CN106703067B - 仿树根柔性风电基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿树根柔性风电基础，包括固定盘和基础盘，所述固定盘位于所述基础盘的上方；所述基础盘的底部连接有管桩；所述固定盘的中部与所述基础盘的中部之间连接有用于承重的芯根，所述固定盘的周边部与所述基础盘的周边部之间连接有周根，所述周根由钢索构成。本发明还公开了一种仿树根柔性风电基础的施工方法。本发明的仿树根柔性风电基础，可靠性高、成本低、适应性强。

Description

仿树根柔性风电基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及风力发电机的安装基础技术领域，具体地说，涉及一种仿树根柔性风电基础及其施工方法。

背景技术

目前，大型风电基础一般采用重力式浅埋钢筋混凝土圆形基础，现有的这种基础形式存在以下缺陷：

1.现有的这种基础混凝土用量大，至少达250m³,同时钢筋使用量较大；

2.现有的这种基础浇筑施工属于大体积混凝土施工，施工工艺要求高；

3.现有的这种基础采用大量抗拔高特制预应力长螺栓锚杆，不但增加了工程造价和施工流程，而且由于基础与地基采用刚性连接，在循环载荷作用下，锚杆易发生疲劳断裂和失效；

4.地基开挖产生大量的废石渣，一般处理方法为就近废弃，造成环境破坏；

5.基础刚性大，底部受到较大的弯矩作用，可靠性低，需要使用较多钢筋和混凝土对基础进行加固，以保证基础的可靠性，建设成本高；

6.浅层地质较软的地区，例如沿海或者近海等地区，安装现有的这种风电基础时，基础易于在土壤中发生沉降，影响风电设备的运行。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种可靠性高、成本低、适应性强的仿树根柔性风电基础。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种可靠性高、成本低、适应性强的仿树根柔性风电基础的施工方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

仿树根柔性风电基础，包括：

固定盘和基础盘，所述固定盘位于所述基础盘的上方；所述基础盘是钢筋混凝土基础盘，所述基础盘的底部连接有管桩；所述固定盘的中部与所述基础盘的中部之间连接有用于承重的芯根，所述芯根是钢筋混凝土芯根；所述固定盘的周边部与所述基础盘的周边部之间连接有周根，所述周根由钢索构成；所述固定盘包括金属骨架和水泥覆盖层，所述金属骨架包括基础环，所述基础环内连接有多个芯根环，所述芯根环外接于芯根环内侧固定环外，所述基础环外接有多个周根环，所述周根环内接于周根环外侧固定环内；所述水泥覆盖层设于所述金属骨架上侧；所述芯根的钢骨架与所述芯根环连接，所述周根的钢索与所述周根环连接。

优选的，所述周根与所述基础盘之间连接有须根，所述须根由钢索构成。

优选的，所述芯根与所述基础盘通过弹性连接垫连接。

优选的，所述管桩与所述基础盘之间通过弹性连接垫连接。

优选的，所述弹性连接垫包括弹性体，所述弹性体内设置有第一钢骨架和第二钢骨架，所述第一钢骨架和所述第二钢骨架分别从所述弹性体的两端伸出。

优选的，所述须根的钢索通过须根环与所述周根的钢索连接。

优选的，所述基础盘的上表面设置有橡胶层。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：

仿树根柔性风电基础的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、预先制作所述管桩和所述芯根，将土层开挖至持力层位置，将地基夯实处理平整后，将所述管桩打入到地层中；

b、布置所述基础盘的钢骨架，在钢骨架上设置分别与所述芯根、所述周根以及所述管桩相连接的构件，将所述基础盘的钢骨架与所述管桩固定连接，然后浇筑混凝土完成所述基础盘；

c、将所述芯根的钢骨架焊接在所述基础盘的相应连接构件上，将所述基础环、所述芯根环、所述芯根环内侧固定环、所述周根环以及所述周根环外侧固定环焊接形成金属骨架，并将所述周根的钢索焊接至所述周根环上形成整体结构，再将所述整体结构中的所述芯根环与所述芯根连接；

d、对所述金属骨架和所述周根形成的整体结构进行水平度校正，然后将所述周根的下端部固定连接于所述基础盘；

e、将施工碎石和土壤回填，最后在所述金属骨架的上侧浇筑水泥覆盖层形成所述固定盘。

优选的，步骤b中，将所述管桩与所述基础盘通过弹性连接垫连接，所述弹性连接垫包括弹性体，所述弹性体内设置有第一钢骨架和第二钢骨架，所述第一钢骨架和所述第二钢骨架分别从所述弹性体的两端伸出，上述连接步骤即将所述弹性连接垫的第二钢骨架与所述管桩的钢骨架连接，将所述弹性连接垫的第一钢骨架与所述基础盘的钢骨架连接；

