一种风力发电机组基础环局部加固装置及加固方法与流程

本发明涉及风电领域，特别涉及一种风力发电机组基础环局部加固装置及加固方法。

背景技术：

近年来，在我国发电领域中，风力发电项目发展迅速，陆上风力发电机组建设量大大增加，但发电机组建成后，工程质量事故时有发生。经检测验证，大多数工程事故发生的原因是由于施工过程中，风机基础环附近表层混凝土质量控制不过关，混凝土实际强度低于设计强度，而风机长期在风荷载作用下振动，风机基础环与附近混凝土不断接触、挤压，特别是主风方向基础环附近的混凝土易出现拉裂或局部压溃，形成裂隙，导致风机出现摇摆现象。若风机的摇摆现象没有及时进行处理，随着时间的推移，表层混凝土不断受到基础环的挤压、冲击，产生疲劳效应，加之雨雪侵蚀，基础环主风向周边混凝土裂隙将不断向外部和下部延伸，风机的摇摆现象将越来越明显，当表层混凝土的损伤向下部延伸到一定深度时，风机基础环将由原整体侧向受力形式转变为局部上下两点杠杆受力形式，混凝土在循环受荷下，作为杠杆支点部位的基础环下法兰上部混凝土可能出现压溃现象，从而引起风力发电机的倒塌。

传统的风力发电机基础加固系统，针对风机基础表层混凝土的局部拉裂和压溃，造成基础环与混凝土间裂隙加大的现象，仅采用向缝隙中注入高强灌浆料或环氧树脂胶的方法，虽然固化后的高强灌浆料或环氧树脂胶可以填充产生的裂隙，但该方法并未考虑到基础环与混凝土间裂隙是由于风力发电机上部长期承受风荷载所产生的基础环振动引起的，在构造上未采取合理的措施有效地分散上部荷载传递到基础环的应力，从而减缓混凝土裂隙的产生和扩展，因此采用传统加固系统，混凝土产生裂隙的现象依旧会存在，加固后维持风力发电机正常运行的时间不会很长。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、传力路径好、使用寿命长的风力发电机组基础环局部加固装置，并提供一种风力发电机组基础环局部加固方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种风力发电机组基础环局部加固装置，包括原钢筋混凝土基础和局部加固装置；原钢筋混凝土基础包括基础底板、柱墩和基础环，基础底板埋入地面内，基础底板中部设有柱墩，基础环埋入柱墩内，基础环顶端与塔筒连接，所述局部加固装置包括新浇钢筋混凝土基础、内侧钢夹板单元、外侧钢夹板单元，所述基础环上部侧壁上呈环形分布多个螺栓孔，每个螺栓孔的内侧和外侧均分别设有一个内侧钢夹板单元和一个外侧钢夹板单元，多个内侧钢夹板单元呈环形布设在基础环上部内壁上，多个外侧钢夹板单元呈环形布设在基础环上部外壁上，内侧钢夹板单元、外侧钢夹板单元用螺栓紧固在基础环上，所述新浇钢筋混凝土基础浇筑在原钢筋混凝土基础上，以覆盖原钢筋混凝土基础和局部加固装置。

上述风力发电机组基础环局部加固装置，所述内侧钢夹板单元和外侧钢夹板单元上均设置上环板和下环板，并沿内侧钢夹板单元竖向、外侧钢夹板单元竖向分别设置若干加劲肋，加劲肋下部设有连接钢筋，连接钢筋上端焊接在加劲肋上，连接钢筋下端焊接在基础环的原基础钢筋上。

上述风力发电机组基础环局部加固装置，所述新浇钢筋混凝土基础内设有位于基础环内侧的内基础负弯筋和位于基础环外侧的外基础负弯筋，内基础负弯筋一端锚固于新浇钢筋混凝土基础中心，另一端与内侧钢夹板单元的上环板焊接，外基础负弯筋一端锚固于新浇钢筋混凝土基础外侧，另一端与外侧钢夹板单元的上环板焊接。

上述风力发电机组基础环局部加固装置，所述基础底板上位于柱墩外侧的部分与新浇钢筋混凝土基础的交界面竖向设有多根插筋。

上述风力发电机组基础环局部加固装置，所述基础环内侧和外侧均设有径向分布钢筋，基础环外侧的径向分布钢筋外侧端部通过植筋方式固定于基础底板内，基础环外侧的径向分布钢筋内侧端部与外侧钢夹板单元焊接，基础环内侧的径向分布钢筋外侧端部与内侧钢夹板单元焊接。

