CN107023029A - 一种空心圆台重力式柔性风机基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空心圆台重力式柔性风机基础及其施工方法，该柔性风机基础包括下部和上部两部分，下部包括若干个内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩，其顶部分别设有第一弹性连接垫和第二弹性连接垫；上部包括空心圆台主体以及与其顶部连接的基础盘，空心圆台主体由下而上直径逐渐变小，侧面覆盖有弹性介质层，空心圆台主体的内部竖直设置若干个PHC芯桩，其与内圈PHC沉桩一一对应连接。本发明通过使用空心圆台结构，大大节省了钢筋及混凝土的使用量，空心部位回填施工渣土，使得基础的一部分重力来自渣土重量，保证基础稳定性的同时，能够有效保护环境，而且上大下小的圆台结构，能够借助地面的覆压进一步增加结构的稳定性。

Description

一种空心圆台重力式柔性风机基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种空心圆台重力式柔性风机基础及其施工方法。属于风力发电机基础技术领域。

背景技术

重力式风力发电机基础是一种基本的基础形式，它依靠基础表面覆盖的土层和混凝土自重来抵抗极端风荷载工况下产生的倾覆力矩，具有力学模型简单、结构整体性好、埋深较浅、对地基土的适用范围广、施工工艺成熟、施工周期短等优点，是一种主要的陆上风电基础类型。据调查，国内已建风电场工程广泛采用的基础形式是重力式基础。近年来，国内风电产业一直处于迅速增长态势，随着风能产业的迅猛发展，重力式基础的广泛采用也使得其弊端越来越突出，出现基础整体被拔出及锚固钢筋断裂导致风机倒塔的事故也频有发生，其结构形式暴露出来的其它缺点主要有：

1、钢筋使用量较大，钢筋布筋过程工作量大，基础环的连接也是通过钢筋连接，在循环载荷作用下，连接部位容易产生裂缝或发生疲劳断裂，同时混凝土用量大，至少达250m³；

2、浇筑施工属于大体积混凝土施工，施工工艺要求高，由于早期水化热产生的温度应力等原因容易使基础混凝土产生裂缝，降低基础的整体刚度，影响基础的可靠性；

3、基础占地面积较大，地基开挖产生大量的废石渣，由于山区运输不方便等原因一般处理方法为就近废弃，对环境造成污染；

4、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；

5、基础在浅层地质较软的地区使用时，例如沿海或者近海等地区，地基体积及重量过大，易于在土壤中发生沉降，使基础水平度发生变化，影响风电设备的运行。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种空心圆台重力式柔性风机基础。

本发明还提供了上述柔性风机基础的施工方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种空心圆台重力式柔性风机基础，包括下部和上部两部分，所述下部包括若干个内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩，其顶部分别设有第一弹性连接垫和第二弹性连接垫；所述上部包括空心圆台主体以及与其顶部连接的基础盘，空心圆台主体由下而上直径逐渐变小，侧面覆盖有弹性介质层，空心圆台主体的内部竖直设置若干个PHC芯桩，其与内圈PHC沉桩一一对应连接，PHC芯桩的顶部与基础盘连接，底部分别与空心圆台主体的底面和第一弹性连接垫连接；并且，外圈PHC沉桩通过第二弹性连接垫与基础盘连接。

作为优选的技术方案之一，所述空心圆台主体为空心钢筋混凝土结构，其包括侧面竖向布筋构成的侧面钢筋束，以及底面横向布筋和底面纵向布筋构成的底面钢筋束，前者与基础盘连接，后者与第一弹性连接垫、第二弹性连接垫和PHC芯桩的底部连接；所述的侧面钢筋束和底面钢筋束均为周向分布。

作为进一步优选的技术方案之一，所述第一弹性连接垫或第二弹性连接垫的主体部分为弹性体，每个弹性体内均设有第一钢骨架和第二钢骨架，它们分别从所述弹性体的顶部和底部伸出；所述弹性体与底面钢筋束连接，第一钢骨架分别与PHC芯桩和基础盘连接，第二钢骨架分别连接至内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩。

作为优选的技术方案之一，所述空心圆台主体与弹性介质层之间设有第一水泥保护层。

作为优选的技术方案之一，所述空心圆台主体的内部与PHC芯桩之间形成中空结构，该中空结构内填充有回填渣土层。

作为优选的技术方案之一，所述基础盘由内而外包括同圆心的第一固定环、基础环和第二固定环，并且，第一固定环与基础环之间，基础环与第二固定环之间，分别焊接若干个第一连接环和第二连接环，后者的位置高于前者。

