现浇式预应力锚索风机基础系统及其施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建设工程中大型风力发电机组固定技术领域，尤其涉及一种现浇式预 应力锚索风机基础系统及其施工方法。
【背景技术】
[0002] 风电作为一种新的能源，在安全、经济和环保等方面都具有极为明显的优势。但 1997年11月内蒙辉腾锡勒风场安装10台美国Zond 550KW风机基础地脚螺栓在人工力矩 800Nm、液压应力在2600MPa的条件下断裂，共计7根涉及3基基础。2003年9月2日，13 号台风"杜鹃"在广东红海湾西岸的惠东县港口镇登陆，极大风速为57m/s。红海湾风电场 共安装有25台V47-660变桨距风力发电机组，其中有13台受到不同程度损坏。2006年8 月10日，台风"桑美"登陆浙江省苍南县，台风登陆时中心附近最大风力60m/s，苍南鹤顶山 风电场现场测到的极大风速为81. lm/s，受其影响28台风力发电机组全部受损，其中5台倒 塌，损失惨重。这些事故给我们敲响了警钟。在飞速发展的进步路上，也许我们不会停下匆 忙的脚步，但必须牢记安全是风电电场永恒的主题。随着风电建设从平原转向山区，从陆地 转向海洋，对安全提出了更高的要求，而风电基础的安全对风电机组安全运行起着关键性 作用。
[0003] 风力发电机组基础通常要承受360度方向的重复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，在通过基础环传至基础。目前，对于大型风力发电机多采 用现场构造的混凝土重力式支撑基础，或者是锚杆重力式基础，这些基础施工工序冗杂，施 工历时长，混凝土和钢筋用量很大，且结构内部材料都是一次性的，结构耐久性差，随着使 用时间的加长使安全性大大降低。因此，有必要开发一种兼顾安全、经济和可靠的风机基础 系统和施工方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种现浇式预应力锚 索风机基础系统及其施工方法，用于固定大型风力发电机组，为陆上风电场安全运营提供 技术保障。
[0005] 本发明的目的是这样实现的： 一、现浇式预应力锚索风机基础系统(简称系统） 本系统包括圆形基坑、高强度混凝土空心柱体、素混凝土圆筒、镀锌波纹钢筒外筒、镀 锌波纹钢筒内筒、预应力锚索、基础底环、基础顶环、高强螺母、钢套管、箍筋和回填土； 其位置和连接关系是： 以圆形基坑的中心线为轴，从圆形基坑的内壁向中心线，依次同心设置有素混凝土圆 筒、镀锌波纹钢筒外筒、镀锌波纹钢筒内筒和高强度混凝土空心柱体； 在镀锌波纹钢筒外筒和镀锌波纹钢筒内筒之间，环形均匀设置有数根钢套管，在数根 钢套管的外壁中间包罗有箍筋； 在每根钢套管内设置有预应力锚索，在预应力锚索的上下两端分别设置有基础顶环和 基础底环；在基础顶环的顶面设置有高强螺母，在基础底环的底面设置有高强螺母； 在镀锌波纹钢筒内筒的里面设置有压实回填土。
[0006] 二、现浇式预应力锚索风机基础系统施工方法(简称方法） 本方法基于上述的现浇式预应力锚索风机基础系统，包括以下步骤： ① 开挖圆形基坑，在圆形基坑内同心放置镀锌波纹钢筒外筒和镀锌波纹钢筒内筒，以 镀锌波纹钢筒外筒为支撑和工作面，在圆形基坑的坑壁和镀锌波纹钢筒外筒之间由下而上 浇筑素混凝土，从而形成素混凝土圆筒； ② 将预制好的数根钢套管分别拧入基础底环的螺孔内，将预应力锚索穿过钢套管并伸 出基础底环底端一定距离，利用高强螺母将预应力锚索和基础底环固定为一体；又利用箍 筋沿数根钢套管的外圆周固定；再整体放置于镀锌波纹钢筒外筒和镀锌波纹钢筒内筒之 间； ③ 在镀锌波纹钢筒外筒和镀锌波纹钢筒内筒之间，由下而上浇筑高强度混凝土，从而 形成高强度混凝土圆筒；待混凝土的强度达到要求后将基础顶环8穿过预应力锚索置于高 强度混凝土圆筒的顶端且用高强螺母将预应力锚索和基础顶环固定为一体； ④ 在镀锌波纹钢筒内筒内部，首先浇筑一定高度的高强度混凝土从而形成下圆块，又 填入回填土并压实，最后在顶端利用高强度混凝土封顶即形成上圆块； I待高强度混凝土龄期达到要求后，对伸出圆形基坑上端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，提高整个基础系统的稳定性。