上述风力发电机组基础环局部加固装置，所述螺栓孔位于基础环上穿筒钢筋孔洞附近，且螺栓孔直径小于穿筒钢筋孔洞直径。

上述风力发电机组基础环局部加固装置，所述内侧钢夹板单元与基础环内壁接触面的弧度和外侧钢夹板单元与基础环外壁接触面的弧度一致。

一种风力发电机组基础环局部加固方法，包括以下步骤：

1）根据每个风力发电机的运行情况、风机原钢筋混凝土基础的设计资料以及风机原钢筋混凝土基础的现有损伤情况，对新浇钢筋混凝土基础进行设计，确定新浇钢筋混凝土基础内配筋的直径大小及数量；

2）凿除原钢筋混凝土基础柱墩处部分上层混凝土一定深度，直至裸露出原基础钢筋，在新浇钢筋混凝土基础与原钢筋混凝土基础交界面钻孔，植入插筋，在基础环穿筒钢筋孔洞附近通过机械钻孔方式设置螺栓孔；

3）在工厂预制内侧钢夹板单元和外侧钢夹板单元，运至现场，将内侧钢夹板单元和外侧钢夹板单元通过螺栓与基础环连接；

4）设置内基础负弯筋和外基础负弯筋，将内基础负弯筋一端设置于新浇钢筋混凝土基础中心，另一端与内侧钢夹板单元的上环板通过焊接连接，外基础负弯筋一端设置于新浇钢筋混凝土基础外侧，另一端与外侧钢夹板单元的上环板通过焊接连接；

5）设置连接钢筋，通过连接钢筋分别连接原基础钢筋和内侧钢夹板单元的加劲肋、外侧钢夹板单元的加劲肋；绑扎径向分布钢筋，基础环外侧的径向分布钢筋外侧端部通过植筋方式固定于原钢筋混凝土基础内，基础环外侧的径向分布钢筋内侧端部与外侧钢夹板单元通过焊接连接，基础环内侧的径向分布钢筋外侧端部与内侧钢夹板单元通过焊接连接，然后绑扎环向分布钢筋；

6）在原钢筋混凝土基础外支模，浇筑混凝土，形成新浇钢筋混凝土基础，待现浇混凝土养护完毕，形成风力发电机组基础环局部加固装置。

上述风力发电机组基础环局部加固方法，所述步骤2）中，螺栓孔孔洞直径小于穿筒钢筋孔洞直径，以此保证螺栓孔孔洞对基础环截面的削弱不大于穿筒钢筋孔洞。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的加固装置通过内外侧钢夹板单元、连接钢筋、内外基础负弯筋将基础环所承受的风机运行状态产生的荷载分散传递，有效地降低了加固后基础环内的应力，减缓了风机基础的疲劳损伤，从根源上着手处理风机基础加固问题，可大幅提高加固后风机基础的使用年限。

2、本发明的加固装置中，螺栓孔直径小于穿筒钢筋孔洞直径，能够保证螺栓孔对基础环截面的削弱不大于穿筒钢筋孔洞。

3、本发明的加固方法中对基础环采用冷加工钻孔技术，避免了基础环产生焊接应力和变形，也避免了对基础环抗疲劳性能的削弱，并且钢夹板的加强有利于基础环抗疲劳性能的提高。

附图说明

图1为加固前钢筋混泥土基础的结构示意图。

图2为加固后钢筋混泥土基础的结构示意图。

图3为内外侧钢夹板单元与基础环接触处的局部结构示意图。

图4为图2中内侧钢夹板单元的结构示意图。

图5为图4的剖面示意图。

图6为图2中外侧钢夹板单元的结构示意图。

图7为图6的剖面示意图。

图8为本发明加固装置的加固位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图2所示，一种风力发电机组基础环局部加固装置，包括原钢筋混凝土基础1和局部加固装置；原钢筋混凝土基础1包括基础底板12、柱墩13和基础环14，基础底板12埋入地面内，基础底板12中部设有柱墩13，基础环14埋入柱墩13内，基础环14顶端与塔筒15连接，基础底板12上位于柱墩13外侧的部分竖向设有多根插筋2，所述局部加固装置包括新浇钢筋混凝土基础6、内侧钢夹板单元5、外侧钢夹板单元4，所述基础环14上部侧壁上呈环形分布多个螺栓孔20，螺栓孔20位于基础环14上穿筒钢筋孔洞8附近，且螺栓孔20直径小于穿筒钢筋孔洞8直径，每个螺栓孔20的内侧和外侧均分别设有一个内侧钢夹板单元5和一个外侧钢夹板单元4，多个内侧钢夹板单元5呈环形布设在基础环14上部内壁上，多个外侧钢夹板单元4呈环形布设在基础环14上部外壁上，内侧钢夹板单元5、外侧钢夹板单元4用螺栓紧固在基础环14上，所述新浇钢筋混凝土基础6浇筑在原钢筋混凝土基础1上，以覆盖原钢筋混凝土基础1和局部加固装置。