作为进一步优选的技术方案之一，外圈PHC沉桩与第二连接环的位置一一对应，并通过第二弹性连接垫连接。

作为进一步优选的技术方案之一，所述弹性介质层是由废旧轮胎的内外胎以及一次性塑料袋压缩而成，其厚度为基础环的0.05～0.125倍。

作为进一步优选的技术方案之一，所述PHC芯桩的两端分别设有第一连接筋和第二连接筋，所述PHC芯桩的外径与第一连接环的内径相同，第一连接筋与第一连接环通过第一螺栓连接，第二连接筋与底面钢筋束对应焊接。

作为进一步优选的技术方案之一，所述第二连接环与侧面钢筋束通过第二螺栓连接。

作为进一步优选的技术方案之一，第一固定环与基础环之间设有4个第一连接环，基础环与第二固定环之间设有12个第二连接环。

作为优选的技术方案之一，所述基础环与风机塔筒连接，其尺寸根据风机单机容量确定，其与现有的基础环结构相同，上端面内侧设有均布孔。

作为进一步优选的技术方案之一，所述第一固定环或第二固定环的厚度为基础环的0.5～0.8倍，高度分别与第一连接环或第二连接环相同。

作为进一步优选的技术方案之一，第二固定环与第二连接环的上表面以及第二固定环的外侧覆盖第二水泥保护层。

上述一种柔性风机基础的施工方法，具体步骤如下：

（1）准备PHC芯桩、内圈PHC沉桩、外圈PHC沉桩、基础盘和弹性连接垫；

（2）开挖基坑，对基坑底面进行处理，将内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩分别打入到基坑指定位置地层中，并在它们的顶部分别焊接第一弹性连接垫和第二弹性连接垫，回填土层覆盖住第一弹性连接垫和第二弹性连接垫的主体部分，留出它们的顶部，并进行地基处理；

（3）焊接空心圆台主体，并完成其底面和侧面的浇筑；

（4）将PHC芯桩竖直插入空心圆台主体的内部，其底部分别与空心圆台主体的底面和第一弹性连接垫焊接，并将此位置进行浇筑；

（5）在空心圆台主体的侧面粘接弹性介质层，对空心圆台主体内部形成的中空结构以及外侧基坑同时进行逐层回填，并夯实至空心圆台主体浇筑完成的上表面；

（6）安装基础盘：按照对应位置将基础盘与空心圆台主体的顶部连接，使得PHC芯桩的顶部以及外圈PHC沉桩分别与基础盘连接，然后浇筑空心圆台主体的剩余部位，固结为一体，完成整体施工。

作为优选的技术方案之一，步骤（1）中的PHC芯桩和内圈PHC沉桩、外圈PHC沉桩为预先制作，或者直接购买工程中常用的预应力高强混凝土管桩进行加工而得。

作为优选的技术方案之一，步骤（3）的具体方法是：焊接完成空心圆台主体的底面和侧面钢筋骨架布置，并分别布置底面钢筋束和侧面钢筋束，前者预留与PHC芯桩的底部、第一弹性连接垫连接的钢筋束，后者预留与第二连接环连接的钢筋束；然后完成底面的浇筑；最后在侧面安装浇筑造型隔板，对侧面进行浇筑，所述隔板的最高位置距离空心圆台主体的上表面预留第二连接环的高度，以便侧面钢筋束与第二连接环连接时的对准调节，水泥固结后拆除隔板即可。

作为优选的技术方案之一，步骤（6）的具体方法是：将基础盘的位置调整至其第一连接环和第二连接环分别与PHC芯桩的顶部和侧面钢筋束对准，下移基础盘，直至PHC芯桩的顶部与第一连接环内侧的最高位置对接支撑住基础盘，安装第一连接环、第二连接环分别与PHC芯桩、侧面钢筋束处的螺母并拧紧，然后浇筑空心圆台主体的剩余部位，固结为一体，完成整体施工后，可通过基础环安装风机塔筒。

本发明的有益效果：

1、本发明的空心圆台重力式柔性风机基础，通过使用空心圆台结构，大大节省了钢筋及混凝土的使用量，空心部位回填施工渣土，使得基础的一部分重力来自渣土重量，保证基础稳定性的同时，能够有效保护环境，而且上小下大的圆台结构，能够借助地面的覆压进一步增加结构的稳定性。