步骤c中，在所述基础盘上预先设置橡胶层；

设置所述周根后，在所述周根上固定设置须根环，在所述须根环上固定引出若干根须根，所述须根的下端部固定连接至所述基础盘上的相应位置；

将所述芯根与所述基础盘通过所述弹性连接垫连接，即将所述弹性连接垫的第一钢骨架与所述芯根的钢骨架连接，将所述弹性连接垫的第二钢骨架与所述基础盘的钢骨架连接。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

本发明的仿树根柔性风电基础，芯根以及管桩为钢筋混凝土设计，每根芯根与基础盘的上表面通过弹性连接垫连接，周根为钢索结构的柔性设计，使仿树根柔性风电基础整体既具有一定的刚性，又具有一定的柔性。风机机组固定连接到固定盘的上表面上，风机机组的重力由芯根传递到基础盘上。风机设备工作过程中，基础环位置产生的巨大弯矩由芯根和周根形成的仿树根结构承受。在风机正常工作时，该仿树根柔性风电基础具有一定的刚度，不会产生变形。若遇到强风或其它突变载荷，芯根根部的弹性连接垫变形的同时，周根的钢索柔性设计就会发挥作用，周根的钢索在受力的情况下，会受到拉伸变长，起到弹性变形、缓冲减震的作用，使基础结构具有缓冲减震作用，使基础关键部位，如各焊接点，在极限载荷下的受力大大减小，极大提高了结构的可靠性。

本发明的仿树根柔性风电基础，每根所述管桩与所述基础盘之间通过弹性连接垫连接，每根芯根与所述基础盘的上表面通过弹性连接垫连接。使根部一端受到拉伸变长时，芯根根部的弹性连接垫会相应变形，芯根以及周根的根部对基础盘也有巨大的拉力，由于基础盘上部的橡胶和与管桩连接的弹性连接垫也具有一定的柔性，基础盘会产生微量变形再次缓冲结构受力，进一步起到弹性变形、缓冲减震的作用，进一步提高了结构的可靠性。

本发明的仿树根柔性风电基础，通过将周根环与芯根环分别焊接到基础环的内侧和外侧，将传统的基础环与基础中钢筋的点焊接连接方式，优化为线焊接连接方式，大大增强了基础环与基础的连接强度。并且这种设计能够将基础环的受力转换到芯根环及周根环上，即使个别环的连接出现问题，其它环的正常工作也能够保障风机基础整体安全可靠运行。

本发明的仿树根柔性风电基础，整个结构除基础盘和水泥覆盖层在现场施工完成外，其它件均可在工厂进行预制，大大降低施工成本。

本发明的仿树根柔性风电基础，整个结构的体积小，成本小，主要部件均可进行回收利用，例如芯根和周根、基础环、以及管桩等可反复使用，基础盘上部区域均可回填施工碎石及土壤，可消除对环境的不良影响。

本发明的仿树根柔性风电基础，管桩具有一定的刚性，安装时打入地层的持力层中，不容易发生沉降，使该基础能够适应不同的地质环境，可以根据不同地区的地质环境调节基础环与基础盘之间的距离，使基础盘位于土层的持力层位置，基础盘下部通过弹性连接垫与PHC管桩的连接，在山区，可以有效防倾覆，在沿海及近海地区，可以有效抗沉降。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明的仿树根柔性风电基础的立体结构示意图；

图2是本发明的仿树根柔性风电基础的局部剖视图；

图3是本发明的仿树根柔性风电基础的俯视图；

图4是图2中的固定盘部分的结构示意图；

图5是图2中的第一弹性连接垫的结构示意图；

图中：1-基础盘；2-管桩；3-弹性连接垫；31-第一钢骨架；32-第二钢骨架；4-橡胶层；5-固定盘；51-芯根环；52-基础环；53-周根环；531-主周根环；532-副周根环；54-周根环外侧固定环；55-须根环；56-芯根环内侧固定环；57-水泥覆盖层；6-芯根；7-周根；71-主周根；72-副周根；8-须根。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1、图2以及图3，本发明的仿树根柔性风电基础，包括固定盘5和基础盘1，固定盘5位于基础盘1的上方；基础盘1的底部连接有管桩2，管桩2为PHC(预应力高强度混凝土)管桩；固定盘5的中部与基础盘1的中部之间连接有用于承重的芯根6，芯根6可为多根，固定盘5的周边部与基础盘1的周边部之间连接有多根周根7，周根7由多根沿周圈并行设置的钢索构成。为了提高拉力支撑，多根周根7可斜向连接于固定盘5与基础盘1之间。

