基础环式风机基础综合加固装置及加固方法与流程

本发明涉及风电领域，特别涉及一种基础环式风机基础综合加固装置及加固方法。

背景技术：

近年来随着我国风机机组的大量建设并投入使用，不少基础环式风机基础因风致疲劳而导致风机塔筒倾斜、摇摆，基础环周边混凝土出现脱开裂隙、压溃、冒浆、下法兰磨损空腔，甚至穿环钢筋疲劳剪断等疲劳损伤，严重影响风机机组的正常运行。

基础环式风机基础加固工程中常采用的注浆加固、施加环向预应力、加大截面、基础环周边设夹钢板、增设水平钢筋或锚杆等方式。目前，基础环式风机基础往往配筋密集，属于大体积混凝土施工，设计要求一次性浇筑完成，对混凝土施工质量要求高，而现场施工人员往往质量意识薄弱，极易造成混凝土振捣不密实、强度不达标等严重的质量问题，进而导致各种风致疲劳损伤的较早出现和较快发展，亟需加固处理。

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、施工方便的基础环式风机基础综合加固装置，并提供一种基础环式风机基础综合加固方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基础环式风机基础综合加固装置，包括基础环，基础环顶部设有上法兰，基础环通过上法兰与风机塔筒连接，所述基础环水平度测量最低点位置处布置若干千斤顶，千斤顶顶升上法兰实现风机塔筒的整体纠偏；所述基础环底部设有下法兰，基础环及下法兰周边为混凝土破损区，所述基础环内外侧钻有注浆孔，通过注浆孔注浆修复混凝土破损区；所述基础环上位于混凝土破损区部位焊接有栓钉；所述基础环外侧设有高性能混凝土加固层。

上述基础环式风机基础综合加固装置，所述千斤顶呈环形布设在基础环外圆周向。

上述基础环式风机基础综合加固装置，所述注浆孔沿基础环内外侧均匀分布，注浆孔深度接近下法兰且不超过下法兰。

一种基础环式风机基础综合加固方法，包括以下步骤：

(1)对风机基础环上法兰进行水平度测试，将水平度测量最低值确定为顶升点，在顶升点处设置千斤顶，在顶升点旁设置监控用百分表；

(2)通过千斤顶顶升上法兰实现风机塔筒的整体纠偏，通过监控用百分表准确控制顶升量；

(3)纠偏结束后，对基础环周边内外混凝土进行钻孔，形成注浆孔；

(4)钻孔结束后，对注浆孔进行注水反复清洗，以确保基础环下法兰周边混凝土磨损残余清除干净，然后进行注浆；

(5)注浆结束后，对基础环周边破损混凝土进行局部破拆；

(6)局部破拆后，在外露基础环上局部焊接栓钉，与穿筒钢筋形成组合剪力键，以增强基础环与其周边混凝土间的界面抗剪强度；

(7)现场支模，运用高性能混凝土对原基础进行局部加高，加固高度保证将焊接栓钉全部包裹，形成钢-混凝土组合受力结构；

(8)对原基础进行局部加宽。

上述基础环式风机基础综合加固方法，所述步骤(3)中，钻孔前用钢筋扫描仪对基础表层钢筋进行探测，在确定没有钢筋的位置处钻孔；钻孔靠近基础环且沿基础环内外侧均匀分布；注浆孔深度接近基础环下法兰处，但不超过下法兰。

上述基础环式风机基础综合加固方法，所述步骤(4)中，注浆料为具有亲水性、发热低、渗透性强、抗拉及耐磨性能好的注浆料，钻孔注浆在顶升纠偏结束后进行，以确保纠偏工作顺利进行。

上述基础环式风机基础综合加固方法，所述步骤(5)中，破拆高度取决于基础环周边混凝土的风致破损程度及局部焊接栓钉的布置情况，即要求最大限度将破损混凝土拆除替换，同时根据基于剪力分配原理计算局部加固用栓钉数量及间距，综合确定风机基础混凝土破拆高度。

上述基础环式风机基础综合加固方法，所述步骤(5)中，基于剪力分配原理的栓钉+穿筒钢筋组合剪力键抗剪承载力计算过程如下：

(1)计算假定：1)不考虑钢-混界面的粘结摩擦力；2)钢板的平面内刚度无穷大；3)剪应力分布按照各材料剪切刚度分配，其中穿筒钢筋连接件为混凝土榫和穿筒钢筋两种材料剪切刚度的叠加；