2、本发明的空心圆台重力式柔性风机基础，除空心圆台主体及水泥保护层在现场浇筑完成外，基础盘、PHC芯桩、内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩、第一弹性连接垫和第二弹性连接垫均可预制，安装时与空心圆台主体焊接或螺栓连接即可，能够降低结构成本，加快结构施工周期。

3、本发明的空心圆台重力式柔性风机基础，通过将第一连接环和第二连接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与螺栓连接方式，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连接环上，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。

4、本发明的空心圆台重力式柔性风机基础，通过基础底面设置的内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩，在软土质地区能够使基础有效抗沉降；若风机设备遇到恶劣天气状况，内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩与基础的第一弹性连接垫和第二弹性连接垫连接，结合弹性介质层可使基础有一定的变形量，实现基础的柔性化，缓冲结构受力，与内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩的连接也能够增加结构的抗倾覆能力，增强结构可靠性。弹性介质层可由废旧轮胎内外胎及一次性塑料袋压缩合成，实现废物利用。

附图说明

图1是是本发明基础的主视剖面图；

图2为基础盘俯视图；

其中，1为第二水泥保护层，2为第一连接环，3为第一连接筋，4为PHC芯桩，5为第一水泥保护层，6为底面纵向布筋，7为第二弹性连接垫，8为外圈PHC沉桩，9为基础环，10为第一固定环，11为侧面钢筋束，12为回填渣土层，13为弹性介质层，14为侧面竖向布筋，15为底面横向布筋，16为第二连接环，17为第二连接筋，18为第一弹性连接垫，19为内圈PHC沉桩，20为第二固定环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

本发明涉及的PHC表示预应力高强混凝土，为the prestressed high-intensityconcrete的缩写。

实施例1：

如图1和图2所示的一种空心圆台重力式柔性风机基础，包括下部和上部两部分，下部包括4个内圈PHC沉桩19和12个外圈PHC沉桩8，其顶部分别设有第一弹性连接垫18和第二弹性连接垫7；上部包括空心圆台主体以及与其顶部连接的基础盘，空心圆台主体由下而上直径逐渐变小，侧面覆盖有弹性介质层13，空心圆台主体的内部竖直设置4个PHC芯桩4，其与内圈PHC沉桩19一一对应连接，PHC芯桩4的顶部与基础盘连接，底部分别与空心圆台主体的底面和第一弹性连接垫18连接；并且，外圈PHC沉桩8通过第二弹性连接垫7与基础盘连接。

空心圆台主体为空心钢筋混凝土结构，其包括侧面竖向布筋14构成的侧面钢筋束11，以及底面横向布筋15和底面纵向布筋6构成的底面钢筋束，前者与基础盘连接，后者与第一弹性连接垫18、第二弹性连接垫7和PHC芯桩4的底部连接；侧面钢筋束11和底面钢筋束均为周向分布。

第一弹性连接垫18或第二弹性连接垫7的主体部分为弹性体，每个弹性体内均设有第一钢骨架和第二钢骨架，它们分别从所述弹性体的顶部和底部伸出；弹性体与底面钢筋束连接，第一钢骨架分别与PHC芯桩4和基础盘连接，第二钢骨架分别连接至内圈PHC沉桩19和外圈PHC沉桩8。

空心圆台主体与弹性介质层13之间设有第一水泥保护层5。

空心圆台主体的内部与PHC芯桩4之间形成中空结构，该中空结构内填充有回填渣土层12。

基础盘由内而外包括同圆心的第一固定环10、基础环9和第二固定环20，并且，第一固定环10与基础环9之间，基础环9与第二固定环20之间，分别焊接4个第一连接环2和12个第二连接环16，后者的位置高于前者。

外圈PHC沉桩8与第二连接环16的位置一一对应，并通过第二弹性连接垫7连接。

弹性介质层13是由废旧轮胎的内外胎以及一次性塑料袋压缩而成，其厚度为基础环的0.05倍。

PHC芯桩4的两端分别设有第一连接筋3和第二连接筋17，PHC芯桩4的外径与第一连接环2的内径相同，第一连接筋3与第一连接环2通过第一螺栓连接，第二连接筋17与底面钢筋束对应焊接。

