CN105569067A - 适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构及施工方法 - Google Patents

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刘磊
王冬珍
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Abstract

本发明提供一种适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构及施工方法，它包括位于地面以下的复合地基，复合地基的上表面铺设有素混凝土垫层，素混凝土垫层的上方设有钢筋混凝土承台，钢筋混凝土承台设有突出至地面以上的凸台，凸台的上表面嵌有用于连接上部塔筒的连接部件；地基结构还包括多根锚杆，锚杆依次穿过钢筋混凝土承台、素混凝土垫层、复合地基至复合地基的下方岩层。该适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构及施工方法，使较厚覆盖层或浅层全风化（较破碎）岩层进行地基处理后，仍可以继续采用预应力岩石锚杆风机基础，提高了预应力岩石锚杆风机基础对于地基条件的适应能力。

Description

适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构及施工方法
技术领域
本发明涉及一种适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构。
本发明涉及一种适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构的施工方法。
背景技术
随着陆上风电资源日益有限，陆上风电逐步向山区、戈壁等区域推进，此区域岩石地基普遍分布。当岩石的完整性和饱和单轴抗压强度均较好的区域，可考虑采用预应力岩石锚杆风机基础。
由于预应力岩石锚杆风机基础的承台的直径约为传统重力式风机基础的承台的直径的一半，预应力岩石锚杆风机基础的承台混凝土方量也为传统重力式风机基础的一半。由于作用在风机上部的水平弯矩、水平力和竖向力较大(荷载偏心较大)，加之单个混凝土承台须布置岩石锚杆约20根，岩石锚杆的后张拉力(在混凝土承台顶部设置挡板)施加后，相当于又给风机基础的承台施加约20个竖向力(一般情况下，单个竖向力大小约为800KN)。综上，预应力岩石锚杆风机基础对浅层地基承载力要求较高，一般需要达到550～600Kpa左右。
如场地覆盖层较薄，且下部岩石的完整性和饱和单轴抗压强度均较好(此时浅层地基承载力可达到550～600Kpa左右)的区域，可直接采用预应力岩石锚杆风机基础。
如场地覆盖层较厚或浅部地基为全风化(较破碎)岩层，但下部岩石的完整性和饱和单轴抗压强度仍然较好的区域，此时需对较厚覆盖层或浅层全风化(较破碎)岩层进行地基处理，处理完的复合地基承载力达到550～600Kpa左右，此时仍可以继续采用预应力岩石锚杆风机基础。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构及施工方法，用于解决现有技术中较厚覆盖层或浅层全风化(较破碎)岩层，不能采用预应力岩石锚杆风机基础的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，它包括位于地面以下的复合地基，复合地基的上表面铺设有素混凝土垫层，素混凝土垫层的上方设有钢筋混凝土承台，钢筋混凝土承台设有突出至地面以上的凸台，凸台的上表面嵌有用于连接上部塔筒的连接部件；地基结构还包括多根锚杆，锚杆依次穿过钢筋混凝土承台、素混凝土垫层、复合地基至复合地基的下方岩层。
优选的，连接部件为基础环，基础环的下部位于钢筋混凝土承台内，基础环的上部与上部塔筒相连接。进一步的优选，基础环的下端与连接法兰连接。
优选的，复合地基内设有多根素混凝土桩。
优选的，锚杆位于钢筋混凝土承台、素混凝土垫层、复合地基中的部分为自由段，自由段的外部套有套管，锚杆位于复合地基下方的部分为锚固段，锚固段与周边的岩石通过灌浆料相固定。
优选的，锚杆突出至钢筋混凝土承台外的上端设置有横向挡板，横向挡板的下表面与钢筋混凝土承台的上表面相接触。
优选的，素混凝土垫层的厚度为15～20cm。
优选的，复合地基的厚度为3～6m。
优选的，素混凝土垫层的上表面与地面之间的距离为1.5～1.8m。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构的施工方法，包括以下步骤：
