一种基础环及其加工、施工方法与流程

本发明属于风电装机技术领域，具体涉及一种基础环及其加工、施工方法。

背景技术：

近年来，我国风电装机迅猛发展，自2012年以来，我国风电装机容量一直处于世界前列。塔筒和基础是风力发电机组的支撑结构，塔筒与基础的有效连接是风电机组上下部结构协同工作的保障。目前，风机基础与塔筒主要采用基础环或预应力锚栓进行连接，基础环安装、施工方便，在陆上风机基础中应用广泛。

传统基础环下部埋入钢筋、混凝土筑成的基础中，基础环周边混凝土配置有多种形式的钢筋，对基础环起到约束、抗拔、抗冲切及抗拉等作用，其中，基础穿孔钢筋穿过基础环上开设的穿筋孔、贯穿环体，以达到对基础环的锚固作用。

作为连接塔筒与基础的重要结构，传统基础环在施工及使用的过程中存在诸多问题，如基础环上可开设的穿筋孔少、穿孔钢筋数量受限；孔尺寸小、穿孔钢筋在基础环中心处交叠，造成穿筋操作困难；基础工作过程中长期疲劳荷载，穿孔钢筋产生疲劳变形，在穿筋孔处出现剪切破坏现象，甚至断为三节，同时也造成穿孔钢筋周边混凝土松散破损；当基础防水失效，基础环与基础混凝土间出现裂缝，裂缝的扩展加速穿孔钢筋及其周边混凝土的破坏。

技术实现要素：

针对传统基础环连接塔筒与基础在施工及使用过程中存在的诸多问题，如穿孔的钢筋数量受限、穿筋困难、钢筋断裂，以及混凝土松散破碎、出现裂缝等，本发明提出了一种新型的基础环及其加工、施工方法。

本发明提出的基础环用于连接塔筒和基础，包含环体、顶法兰、底法兰以及若干钢筋连接器；环体上端固定连接顶法兰，下端固定连接底法兰；所述若干钢筋连接器周向分布于所述环体的环体壁内侧或外侧，用于将钢筋与所述环体的环体壁内测和/或外侧连接固定。

优选地，所述顶法兰用于与塔筒上的法兰紧固连接，实现基础环与塔筒的固定连接。

优选地，所述钢筋连接器包含套筒和套筒底座，所述套筒一端固定连接在套筒底座上；将所述套筒底座固定设置在环体壁内侧或外侧，实现钢筋连接器与环体的连接。

优选地，每个套筒筒壁内设有螺纹，钢筋穿入套筒内、与套筒螺纹连接固定。

优选地，所述钢筋连接器在环体壁内侧单层或多层周向分布设置；或所述钢筋连接器在环体壁外侧单层或多层周向分布设置。

优选地，所述若干钢筋连接器在所述环体的环体壁内侧和外侧一一对应设置。

优选地，所述基础环还包含连接环板；所述连接环板设置于环体外侧；所述基础环与高桩承台基础连接固定时，连接环板用于设置连接桩体的连接件，实现基础环载荷向桩体的传递。

优选地，所述底法兰为t型法兰；所述底法兰、所述环体下端，以及连接环板、钢筋连接器、与钢筋连接器连接的钢筋埋入基础内，并与基础形成整体。

本发明还提供了一种适用于上述任意一种基础环的加工方法，所述基础环加工方法，包含以下过程：

s1、制备所述环体；

s2、在所述环体的环体壁内侧和/或外侧焊接所述钢筋连接器；

s3、将所述顶法兰、所述底法兰与所述环体组焊。

本发明提供的另一个技术方案为上述任意一种基础环的施工方法；所述基础环施工方法，包含以下过程：

e1、在待施工位置上开挖土方，安装预埋件，浇筑垫层混凝土固定预埋件，将基础环吊装到预埋件上进行定位，并对基础环进行调平；

e2、铺设钢筋层，同时设有螺纹接头的钢筋与基础环内侧或外侧的钢筋连接器连接、固定，对钢筋进行绑扎；

e3、对基础环再次进行调平，向基础环周围及基础环内浇筑混凝土土，使钢筋、基础环与混凝土形成整体。

相较于传统基础环，本发明提出的新型基础环具有以下优点或显著益处：

(1)为连接钢筋，传统基础环在环体壁上开凿穿筋孔，而本发明提出的新型基础环在环体壁上焊接钢筋连接器，取消了穿筋孔，避免了开孔损伤环体结构、削弱环体强度，消除了开孔带来的应力集中；

(2)钢筋连接器外径大于钢筋直径，在钢筋连接器区域截面承载力增强，对钢筋受力更有益，同时可以减少疲劳载荷作用下钢筋发生受剪破坏的风险；

(3)在施工过程中，钢筋通过螺纹旋进钢筋连接器，无须穿孔，施工操作更简单、快速，解决了钢筋在传统基础环上穿筋操作困难、施工慢的问题；

(4)如发现钢筋连接器及附近钢筋破坏，造成基础环与基础界面产生裂缝，检修时对混凝土局部破拆，重新更换受损钢筋连接器及钢筋，无需更换基础环，基础维护方便。

附图说明

图1为本发明所述基础环的结构示意图；

图2为本发明所述基础环连接钢筋的示意图；

图3为本发明所述基础环连接钢筋的俯视图；

图4为本发明所述基础环连接钢筋的半剖示意图；

图5为本发明所述基础环与髙桩承台基础连接固定的示意图；

图6为本发明所述基础环的加工方法流程图；

图7为本发明所述基础环的施工方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明较佳具体实施例，对本发明做进一步介绍。