第二连接环16与侧面钢筋束11通过第二螺栓连接。

第一固定环10与基础环9之间设有4个第一连接环2，基础环9与第二固定环20之间设有12个第二连接环16。

基础环9与风机塔筒连接，其尺寸根据风机单机容量确定，其与现有的基础环结构相同，上端面内侧设有均布孔。

第一固定环10或第二固定环20的厚度为基础环9的0.5倍，高度分别与第一连接环2或第二连接环16相同。

第二固定环20与第二连接环16的上表面以及第二固定环20的外侧覆盖第二水泥保护层1。

上述一种柔性风机基础的施工方法，具体步骤如下：

（1）准备PHC芯桩、内圈PHC沉桩、外圈PHC沉桩、基础盘和弹性连接垫；

（2）开挖基坑，对基坑底面进行处理，将内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩分别打入到基坑指定位置地层中，并在它们的顶部分别焊接第一弹性连接垫和第二弹性连接垫，回填土层覆盖住第一弹性连接垫和第二弹性连接垫的主体部分，留出它们的顶部，并进行地基处理；

（3）焊接空心圆台主体，并完成其底面和侧面的浇筑；

（4）将PHC芯桩竖直插入空心圆台主体的内部，其底部分别与空心圆台主体的底面和第一弹性连接垫焊接，并将此位置进行浇筑；

（5）在空心圆台主体的侧面粘接弹性介质层，对空心圆台主体内部形成的中空结构以及外侧基坑同时进行逐层回填，并夯实至空心圆台主体浇筑完成的上表面；

（6）安装基础盘：按照对应位置将基础盘与空心圆台主体的顶部连接，使得PHC芯桩的顶部以及外圈PHC沉桩分别与基础盘连接，然后浇筑空心圆台主体的剩余部位，固结为一体，完成整体施工。

其中，步骤（1）中的PHC芯桩4和内圈PHC沉桩19、外圈PHC沉桩8为预先制作，或者直接购买工程中常用的预应力高强混凝土管桩进行加工而得。

步骤（3）的具体方法是：焊接完成空心圆台主体的底面和侧面钢筋骨架布置，并分别布置底面钢筋束和侧面钢筋束11，前者预留与PHC芯桩4的底部、第一弹性连接垫18连接的钢筋束，后者预留与第二连接环16连接的钢筋束；然后完成底面的浇筑；最后在侧面安装浇筑造型隔板，对侧面进行浇筑，隔板的最高位置距离空心圆台主体的上表面预留第二连接环16的高度，以便侧面钢筋束11与第二连接环16连接时的对准调节，水泥固结后拆除隔板即可。

步骤（6）的具体方法是：将基础盘的位置调整至其第一连接环2和第二连接环16分别与PHC芯桩4的顶部和侧面钢筋束11对准，下移基础盘，直至PHC芯桩4的顶部与第一连接环2内侧的最高位置对接支撑住基础盘，安装第一连接环2、第二连接环16分别与PHC芯桩4、侧面钢筋束11处的螺母并拧紧，然后浇筑空心圆台主体的剩余部位，固结为一体，完成整体施工后，可通过基础环安装风机塔筒。

实施例2：

弹性介质层13是由废旧轮胎的内外胎以及一次性塑料袋压缩而成，其厚度为基础环的0.125倍。

第一固定环10或第二固定环20的厚度为基础环9的0.8倍，高度分别与第一连接环2或第二连接环16相同。

其余同实施例1。

实施例3：

弹性介质层13是由废旧轮胎的内外胎以及一次性塑料袋压缩而成，其厚度为基础环的0.1倍。

第一固定环10或第二固定环20的厚度为基础环9的0.6倍，高度分别与第一连接环2或第二连接环16相同。

其余同实施例1。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种空心圆台重力式柔性风机基础，其特征在于，包括下部和上部两部分，所述下部包括若干个内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩，其顶部分别设有第一弹性连接垫和第二弹性连接垫；所述上部包括空心圆台主体以及与其顶部连接的基础盘，空心圆台主体由下而上直径逐渐变小，侧面覆盖有弹性介质层，空心圆台主体的内部竖直设置若干个PHC芯桩，其与内圈PHC沉桩一一对应连接，PHC芯桩的顶部与基础盘连接，底部分别与空心圆台主体的底面和第一弹性连接垫连接；并且，外圈PHC沉桩通过第二弹性连接垫与基础盘连接。

2.根据权利要求1所述的柔性风机基础，其特征在于，所述空心圆台主体为空心钢筋混凝土结构，其包括侧面竖向布筋构成的侧面钢筋束，以及底面横向布筋和底面纵向布筋构成的底面钢筋束，前者与基础盘连接，后者与第一弹性连接垫、第二弹性连接垫和PHC芯桩连接；所述的侧面钢筋束和底面钢筋束均为周向分布。