周根7与芯根6共同形成仿树根结构，抗拉能力强，又具有弹性变形的柔性功能，若遇到强风或其它突变载荷，周根7的钢索柔性设计就会发挥作用，周根7的钢索在受力的情况下，会受到拉伸变长，起到弹性变形、缓冲减震的作用，使基础结构具有缓冲减震作用，使基础关键部位，如各焊接点，在极限载荷下的受力大大减小，极大提高了结构的可靠性。

为了进一步增强仿树根结构的抗拉强度，周根7与基础盘1之间连接有须根8，须根8由若干根沿周圈并行设置的钢索构成。具体地，每根周根7的中部固定设置有须根环55，须根8的钢索比周根7的钢索相对细，每根须根8的钢索的上端部焊接至须根环55上，每根须根8的下端部连接至基础盘1的上表面。

参照图4，固定盘5包括金属骨架和水泥覆盖层，金属骨架包括基础环52，基础环52内连接有多个芯根环51，芯根环51外接于芯根环内侧固定环56外，基础环52外接有多个周根环53，周根环53内接于周根环外侧固定环54内；水泥覆盖层57浇筑于金属骨架上侧；芯根6的钢骨架与芯根环51连接，周根7的钢索与周根环53连接。

参照图1和图3，周根7可包括主周根71和副周根72，主周根71沿着固定盘5的圆周边排列，相邻的主周根71之间设置副周根72。相对应地，可在基础环52外侧设置主周根环531和副周根环532，副周根环532比主周根环531相对小，每根主周根71和每根副周根72分别包括若干根沿周圈均匀分布的钢索，钢索的上端部焊接至对应的主周根环531的周圈上或者副周根环532的周圈上。

芯根6是钢筋混凝土芯根，基础盘1是钢筋混凝土基础盘，为了使钢筋混凝土制成的芯根6在遇到强风或其它突变载荷时，具有柔性减震功能，每根芯根6与基础盘1的上表面可通过弹性连接垫3连接。

参照图5，弹性连接垫3包括弹性体，弹性体内设置有第一钢骨架和第二钢骨架，第一钢骨架和第二钢骨架分别从弹性体的两端伸出，弹性连接垫3的第一钢骨架31与芯根6的钢骨架焊接，弹性连接垫3的第二钢骨架32与基础盘1连接。

基础盘1的上表面上设置有橡胶层4，每根管桩2与基础盘1之间通过弹性连接垫3连接，弹性连接垫3的第二钢骨架32与管桩2的钢骨架连接，弹性连接垫3的第一钢骨架31与基础盘1连接。基础盘1上部的橡胶层4和与管桩2连接的弹性连接垫3也具有一定的柔性，基础盘1会产生微量变形再次缓冲结构受力，进一步起到弹性变形、缓冲减震的作用，进一步提高了结构的可靠性。

本发明还公开了一种上述仿树根柔性风电基础的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：a、预先制作管桩2和芯根6，将土层开挖至持力层(直接承受基础载荷的土层为持力层)位置，将地基夯实处理平整后，将管桩2打入到地层中；

b、布置基础盘1的钢骨架，在基础盘1的钢骨架上设置分别用于与芯根6和周根7以及管桩2相连接的构件，将基础盘1的钢骨架与管桩2的上端固定连接，然后浇筑混凝土完成基础盘1；c、将芯根6的钢骨架焊接在基础盘1的相应连接构件上，将基础环52、芯根环51、芯根环内侧固定环56、周根环53以及周根环外侧固定环54预先焊接形成金属骨架，并将周根7的钢索的上端部焊接至周根环53上形成整体结构，再将整体结构中的芯根环51与芯根6连接；

d、对金属骨架和周根7形成的整体结构进行水平度校正，然后将周根7的下端部固定连接于基础盘1；

e、将施工碎石和土壤回填，最后在金属骨架的上侧浇筑水泥覆盖层57形成固定盘5。优选的方案是：步骤b中，将管桩2与基础盘1通过弹性连接垫3连接，即将弹性连接垫3的第二钢骨架与管桩2的钢骨架连接，将弹性连接垫3的第一钢骨架与基础盘1的钢骨架连接。