所述内侧钢夹板单元5和外侧钢夹板单元4上均设置上环板17和下环板18，并沿内侧钢夹板单元5竖向、外侧钢夹板单元4竖向分别设置若干加劲肋19，加劲肋19下部设有连接钢筋21，连接钢筋21上端焊接在加劲肋19上，连接钢筋21下端焊接在基础环14的原基础钢筋3上，将内侧钢夹板单元5和外侧钢夹板单元4内的应力分散至原钢筋混凝土基础1。

所述新浇钢筋混凝土基础6内设有位于基础环14内侧的内基础负弯筋9和位于基础环14外侧的外基础负弯筋7，内基础负弯筋9一端锚固于新浇钢筋混凝土基础6中心，另一端与内侧钢夹板单元5的上环板17焊接，外基础负弯筋7一端锚固于新浇钢筋混凝土基础6外侧，另一端与外侧钢夹板单元4的上环板17焊接。内基础负弯筋9、外基础负弯筋7代替原基础穿筒钢筋。

所述基础环14内侧和外侧均设有径向分布钢筋10，基础环14外侧的径向分布钢筋10外侧端部通过植筋方式固定于基础底板12内，基础环14外侧的径向分布钢筋10内侧端部与外侧钢夹板单元4焊接，基础环14内侧的径向分布钢筋10外侧端部与内侧钢夹板单元5焊接。

所述内侧钢夹板单元5与基础环14内壁接触面的弧度和外侧钢夹板单元4与基础环14外壁接触面的弧度一致，内侧钢夹板单元5、外侧钢夹板单元4和基础环14通过高强螺栓连接，基础环14受上部荷载后，内侧钢夹板单元5和外侧钢夹板单元4由于新浇钢筋混凝土基础6内的混凝土约束作用，通过相互间接触面的摩擦力，分担基础环14承受的上部荷载，分散基础环14内应力。

一种风力发电机组基础环局部加固方法，包括以下步骤：

1）根据每个风力发电机的运行情况、风机原钢筋混凝土基础的设计资料以及风机原钢筋混凝土基础的现有损伤情况，对新浇钢筋混凝土基础进行设计，确定新浇钢筋混凝土基础6内配筋的直径大小及数量；

2）凿除原钢筋混凝土基础1柱墩13处部分上层混凝土16至一定深度，裸露出原基础钢筋3，在新浇钢筋混凝土基础6与原钢筋混凝土基础1交界面钻孔，植入插筋2，植入长度及预留长度按规范设计，在基础环14穿筒钢筋孔洞8附近通过机械钻孔方式设置螺栓孔20；螺栓孔20孔洞直径小于穿筒钢筋孔洞8直径，以此保证螺栓孔20孔洞对基础环14截面的削弱不大于穿筒钢筋孔洞8；

3）在工厂预制内侧钢夹板单元5和外侧钢夹板单元4，运至现场，将内侧钢夹板单元5和外侧钢夹板单元4通过螺栓与基础环14连接；

4）设置内基础负弯筋9和外基础负弯筋7，将内基础负弯筋9一端设置于新浇钢筋混凝土基础6中心，另一端与内侧钢夹板单元5的上环板17通过焊接连接，外基础负弯筋7一端设置于新浇钢筋混凝土基础6外侧，另一端与外侧钢夹板单元4的上环板17通过焊接连接；

5）设置连接钢筋21，通过连接钢筋21分别连接原基础钢筋3和内侧钢夹板单元5的加劲肋19、外侧钢夹板单元4的加劲肋19；绑扎径向分布钢筋10，基础环14外侧的径向分布钢筋10外侧端部通过植筋方式固定于原钢筋混凝土基础1内，基础环14外侧的径向分布钢筋10内侧端部与外侧钢夹板单元4通过焊接连接，基础环14内侧的径向分布钢筋10外侧端部与内侧钢夹板单元5通过焊接连接，然后绑扎环向分布钢筋11；

6）在原钢筋混凝土基础1外支模，浇筑混凝土，形成新浇钢筋混凝土基础6，待现浇混凝土养护完毕，形成风力发电机组基础环局部加固装置。