3.根据权利要求2所述的柔性风机基础，其特征在于，所述第一弹性连接垫或第二弹性连接垫的主体部分为弹性体，每个弹性体内均设有第一钢骨架和第二钢骨架，它们分别从所述弹性体的顶部和底部伸出；所述弹性体与底面钢筋束连接，第一钢骨架分别与PHC芯桩和基础盘连接，第二钢骨架分别连接至内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩。

4.根据权利要求1所述的柔性风机基础，其特征在于，所述空心圆台主体与弹性介质层之间设有第一水泥保护层。

5.根据权利要求1所述的柔性风机基础，其特征在于，所述空心圆台主体的内部与PHC芯桩之间形成中空结构，该中空结构内填充有回填渣土层。

6.根据权利要求1所述的柔性风机基础，其特征在于，所述基础盘由内而外包括同圆心的第一固定环、基础环和第二固定环，并且，第一固定环与基础环之间，基础环与第二固定环之间，分别焊接若干个第一连接环和第二连接环，后者的位置高于前者。

7.根据权利要求6所述的柔性风机基础，其特征在于，外圈PHC沉桩与第二连接环的位置一一对应，并通过第二弹性连接垫连接；所述弹性介质层是由废旧轮胎的内外胎以及一次性塑料袋压缩而成，其厚度为基础环的0.05～0.125倍；所述PHC芯桩的两端分别设有第一连接筋和第二连接筋，所述PHC芯桩的外径与第一连接环的内径相同，第一连接筋与第一连接环通过第一螺栓连接，第二连接筋与底面钢筋束对应焊接；所述第二连接环与侧面钢筋束通过第二螺栓连接；所述第一固定环或第二固定环的厚度为基础环的0.5～0.8倍，高度分别与第一连接环或第二连接环相同；第二固定环与第二连接环的上表面以及第二固定环的外侧覆盖第二水泥保护层。

8.权利要求1～7中任一项所述柔性风机基础的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）准备PHC芯桩、内圈PHC沉桩、外圈PHC沉桩、基础盘和弹性连接垫；

（2）开挖基坑，对基坑底面进行处理，将内圈PHC沉桩和外圈PHC沉桩分别打入到基坑指定位置地层中，并在它们的顶部分别焊接第一弹性连接垫和第二弹性连接垫，回填土层覆盖住第一弹性连接垫和第二弹性连接垫的主体部分，留出它们的顶部，并进行地基处理；

（3）焊接空心圆台主体，并完成其底面和侧面的浇筑；

（4）将PHC芯桩竖直插入空心圆台主体的内部，其底部分别与空心圆台主体的底面和第一弹性连接垫焊接，并将此位置进行浇筑；

（5）在空心圆台主体的侧面粘接弹性介质层，对空心圆台主体内部形成的中空结构以及外侧基坑同时进行逐层回填，并夯实至空心圆台主体浇筑完成的上表面；

（6）安装基础盘：按照对应位置将基础盘与空心圆台主体的顶部连接，使得PHC芯桩的顶部以及外圈PHC沉桩分别与基础盘连接，然后浇筑空心圆台主体的剩余部位，固结为一体，完成整体施工。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，步骤（3）的具体方法是：焊接完成空心圆台主体的底面和侧面钢筋骨架布置，并分别布置底面钢筋束和侧面钢筋束，前者预留与PHC芯桩的底部、第一弹性连接垫连接的钢筋束，后者预留与第二连接环连接的钢筋束；然后完成底面的浇筑；最后在侧面安装浇筑造型隔板，对侧面进行浇筑，所述隔板的最高位置距离空心圆台主体的上表面预留第二连接环的高度，以便侧面钢筋束与第二连接环连接时的对准调节，水泥固结后拆除隔板即可。

10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，步骤（6）的具体方法是：将基础盘的位置调整至其第一连接环和第二连接环分别与PHC芯桩的顶部和侧面钢筋束对准，下移基础盘，直至PHC芯桩的顶部与第一连接环内侧的最高位置对接支撑住基础盘，安装第一连接环、第二连接环分别与PHC芯桩、侧面钢筋束处的螺母并拧紧，然后浇筑空心圆台主体的剩余部位，固结为一体，完成整体施工后，可通过基础环安装风机塔筒。