其中，所述中部连接法兰43设计为双层法兰结构，其包含上法兰板431、下法兰板432及间隔布置在上下法兰板之间的复数个肋板430，用以增强所述增容基础环中部连接法兰43的刚度，使之不易变形。

为确保增容基础环环底法兰44将部分上部荷载有效传递给改造后的风力发电机组基础，将所述复数根基础环加劲肋45竖向间隔设置于竖筒41和环底法兰44连接处，所述基础环加劲肋45亦可增强环底法兰44刚度。所述竖筒41、中部连接法兰43、基础环13及基础短柱12之间形成环形空腔7，所述环形空腔7内填充有高强灌浆料8，用以改善基础环受力状况。

请结合图3所示，所述拓展基础短柱5自所述基础短柱12下端外围向上延伸设置，直至延伸包覆至所述上部连接法兰42下方，所述拓展基础短柱5的环宽设置可根据每个风力发电机组运行情况及改造后的风力发电机组传递给增容基础环的荷载大小而定，所述复数个扩展基础梁3上端与拓展基础短柱5连接，使得扩展基础2、扩展基础梁3、增容基础环4及拓展基础短柱5经现浇混凝土一体成型。其中，扩展基础厚度、扩展基础梁的厚度及拓展基础短柱环宽等各个参数的设计可视改造后的风力发电机组传递给增容基础环的荷载大小和原风力发电机组基础设计的实际情况加以灵活应用。

所述拓展基础短柱5内埋设复数根钢筋6，所述钢筋6位于拓展基础短柱5内相邻基础短柱12外周，其一端埋设于基础底座11内部，另一端埋设于拓展基础短柱5内部，其中位于基础底座11内的钢筋6周围形成混凝土植筋孔区域61，所述混凝土植筋孔区域61填充有高强灌浆料8，以使钢筋受力牢靠，在所述复数根钢筋6的加固作用和拓展基础短柱5的混凝土锚固作用下，使增容基础环环底法兰44传递下来的上部载荷得到有效传递。

请参阅图3并配合参阅图5，图5为图3中3-3截面剖面图。如图所述，所述基础环13、基础短柱12、增容基础环4及拓展基础短柱5呈同心圆方式布置，该布置方式确保了新、旧结构应力的均匀分布。

本发明在实施中，为确保加固系统与原风力发电机组基础结合牢靠，可按照混凝土结构施工缝技术要求进行处理，例如，凿毛、刷界面剂、植筋等方式。

具体而言，本发明的一种风力发电机组基础加固系统具有下列特点：（1）、所述增容基础环各部件的设计、扩展基础与扩展基础梁的个数、扩展基础厚度、扩展基础梁的厚度及拓展基础短柱环宽等各个参数的设计可视改造后的风力发电机组传递给增容基础环的荷载大小和原风力发电机组基础设计的实际情况加以灵活应用，如此一来，可防止大量建筑垃圾、避免浪费，具有节约占地、施工灵活等特点；（2）、本发明中具有扩展基础与扩展基础梁一体凸形结构及增容基础环中独特的中部双层连接法兰、加劲肋及预留工艺孔结构，透过上述结构设计可有效使原地基承载力得到提高。