步骤c中，在基础盘1上预先设置橡胶层4；

设置周根7后，在周根7上固定设置须根环55，在须根环55上固定引出若干根倾斜设置的须根8，须根8的下端部固定连接至基础盘1上的相应位置；

将芯根6与基础盘1通过弹性连接垫3连接，即将弹性连接垫3的第一钢骨架与芯根6的钢骨架连接，将弹性连接垫3的第二钢骨架与基础盘1的钢骨架连接。

本发明的仿树根柔性风电基础及施工方法，整个结构除基础盘1和水泥覆盖层57在现场施工完成外，其它件均可在工厂进行预制，大大降低施工成本。以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.仿树根柔性风电基础，其特征在于，包括：

固定盘和基础盘，所述固定盘位于所述基础盘的上方；所述基础盘是钢筋混凝土基础盘，所述基础盘的底部连接有管桩；所述固定盘的中部与所述基础盘的中部之间连接有用于承重的芯根，所述芯根是钢筋混凝土芯根；所述固定盘的周边部与所述基础盘的周边部之间连接有周根，所述周根由钢索构成；

所述固定盘包括金属骨架和水泥覆盖层，所述金属骨架包括基础环，所述基础环内连接有多个芯根环，所述芯根环外接于芯根环内侧固定环外，所述基础环外接有多个周根环，所述周根环内接于周根环外侧固定环内；所述水泥覆盖层设于所述金属骨架上侧；所述芯根的钢骨架与所述芯根环连接，所述周根的钢索与所述周根环连接。

2.根据权利要求1所述的仿树根柔性风电基础，其特征在于：所述周根与所述基础盘之间连接有须根，所述须根由钢索构成。

3.根据权利要求1所述的仿树根柔性风电基础，其特征在于：所述芯根与所述基础盘通过弹性连接垫连接。

4.根据权利要求1所述的仿树根柔性风电基础，其特征在于：所述管桩与所述基础盘之间通过弹性连接垫连接。

5.根据权利要求3或4所述的仿树根柔性风电基础，其特征在于：所述弹性连接垫包括弹性体，所述弹性体内设置有第一钢骨架和第二钢骨架，所述第一钢骨架和所述第二钢骨架分别从所述弹性体的两端伸出。

6.根据权利要求2所述的仿树根柔性风电基础，其特征在于：所述须根的钢索通过须根环与所述周根的钢索连接。

7.根据权利要求1所述的仿树根柔性风电基础，其特征在于：所述基础盘的上表面设置有橡胶层。

8.如权利要求1所述的仿树根柔性风电基础的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、预先制作所述管桩和所述芯根，将土层开挖至持力层位置，将地基夯实处理平整后，将所述管桩打入到地层中；

b、布置所述基础盘的钢骨架，在钢骨架上设置分别与所述芯根、所述周根以及所述管桩相连接的构件，将所述基础盘的钢骨架与所述管桩固定连接，然后浇筑混凝土完成所述基础盘；

c、将所述芯根的钢骨架焊接在所述基础盘的相应连接构件上，将所述基础环、所述芯根环、所述芯根环内侧固定环、所述周根环以及所述周根环外侧固定环焊接形成金属骨架，并将所述周根的钢索焊接至所述周根环上形成整体结构，再将所述整体结构中的所述芯根环与所述芯根连接；

d、对所述金属骨架和所述周根形成的整体结构进行水平度校正，然后将所述周根的下端部固定连接于所述基础盘；

e、将施工碎石和土壤回填，最后在所述金属骨架的上侧浇筑水泥覆盖层形成所述固定盘。

9.根据权利要求8所述的仿树根柔性风电基础的施工方法，其特征在于：

步骤b中，将所述管桩与所述基础盘通过弹性连接垫连接，所述弹性连接垫包括弹性体，所述弹性体内设置有第一钢骨架和第二钢骨架，所述第一钢骨架和所述第二钢骨架分别从所述弹性体的两端伸出，上述连接步骤即将所述弹性连接垫的第二钢骨架与所述管桩的钢骨架连接，将所述弹性连接垫的第一钢骨架与所述基础盘的钢骨架连接；

步骤c中，在所述基础盘上预先设置橡胶层；

设置所述周根后，在所述周根上固定设置须根环，在所述须根环上固定引出若干根须根，所述须根的下端部固定连接至所述基础盘上的相应位置；

将所述芯根与所述基础盘通过所述弹性连接垫连接，即将所述弹性连接垫的第一钢骨架与所述芯根的钢骨架连接，将所述弹性连接垫的第二钢骨架与所述基础盘的钢骨架连接。