用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构及其施工方法与流程

本发明涉及一种风力发电塔的基础结构，尤其涉及一种用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构及其施工方法。

背景技术：

风力发电塔在中硬地基土上的基础目前多采用独立扩展基础，该独立扩展基础由基础混凝土和螺杆组件组成。螺杆组件组成若干个螺栓，螺栓包括螺母、上锚固板、下锚固板和受拉构件，受拉构件的上端通过上锚固板和螺母固定在顶板上；受拉构件的上端通过螺母连接风机的塔筒。独立扩展基础与适当的地基条件相配合可达到较好的抗压承载力，所以在房屋建筑类柱基中多有采用。对于风力发电塔来说，现有独立扩展基础的施工周期较长，主要由于混凝土的养护时间较长，从而导致风机吊装时间推迟。

现有的独立扩展基础，对各种地质条件均适用，但由于岩石地区使用独立扩展基础需要对岩石进行爆破开挖，工程量较大，故延长了施工周期并增加了造价。现有的独立扩展基础施工过程中钢筋绑扎、模板支撑非常麻烦，浇筑混凝土时间及后期养护时间造成施工周期很长，相应的造价增加。

另现有的锚索式风力发电机基础结构采用锚索与基础下锚板连接固定形式，对整个风机基础的结构设计存在局限性。如申请号为2013206888614的中国实用新型专利，风机基础必须设置下锚板才能有效地做好荷载传导，而且在预应力施加及基础浇注完成后无法再进行预应力施加，若出现预应力松弛则无法实现后期维护。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种刚性好、用钢量小、施工简单的可用于岩石地区的密实型预应力锚索风机基础结构及其施工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构，包括：

位于地上部分的混凝土块，所述混凝土块呈圆柱形，在所述混凝土块底部的岩石地面钻有若干个钻孔；

所述混凝土块中预留有若干个用于穿入预应力锚索的预应力锚索孔道，所述若干个预应力锚索孔道沿圆周均匀分布，所述圆周的圆心与所述混凝土块的中心轴重合；所述预应力锚索一端与混凝土块的顶部通过锚具固定，所述预应力锚索另一端在钻孔中通过注浆体锚固；

所述混凝土块中还均匀预留有若干个用于穿入预应力螺杆的预应力螺杆孔道，所述预应力螺杆底端与基础下锚板连接，所述预应力螺杆顶端与塔筒连接，所述基础下锚板预埋在所述混凝土块中或设置在所述混凝土块的底部。

进一步的，所述混凝土块和钻孔之间设有圆环形垫层底塞，所述垫层底塞为强度等级c15～c40的混凝土材料，且所述垫层底塞的厚度为50mm～250mm。

进一步的，所述混凝土块中混凝土的强度等级为c40～c80，且所述混凝土块中布置有钢筋。

进一步的，所述预应力锚索采用公称直径为8.6mm、10.8mm、12.9mm、9.5mm、12.7mm、15.2mm或17.8mm的钢绞线；每个钻孔中的预应力锚索数量为1～21根，且每根预应力锚索外均套设有自由隔离层。

进一步的，所述钻孔的数量为6～40个，所述钻孔直径为100mm～800mm，所述钻孔深度为5～20m，所述钻孔的倾斜角度为0～35°。

进一步的，所述混凝土块顶部与所述锚具之间设置有台座。

进一步的，所述预应力锚索位于混凝土块顶部的外露部分罩有保护帽。

进一步的，所述预应力螺杆孔道的底部为基础下锚板，且所述基础下锚板设置在所述垫层底塞的上方。

进一步的，所述钻孔与预应力锚索孔道的数量及位置均相对应，且所述预应力锚索孔道倾斜布置。

一种用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，在岩石地面进行钻孔，钻孔的倾斜角度为0～35°，钻孔直径为100mm～800mm，钻孔直径为100mm～800mm，钻孔深度为5～20m；

步骤2，在预应力锚索外包裹自由隔离层，并将预应力锚索放入钻孔中；

步骤3，将注浆体置于钻孔与预应力锚索之间进行矫正和固化，形成柱体，其中所述注浆体采用灌浆料或砂浆；

步骤4，在钻孔的顶部填充混凝土进行矫正和固化，以形成垫层底塞；

步骤5，垫层底塞上进行钢筋绑扎和预应力螺杆组件的安装，浇筑混凝土块；

步骤6，在混凝土块的顶部进行台座的施工；

步骤7，在台座上进行锚具和保护帽的安装，完成所述用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构的施工。

本发明的有益效果为：

本发明所提供的一种可用于岩石地区的密实型预应力锚索风机基础结构，由于基础与地基实际承压面积减小，基础环形受压面上的压应力增大了，可用于抵抗上部结构弯矩引起基础地面的拔力，从而减小基础底面积；用混凝块土作为主要的抗弯构件，以减少基础混凝土的工程量；将风力发电机塔筒与基础的连接由基础环改为预应力螺杆组件，保证了塔筒与基础的柔性连接，减少了用钢量，同时也简化了这部分的施工。本发明整体性强、稳定性好、便于更换元件，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载，施工时对邻近建筑物影响较小。

本发明不受制于风机与基础的连接方式，钻孔与预应力锚索孔道的数量及位置均相对应，且所述预应力锚索孔道与钻孔对应倾斜布置，锚索结构直接作用在风力发电塔的外围结构上。所述塔筒上端的风机传来巨大的弯矩时，首先可以通过平时复检，随时调整预应力锚索受力，达到结构所需的承载力终值，从而提高结构后期安全性。本发明所述预应力锚索风机基础结构能够更有效的抵抗由上部风机高耸结构传来的巨大弯矩，进一步提高所述锚索风机基础结构的支撑力及抵抗弯矩的效果。另外，锚索荷载施加在发电塔外围结构上，在同等荷载情况下，其抵抗拉力的力臂长，使得锚索数量减少，节省投资费用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构的平面示意图；