[0007] 本发明具有下列优点和积极效果： ① 本基础系统建造在开挖好的圆形基坑内，利用预制好的镀锌波纹钢筒作为混凝土浇 筑的外围衬砌和工作面，大大加快了施工进度； ② 在圆形基坑坑壁与镀锌波纹钢筒外筒之间用低强度素混凝土回填，同时将镀锌波纹 钢筒内筒和镀锌波纹钢筒外筒采用同心放置，内筒之中回填土，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，并使用刚套管10将预 应力锚索和混凝土分隔开来，以保证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； '1·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。
[0008] 总之，本发明基础牢固，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】
[0009] 图1是本系统的结构主视图； 图2是本系统的结构俯视图。
[0010] 其中： 1 一圆形基坑； 2- 高强度混凝土空心柱体， 2. 1-高强度混凝土圆筒， 2. 2-高强度混凝土下圆块， 2. 3-高强度混凝土上圆块； 3- 素混凝土圆筒； 4一镀锌波纹钢筒外筒； 5- 镀锌波纹钢筒内筒； 6- 预应力锚索； 7- 基础底环； 8- 基础顶环； 9一高强螺母； 10-钢套管； 11一箍筋； 12-回填土。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图和实施例对本发明详细说明。
[0012] -、系统 1、总体 如图1、2,本系统包括圆形基坑1、高强度混凝土空心柱体2、素混凝土圆筒3、镀锌波纹 钢筒外筒4、镀锌波纹钢筒内筒5、预应力锚索6、基础底环7、基础顶环8、高强螺母9、钢套 管10、箍筋11和回填土 12 ; 其位置和连接关系是： 以圆形基坑1的中心线为轴，从圆形基坑1的内壁向中心线，依次同心设置有素混凝土 圆筒3、镀锌波纹钢筒外筒4、镀锌波纹钢筒内筒5和高强度混凝土空心柱体2 ; 在镀锌波纹钢筒外筒4和镀锌波纹钢筒内筒5之间，环形均匀设置有数根钢套管10,在 数根钢套管10的外壁中间包罗有箍筋11 ; 在每根钢套管10内设置有预应力锚索6,在预应力锚索6的上下两端分别设置有基础 顶环8和基础底环7 ;在基础顶环8的顶面设置有尚强螺母9,在基础底环7的底面设置有 高强螺母9 ; 在镀锌波纹钢筒内筒5的里面设置有压实回填土 12。
[0013] 2、功能部件 本系统的各功能部件均为常用件或标准部。
[0014] 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。
[0015] 其功能是为风机基础施工提供空间。
[0016] 2)高强度混凝土空心柱体2 高强度混凝土空心柱体2为C35-C40标号的混凝土制成的空心圆柱结构，由高强度混 凝土圆筒2. 1、高强度混凝土下圆块2. 2和高强度混凝土上圆块2. 3组成。
[0017] 其功能是风机基础的主要受力部分。
[0018] 3)素混凝土圆筒3 素混凝土柱体3为C10-C15标号的低强度混凝土制成的圆筒结构。
[0019] 其功能是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。
[0020]