1)采用混凝土干作业的方法浇筑形成多根素混凝土桩，素混凝土桩与周围岩土层形成复合地基；
2)在复合地基上方挖出基坑，对复合地基的地基承载力进行检测；
3)复合地基的地基承载力检测合格后，将多根锚杆插入复合地基中直至复合地基的下方岩层；
4)锚杆施工完毕后，选取其中若干根锚杆进行抗拔承载力检测；
5)锚杆的抗拔承载力检测合格后，在复合地基的上表面浇筑素混凝土垫层；
6)在素混凝土垫层的上表面绑扎承台钢筋并安装用于连接上部塔筒的连接部件，然后浇筑混凝土形成钢筋混凝土承台，连接部件的下部嵌入钢筋混凝土承台中；
7)在锚杆突出至钢筋混凝土承台上方的一端安装横向挡板，横向挡板的下表面与钢筋混凝土承台的上表面相接触，使锚杆产生后张拉力。
优选的，步骤3)中锚杆的施工具体包括以下步骤：
①在复合地基中插入多根套管，套管的下端面与复合地基的下表面相平齐，套管的长度等于复合地基、素混凝土垫层、钢筋混凝土承台的整体高度；
②在套管内插入锚杆，锚杆插入至复合地基的下方岩层；
③从套管与复合地基之间的间隙灌注灌浆料，灌浆料将锚杆位于复合地基的下方的部分与周围的岩石相固定。
优选的，步骤2)中，若检测出的复合地基的地基承载力为550～600Kpa时，则认为复合地基的地基承载力合格。
优选的，步骤4)中，若检测出的锚杆的抗拔承载力大于600～800Kpa时，则认为锚杆的抗拔承载力合格。
优选的，步骤7)中，锚杆的后张拉力设置为600～800Kpa。
如上所述，本发明适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构及施工方法，具有以下有益效果：
该适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构及施工方法，使较厚覆盖层或浅层全风化(较破碎)岩层进行地基处理后，仍可以继续采用预应力岩石锚杆风机基础，提高了预应力岩石锚杆风机基础对于地基条件的适应能力，而预应力岩石锚杆风机基础相比传统重力式风机基础经济优势较为明显，从而可以更好地为整个工程节省造价。
附图说明
图1显示为本发明适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构的结构示意图。
元件标号说明
1复合地基
2素混凝土垫层
3钢筋混凝土承台
31凸台
4锚杆
41自由段
42锚固段
5基础环
6连接法兰
7素混凝土桩
8横向挡板
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，它包括位于地面以下的复合地基1，复合地基1的上表面铺设有素混凝土垫层2，素混凝土垫层2的上方设有钢筋混凝土承台3，钢筋混凝土承台3设有突出至地面以上的凸台31，凸台31的上表面嵌有用于连接上部塔筒的连接部件；地基结构还包括多根锚杆4，锚杆4依次穿过钢筋混凝土承台3、素混凝土垫层2、复合地基1至复合地基1的下方岩层。
连接部件为基础环5，基础环5的下部位于钢筋混凝土承台3内，基础环5的上部与上部塔筒相连接，基础环5的下端与连接法兰6连接。若上部塔筒底法兰为T型法兰，也可采用锚入钢筋混凝土承台3内的高强预应力锚栓群代替基础环5作为连接部件。
复合地基1内设有多根素混凝土桩7。施工时，采用CFG(C20)混凝土干作业成孔桩的工艺浇筑形成多根素混凝土桩7，素混凝土桩7与周围岩土层形成复合地基1，复合地基1的处理厚度为3～6m；素混凝土垫层2可为厚15～20cm的C20素混凝土垫层。
锚杆4位于钢筋混凝土承台3、素混凝土垫层2、复合地基1中的部分为自由段41，自由段41的外部套有套管；锚杆4位于复合地基1下方的部分为锚固段42，锚固段42与周边的岩石通过灌浆料相固定。锚杆4的自由段41可在套管里自由活动，保证了锚杆4的自由段41可以发生自由拉伸变形，而锚固段42与周边的岩石通过C60高强灌浆料相固定，复合地基1下方的岩石的完整性和饱和单轴抗压强度均较好，锚固段42和岩石之间提供了足够的抗拔力，以保证钢筋混凝土承台3的安全稳定。
锚杆4突出至钢筋混凝土承台3外的上端设置有横向挡板8，横向挡板8的下表面与钢筋混凝土承台3的上表面相接触。横向挡板8的设置，对锚杆4施加后张拉力，可始终保证钢筋混凝土承台3处于受压状态，从而保证整个钢筋混凝土承台3的安全稳定。锚杆4的后张拉力可取计算所得单个锚杆4需提供拉力极限值的1.1～1.2倍，锚杆4的后张拉力应设置为600～800Kpa，后张拉力的设计值因上部风机载荷不同而异。
上述预应力岩石锚杆风机基础的基础埋深为1.5～1.8m，即素混凝土垫层2的上表面与地面之间的距离为1.5～1.8m。