(2)基于剪力分配原理的栓钉+穿筒钢筋组合剪力键中穿筒钢筋连接件及栓钉群承担的剪力计算如下：

式中：i＝1,2；g1为穿筒钢筋连接件的剪切刚度，g2为栓钉群的剪切刚度，a1为穿筒钢筋连接件的剪切面面积，a2为栓钉群的剪切面面积，v1为穿筒钢筋连接件分配的剪力，v2为栓钉群分配的剪力，v为结构总剪力值；

(3)栓钉+穿筒钢筋组合剪力键中穿筒钢筋连接件及栓钉群抗剪承载力计算公式如下：

vu1＝n1(fyas+2τpac)≥v1(2)

式中：vu1为穿筒钢筋连接件抗剪承载力；vu2为栓钉群抗剪承载力；n1为穿筒钢筋数量；n2为栓钉连接件数量；fy为穿筒钢筋屈服强度；as为穿筒钢筋横截面面积；τp为混凝土抗剪强度；ac为穿筒钢筋连接件中混凝土榫剪切面截面面积；a’s为栓钉截面面积；ξ为栓钉群剪力分配不均匀系数；fc为混凝土轴心抗压强度；ec为混凝土弹性模量。

上述基础环式风机基础综合加固方法，所述步骤(7)中，基础环外加固高度不超过基础环上法兰连接缝，基础环内加固高度不超过基础环上法兰连接螺栓，且留有一定的操作空间，以确保风机塔筒的正常安装与拆卸。

上述基础环式风机基础综合加固方法，所述步骤(8)中，当原基础混凝土设计强度不满足设计要求或上部机组载荷变更加大情况时，对原基础局部加宽。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的加固装置中，在基础环水平度测量最低点位置处布置若干千斤顶，通过千斤顶进行顶升，可实现风机塔筒整体的纠偏，消除基础混凝土因风致疲劳损伤造成的上部风机塔筒整体倾斜，保证上部风机机组的正常运行。

2、本发明的加固装置中，在基础环内外侧钻有注浆孔，通过钻孔注浆可实现对风机基础混凝土因风致疲劳造成磨损性空腔的有效封堵，同时亦可因振捣不密实造成的混凝土内部孔洞进行有效封堵，进而实现对风机塔筒的有效嵌固。

3、本发明的加固方法中，局部破拆置换可实现对基础环周边压溃混凝土进行清除后置换成高性能纤维混凝土，并通过加高加宽可实现对原基础承载力的显著加强。

4、本发明的加固方法中，栓钉+穿筒钢筋组合剪力键加固可显著增加基础环与混凝土间的界面抗剪强度，降低混凝土的峰值应力，延长风机基础混凝土的疲劳寿命。

5、本发明针对目前基础环式风机基础混凝土出现的各种疲劳损伤均有对应的措施，而且栓钉+穿筒钢筋组合剪力键加固能显著提高风机基础疲劳寿命，切实保证上部机组正常运行。

附图说明

图1为本发明加固装置的结构示意图。

图2为本发明加固方法中顶升点的布设位置示意图。

图3为本发明加固方法中千斤顶及百分表的布设位置示意图。

图4为本发明加固方法中注浆孔的钻设位置示意图。

图5为本发明加固方法中局部破拆及加宽加高的示意图。

图6为图5的俯视图。

图7为本发明加固方法中栓钉+穿筒钢筋组合剪力键加固后的基础环结构示意图。

图8为图7中基础环外部结构示意图。

图9为图7中基础环的截面图。

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1所示，一种基础环式风机基础综合加固装置，包括基础环1，基础环1顶部设有上法兰3，基础环1通过上法兰3与风机塔筒4连接，所述基础环1水平度测量最低点位置处布置若干千斤顶2，千斤顶2呈环形布设在基础环1外圆周向，千斤顶2顶升上法兰3实现风机塔筒4的整体纠偏；所述基础环1底部设有下法兰6，基础环1及下法兰6周边为混凝土破损区，所述基础环1内外侧钻有注浆孔5，通过注浆孔5注浆修复混凝土破损区；所述基础环1上位于混凝土破损区部位焊接有栓钉8；所述基础环1外侧设有高性能混凝土加固层9。

所述注浆孔5沿基础环1内外侧均匀分布，注浆孔5深度接近下法兰6且不超过下法兰6。

一种基础环式风机基础综合加固方法，包括以下步骤：

(1)则对风机基础环1上法兰3进行水平度测试，并结合可见的基础混凝土压溃区和脱开裂隙分布情况，确定顶升点位置，如图2所示；在顶升点位置处设置千斤顶2，在顶升点旁设置监控用百分表12，如图3所示，图3中10为多层钢垫板，11为下螺母，当多层钢垫板10高度不够时，可局部破拆混凝土后用细砂铺平；