图2为本发明实施例提供的一种可用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构的剖面示意图；

图3为本发明实施例提供的一种可用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构的细节图。

图中，1-塔筒，2-混凝土块、3-自由隔离层、4-预应力锚索、5-垫层底塞、6-注浆体、7-钻孔、8-锚具、9-台座、10-保护帽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构，包括：

位于地上部分的混凝土块2，所述混凝土块2呈圆柱形，在所述混凝土块2底部的岩石地面钻有若干个钻孔7；

所述混凝土块2中预留有若干个用于穿入预应力锚索4的预应力锚索孔道，所述若干个预应力锚索孔道沿圆周均匀分布，所述圆周的圆心与所述混凝土块2的中心轴重合；所述预应力锚索4一端与混凝土块2的顶部通过锚具8固定，锚具能满足预应力锚索的最大载荷，所述预应力锚索4另一端在钻孔7中通过注浆体6锚固；

所述混凝土块2中还均匀预留有若干个用于穿入预应力螺杆的预应力螺杆孔道，所述预应力螺杆底端与基础下锚板连接，所述预应力螺杆顶端与塔筒1连接，所述基础下锚板预埋在所述混凝土块2中或设置在所述混凝土块2的底部。

所述混凝土块2和钻孔7之间设有圆环形垫层底塞5，以防止地下水渗入所述管状风机基础结构的内部，也即所述垫层底塞5位于所述管状风机基础结构的底部，确保了锚索风机基础结构的完整性。优选的，所述垫层底塞5为强度等级c15～c40的混凝土材料，且所述垫层底塞5的厚度为50mm～250mm。

所述混凝土块2中混凝土的强度等级为c40～c80，且所述混凝土块2中布置有钢筋，保证混凝土块为横体刚性。

所述预应力锚索4采用高强度低松弛无粘结的公称直径为8.6mm、10.8mm、12.9mm、9.5mm、12.7mm、15.2mm或17.8mm的预应力钢绞线；每个钻孔7中的预应力锚索4数量为1～21根，且每根预应力锚索4外均套设有自由隔离层3。

所述钻孔7的数量为6～40个，所述钻孔7直径为100mm～800mm，所述钻孔7深度为5～20m，所述钻孔7的倾斜角度为0～35°；所述钻孔与预应力锚索孔道的数量及位置均相对应，且所述预应力锚索孔道倾斜布置。

所述混凝土块2顶部与所述锚具8之间设置有台座9。所述预应力锚索4位于混凝土块2顶部的外露部分罩有保护帽10，保护所述锚具8不被空气腐蚀。

所述预应力螺杆孔道的底部为基础下锚板，且所述基础下锚板设置在所述垫层底塞5的上方。

一种用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，在岩石地面进行钻孔，密实型预应力锚索风机基础结构一般有6～40个钻孔，所述钻孔沿圆周分布；钻孔的倾斜角度为0～35°，钻孔直径为100mm～800mm，钻孔直径为100mm～800mm，钻孔深度为5～20m；

步骤2，在预应力锚索外包裹自由隔离层，并将预应力锚索放入钻孔中；要确保每根钢绞线(预应力锚索)顺直，不扭不叉，排列均匀，除锈、除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处剔出；预应力锚索为受拉构件可实现张拉时的伸长；

步骤3，将注浆体置于钻孔与预应力锚索之间进行矫正和固化，形成柱体，其中所述注浆体采用灌浆料或砂浆等胶结材料；

步骤4，在钻孔的顶部填充混凝土进行矫正和固化，以形成垫层底塞；

步骤5，垫层底塞上进行钢筋绑扎和预应力螺杆组件的安装，浇筑混凝土块；

步骤6，在混凝土块的顶部进行台座的施工；

步骤7，在台座上进行锚具和保护帽的安装，完成所述用于岩石地区的预应力锚索风机基础结构的施工。

预应力锚索锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中，以提高岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术；由于这种技术大大减轻结构物的自重、节约工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的经济效益和社会效益，因而目前在工程中得到极其广泛的应用。密实型预应力锚索风机基础结构基本原理就是利用锚索周围地层岩土的抗剪强度来传递结构物的拉力以保持地层开挖面的自身稳定，由于锚索的使用，它可以提供作用于结构物上以承受外荷的抗力；可以使锚固地层产生压应力区并对加固地层起到加筋作用；可以增强地层的强度，改善地层的力学性能；可以使结构与地层连锁在一起，形成一种共同工作的符合体，使其能有效地承受拉力和剪力。在岩土锚固中通常将锚杆和锚索统称为锚杆。

所述塔筒上端的风机传来巨大的弯矩时，首先可以充分、反复地利用预应力锚索弹性强度幅值，所述预应力锚索依次经过负应力→零应力→正应力→设计强度应力的过程，达到结构承载力终值，从而提高结构承载能力。本发明所述预应力锚索风机基础结构能够更容易的抵抗由上部风机高耸结构传来的巨大弯矩，进一步提高所述锚索风机基础结构的支撑力及抵抗弯矩的效果。

所述预应力锚索风机基础结构的适用条件为岩石地基，岩石的允许承载力需满足设计要求，扩展基础开挖工作量大，以及爆破困难，但在一定好的岩石持力层中，采用预应力锚索风机基础与其它深基础相比较，经济上较为合理。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)可用于岩石地区的密实型预应力锚索风机基础结构施工方便周期短、造价低、安全性高，主要适用于岩石地质地基条件；(2)埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的锚固深度，能承受较大的垂直荷载和水平荷载，锚索基础施工时对邻近建筑物影响较小。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。