本发明提供了一种用于连接塔筒和基础的基础环，图1为本发明所述基础环的结构示意图。如图1所示，本发明提供的基础环，包含环体1、顶法兰2、底法兰3以及若干钢筋连接器4。

所述环体1为中空的圆柱形结构，由一块或多块长方形钢板焊接形成。所述环体1的上端与顶法兰2焊接固定，所述顶法兰2用于与塔筒底部的法兰连接。具体的，在基础环施工过程中，采用紧固件如螺栓等穿过顶法兰2与塔筒法兰的通孔将顶法兰2和塔筒法兰夹紧固定，从而实现所述基础环与塔筒的连接固定。

所述环体1的下端与底法兰3焊接固定。具体的，所述底法兰3为t型法兰，t型法兰中间位置的接口与环体1焊接固定。基础环施工过程中要求底法兰3放置水平，t型法兰方便调平，同时t型法兰埋入基础中有效防止了基础环从基础中被拔出，增强基础环的抗拔效果。图1用中未完整显示顶法兰2和底法兰结构，仅作示意表示，特此说明。

在所述环体1的环体壁焊接固定若干钢筋连接器4，所述钢筋连接器4用于连接固定钢筋。所述钢筋连接器4在所述环体1的环体壁上周向布置，具体的，根据基础环受力要求，在环体壁外侧设置一层或多层钢筋连接器，在环体壁内侧设置一层或多层钢筋连接器。图2为本发明所述基础环连接钢筋的示意图，图3为本发明所述基础环连接钢筋的俯视图，图4为本发明所述基础环连接钢筋的半剖示意图。

如图1所示，所述钢筋连接器4进一步包含套筒41和套筒底座42。具体的，所述套筒41内壁设有螺纹，所述套筒41的一端焊接固定在套筒底座42上，另一端用于钢筋旋进，与钢筋螺旋连接；所述套筒41与套筒底座42也可为一体成型结构。与钢筋连接器4连接的钢筋至少一端设有螺纹，与套筒连接。所述套筒底座42焊接固定在环体1环体壁上，从而实现钢筋连接器4与环体1的连接固定。在一实施例中，钢筋连接器4在环体1的内环体壁和外环体壁上一一对应设置，如此一来，一根钢筋旋入设置于环体1的外环体壁上的钢筋连接器4，对应的另一个钢筋旋入设置于环体1的内环体壁上的钢筋连接器4，使得基础环无需穿孔就能够将钢筋装入环体中。

在基础浇筑过程中，底法兰3、与底法兰3连接的环体1部分，以及环体1上的钢筋连接器4、钢筋连接器连接的钢筋埋入混凝土中，并最终与基础成为一个整体，实现基础环与基础的连接，基础对基础环起到锚固作用。

当本发明提供的基础环应用于高桩承台基础时，所述基础环还可以包含连接环板5，所述连接环板5设置在环体1外侧。所述连接环板5用来设置桩体连接件，如钢梁等，通过桩体连接件与桩体连接。具体的，如图5所示，所述钢梁6的一端焊接固定在连接环板5之间，另一端固定设置在桩体7上，实现基础环载荷向桩体的传递。在基础浇筑过程中，所述连接环板5和钢梁6也埋入基础8的混凝土，与基础8成为一体。所述连接环板5也可根据需要进行布置，连接环板5可改善基础的抗剪性能，提高基础对基础环的锚固性能。

图6为本发明所述基础环的加工方法流程图。所述基础环的具体加工操作包含制备环体并进行相关检查，焊接固定钢筋连接器并进行相关检查，顶法兰、底法兰和连接环板与环体组焊并进行相关检查；实际生产中，加工成型的基础环还进行防腐处理等。

制备环体并进行相关检查：按照设计要求选取一定尺寸、厚度的钢板，钢板侧边开剖口，将一块钢板两侧边全融透焊接连接，或将多个钢板侧边全融透焊接形成中空的圆柱形环体，环体壁可以是等厚的，也可以是变化的；检查制备的环体尺寸如圆度等，若环体尺寸不符合要求，则进行相应的修正；用超声波对环体侧边形成的焊缝进行全检，确保焊接质量。

焊接固定钢筋连接器并进行相关检查：在环体壁的内侧和外侧上，采用角焊缝围焊对钢筋连接器进行焊接固定；检查焊接后环体尺寸是否有变化，若环体尺寸不符合要求，则进行相应的修正；对钢筋连接器的焊缝进行无损检测，确保焊接质量。

顶法兰、底法兰和连接环板与环体组焊并进行相关检查：将顶法兰和底法兰分别焊接固定在环体的两端，将连接环板焊接固定在环体环壁外侧，从而形成基础环；检查焊接后环体尺寸是否有变化，检查顶法兰平面度和底法兰平面度，同时对焊缝进行无损检测，对成品进行检验，完成基础环加工。

基础环的防腐处理：对基础环进行喷砂除锈、喷锌和油漆涂装等防腐处理，以延长设备的使用寿命、降低维修成本。

图7为本发明所述基础环的施工方法流程图。如图7所示，所述基础环的具体施工操作如下：在待施工位置上开挖土方，安装预埋件，浇筑垫层混凝土固定预埋件，将基础环吊装到预埋件上进行定位，并对基础环进行调平；铺设钢筋层，钢筋用于增强基础的强度；钢筋层中的钢筋包含设有螺纹接头、与基础环内侧或外侧的钢筋连接器螺旋连接、固定的钢筋，对钢筋层中的钢筋进行绑扎；对基础环再次进行调平，向基础环周围及基础环内浇筑混凝土，使钢筋、基础环与混凝土形成整体；基础养护完成后进行土方回填，将塔筒吊装到基础环上，与基础环顶法兰固定连接，完成基础环的施工。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。