(2)通过千斤顶2顶升上法兰3实现风机塔筒4的整体纠偏，通过监控用百分表12准确控制顶升量；

(3)纠偏结束后，对基础环1周边内外混凝土进行钻孔，形成注浆孔5，如图4所示；钻孔前用钢筋扫描仪对基础表层钢筋进行探测，在确定没有钢筋的位置处钻孔；钻孔靠近基础环1且沿基础环1内外侧均匀分布，在严重混凝土破损区应加密布置1～2个；注浆孔5深度接近基础环1下法兰6处，但不超过下法兰6，以避免对下法兰6及下部电缆造成损伤。

(4)钻孔结束后，对注浆孔5进行注水反复清洗，以确保基础环1下法兰6周边混凝土磨损残余清除干净，然后进行注浆；注浆料为具有亲水性、发热低、渗透性强、抗拉及耐磨性能好的注浆料，以适应风机基础载荷及基础环1周边磨损性空腔的特点，钻孔注浆要确保在顶升纠偏结束后进行，以确保纠偏工作顺利进行。

(5)注浆结束1-2填后，对基础环1周边破损混凝土进行局部破拆，形成破拆区7；破拆高度取决于基础环1周边混凝土的破损程度及后续局部焊接栓钉8的布置情况，即要求最大限度将破损混凝土拆除替换；同时根据基于剪力分配原理的栓钉8+穿筒钢筋连接件14组合剪力键抗剪承载力计算确定局部加固用栓钉数量及间距，此部分为现有的公知技术；综合确定风机基础混凝土破拆高度，筒内混凝土破拆还需考虑内部设备的布置情况。

基于剪力分配原理的栓钉+穿筒钢筋组合剪力键抗剪承载力计算过程如下：

(1)计算假定：1)不考虑钢-混界面的粘结摩擦力；2)钢板的平面内刚度无穷大；3)剪应力分布按照各材料剪切刚度分配，其中穿筒钢筋连接件为混凝土榫和穿筒钢筋两种材料剪切刚度的叠加；

(2)基于剪力分配原理的栓钉+穿筒钢筋组合剪力键中穿筒钢筋连接件14及栓钉群承担的剪力计算如下：

式中：i＝1,2；g1为穿筒钢筋连接件的剪切刚度，g2为栓钉群的剪切刚度，a1为穿筒钢筋连接件的剪切面面积，a2为栓钉群的剪切面面积，v1为穿筒钢筋连接件分配的剪力，v2为栓钉群分配的剪力，v为结构总剪力值；

(3)栓钉+穿筒钢筋组合剪力键中穿筒钢筋连接件及栓钉群抗剪承载力计算公式如下：

vu1＝n1(fyas+2τpac)≥v1(2)

式中：vu1为穿筒钢筋连接件抗剪承载力；vu2为栓钉群抗剪承载力；n1为穿筒钢筋数量；n2为栓钉连接件数量；fy为穿筒钢筋屈服强度；as为穿筒钢筋横截面面积；τp为混凝土抗剪强度；ac为穿筒钢筋连接件中混凝土榫剪切面截面面积；a’s为栓钉截面面积；ξ为栓钉群剪力分配不均匀系数；fc为混凝土轴心抗压强度；ec为混凝土弹性模量。

(6)局部破拆后，在外露基础环1上局部焊接栓钉8，如图7-图9所示，以增强基础环1与其周边混凝土间的界面抗剪强度；栓钉8布置的间距及数量需根据栓钉8组合结构抗剪计算确定，同时兼顾筒内设备布置情况。

(7)现场支模，运用高性能混凝土对原基础进行局部加高，如图5、图6所示，图5中13为破拆后原砼面，加固高度h保证将焊接栓钉8全部包裹，形成钢-混凝土组合受力结构；同时，基础环1外加固高度不超过基础环1上法兰3连接缝，基础环1内加固高度不超过基础环1上法兰3连接螺栓，且留有一定的操作空间s(图8中)，以确保风机塔筒4的正常安装与拆卸。

(8)当原基础混凝土设计强度不满足设计要求或上部机组载荷变更加大情况时，对原基础局部加宽；加宽宽度l需通过验算满足风机基础正常使用和承载力极限工况下予以确定，此部分为现有的公知技术，如图5、图6所示。