上述地基结构的复合地基承载力能达到550～600Kpa，使较厚覆盖层或浅层全风化(较破碎)岩层进行地基处理后，仍可以继续采用预应力岩石锚杆风机基础。
上述适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构的施工方法，包括以下步骤：
1)选定风机机位具体位置后，根据地勘资料成果，在原地面进行复合地基1的施工作业，具体为，采用采用CFG(C20)混凝土干作业成孔桩的工艺浇筑形成多根素混凝土桩7，素混凝土桩7与周围岩土层形成复合地基1，素混凝土桩7的桩径可为0.5m；复合地基1的处理厚度为素混凝土垫层2的底部以下3～6m，特别要注意素混凝土桩7的布置要和后续施工的高强预应力岩石锚杆4的布置位置错开；
2)在复合地基1上方挖出风机基础的基坑，对复合地基1的地基承载力进行检测；若检测出的复合地基1的地基承载力为550～600Kpa时，则认为复合地基1的地基承载力合格，方可进行后续的锚杆4的施工；
3)复合地基1的地基承载力检测合格后，将多根锚杆4插入复合地基1中直至复合地基1的下方岩层；其中，锚杆4的施工具体包括以下步骤，
①在复合地基1中插入多根套管，套管的下端面与复合地基1的下表面相平齐，套管的长度等于复合地基1、素混凝土垫层2、钢筋混凝土承台3的整体高度；
②在套管内插入锚杆4，锚杆4插入至复合地基1的下方岩层；
③从套管与复合地基1之间的间隙灌注C60高强灌浆料，灌浆料将锚杆4位于复合地基1的下方的部分与周围的岩石相固定；
锚杆4位于套管内的为自由段41，锚杆4通过灌浆料与周围的岩石相固定的为锚固段42；锚杆4的自由段41可在套管里自由活动，保证了锚杆4的自由段41可以发生自由拉伸变形，而锚固段42与周边的岩石通过C60高强灌浆料相固定，复合地基1下方的岩石的完整性和饱和单轴抗压强度均较好，锚固段42和岩石之间提供了足够的抗拔力，以保证钢筋混凝土承台3的安全稳定；
4)锚杆4施工完毕后，待灌浆料达到龄期后，选取其中若干根锚杆4(优选为1～2根)进行抗拔承载力检测；若检测出的锚杆4的抗拔承载力大于600～800Kpa时，则认为锚杆4的抗拔承载力合格，该锚杆4的抗拔承载力的设计值因上部风机载荷不同而异；
5)锚杆4的抗拔承载力检测合格后，在复合地基1的上表面浇筑素混凝土垫层2；其中，素混凝土垫层2为厚15～20cm的C20素混凝土垫层，预应力岩石锚杆风机基础的基础埋深，即素混凝土垫层2的上表面与地面之间的距离为1.5～1.8m；
6)在素混凝土垫层2的上表面绑扎承台钢筋并安装用于连接上部塔筒的连接部件，然后浇筑混凝土形成钢筋混凝土承台3，连接部件的下部嵌入钢筋混凝土承台3中；该钢筋混凝土承台3的混凝土方量为传统重力式风机基础的承台的一半，钢筋混凝土承台3的上部设有突出至地面以上的凸台31；
7)待承台混凝土达到龄期后，在锚杆4突出至钢筋混凝土承台3上方的一端安装横向挡板8，横向挡板8的下表面与钢筋混凝土承台3的上表面相接触，使锚杆4产生后张拉力；锚杆4的后张拉力可取计算所得单个锚杆4需提供拉力极限值的1.1～1.2倍，锚杆4的后张拉力应设置为600～800Kpa，后张拉力的设计值因上部风机载荷不同而异。
综上所述，本发明适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构及施工方法，使较厚覆盖层或浅层全风化(较破碎)岩层进行地基处理后，仍可以继续采用预应力岩石锚杆风机基础，提高了预应力岩石锚杆风机基础对于地基条件的适应能力，而预应力岩石锚杆风机基础相比传统重力式风机基础经济优势较为明显，从而可以更好地为整个工程节省造价。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，其特征在于：它包括位于地面以下的复合地基(1)，所述复合地基(1)的上表面铺设有素混凝土垫层(2)，所述素混凝土垫层(2)的上方设有钢筋混凝土承台(3)，所述钢筋混凝土承台(3)设有突出至地面以上的凸台(31)，所述凸台(31)的上表面嵌有用于连接上部塔筒的连接部件；所述地基结构还包括多根锚杆(4)，所述锚杆(4)依次穿过所述钢筋混凝土承台(3)、素混凝土垫层(2)、复合地基(1)至所述复合地基(1)的下方岩层。
2.根据权利要求1所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，其特征在于：所述连接部件为基础环(5)，所述基础环(5)的下部位于所述钢筋混凝土承台(3)内，所述基础环(5)的上部与所述上部塔筒相连接。
3.根据权利要求2所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，其特征在于：所述基础环(5)的下端与连接法兰(6)连接。
4.根据权利要求1所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，其特征在于：所述复合地基(1)内设有多根素混凝土桩(7)。
5.根据权利要求1所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，其特征在于：所述锚杆(4)位于所述钢筋混凝土承台(3)、素混凝土垫层(2)、复合地基(1)中的部分为自由段(41)，所述自由段(41)的外部套有套管；所述锚杆(4)位于所述复合地基(1)下方的部分为锚固段(42)，所述锚固段(42)与周边的岩石通过灌浆料相固定。
6.根据权利要求1所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，其特征在于：所述锚杆(4)突出至所述钢筋混凝土承台(3)外的上端设置有横向挡板(8)，所述横向挡板(8)的下表面与所述钢筋混凝土承台(3)的上表面相接触。
7.根据权利要求1所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，其特征在于：所述素混凝土垫层(2)的厚度为15～20cm。
8.根据权利要求1所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，其特征在于：所述复合地基(1)的厚度为3～6m。
9.根据权利要求1所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构，其特征在于：所述素混凝土垫层(2)的上表面与地面之间的距离为1.5～1.8m。
10.一种适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用混凝土干作业的方法浇筑形成多根素混凝土桩(7)，所述多根素混凝土桩(7)与周围岩土层形成复合地基(1)；
2)在所述复合地基(1)上方挖出基坑，对所述复合地基(1)的地基承载力进行检测；
3)所述复合地基(1)的地基承载力检测合格后，将多根锚杆(4)插入所述复合地基(1)中直至所述复合地基(1)的下方岩层；
4)所述锚杆(4)施工完毕后，选取其中若干根锚杆(4)进行抗拔承载力检测；
5)所述锚杆(4)的抗拔承载力检测合格后，在所述复合地基(1)的上表面浇筑素混凝土垫层(2)；
6)在所述素混凝土垫层(2)的上表面绑扎承台钢筋并安装用于连接上部塔筒的连接部件，然后浇筑混凝土形成钢筋混凝土承台(3)，所述连接部件的下部嵌入所述钢筋混凝土承台(3)中；
7)在所述锚杆(4)突出至所述钢筋混凝土承台(3)上方的一端安装横向挡板(8)，所述横向挡板(8)的下表面与所述钢筋混凝土承台(3)的上表面相接触，使所述锚杆(4)产生后张拉力。
11.根据权利要求10所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构的施工方法，其特征在于，所述步骤3)中所述锚杆(4)的施工具体包括以下步骤：
①在所述复合地基(1)中插入多根套管，所述套管的下端面与所述复合地基(1)的下表面相平齐，所述套管的长度等于所述复合地基(1)、素混凝土垫层(2)、钢筋混凝土承台(3)的整体高度；
②在所述套管内插入所述锚杆(4)，所述锚杆(4)插入至所述复合地基(1)的下方岩层；
③从所述套管与所述复合地基(1)之间的间隙灌注灌浆料，所述灌浆料将所述锚杆(4)位于所述复合地基(1)的下方的部分与周围的岩石相固定。
12.根据权利要求10所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构的施工方法，其特征在于：所述步骤2)中，若检测出的所述复合地基(1)的地基承载力为550～600Kpa时，则认为所述复合地基(1)的地基承载力合格。
13.根据权利要求10所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构的施工方法，其特征在于：所述步骤4)中，若检测出的所述锚杆(4)的抗拔承载力大于600～800Kpa时，则认为所述锚杆(4)的抗拔承载力合格。
14.根据权利要求10所述的适用于预应力岩石锚杆风机基础的地基结构的施工方法，其特征在于：所述步骤7)中，所述锚杆(4)的后张拉力设置为600～800Kpa。
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