CN108035376B - 一种适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础及其施工方法，所述基础包括位于基坑内的碎石垫层，碎石垫层铺设于地基上，混凝土垫层铺设于碎石垫层上；混凝土垫层上铺设下沥青油毡层，下沥青油毡层上铺设混凝土底板，混凝土底板上方设有位于浇筑混凝土层内的主梁和次梁，混凝土底板对应筏板主梁和次梁连接的位置预留空腔，空腔上连通有竖直设置的检修井；混凝土底板上预埋与主梁连接的螺栓；混凝土底板上方依次设置上沥青油毡层和浇筑混凝土层，基础绑扎钢筋设置于浇筑混凝土层内。通过本发明所述施工方法施工出的基础可以对风机基础对下方采空区出现的剩余变形，如不均匀沉降、倾斜等进行调节，具有较强的针对性，大幅提升基础自稳定能力。

Description

一种适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础及其施 工方法

技术领域

本发明涉及一种适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础及其施工方法，属于风力发电机组基础技术领域。

背景技术

我国拥有丰富的煤炭资源，在过去几十年间旧能源开发时每年巨大的煤炭产量也使得因煤矿开采造成的地面塌陷面积不断扩大。近年来随着全球经济一体化的进程人类对于能源的需求较之过去显得更加迫切，温室效应的加剧使得绿色可持续能源的开发也被各国提上议程。随着风电产业的快速崛起，陆上风电受占用宝贵土地资源的弊端也日益显现，

适合大规模建设陆上风电场的用地正日益减少。所以，为了利用采空区上方山地丰富的风能资源，一些地区的风机机组则必须要建在采空区上方特别是山地采空区上方。

由于风的不定向性，因此风机所受风荷载总是处于一种循环往复状态，风机基础底部的采空区，因其自身存在的可能出现剩余变形及活化变形的特殊性，使得风机这种高耸构筑物在循环荷载下出现不均匀沉降的可能性大大增加。而风机又对倾斜极为敏感，因此，找到一种适用于采空区上方风机机组的基础结构形式迫在眉睫。

公开号为CN203247598U的实用新型专利，提供了一种采空区抗变形建筑物基础，其提出的技术方案中，仅仅通过水泥砂浆作为垫层与碎石层交界，且碎石层概念不清，难以保证上部基础抗变形效果，基础变形后不能采取纠偏措施补救。公开号为CN104164888A的发明专利，提供了一种煤矿采动区特高压输电铁塔混凝土抗变形基础，该技术方案仅仅设置混凝土分层板间的滑动层，混凝土板作为塑性材料，并不能抵抗采空区地基较大的剩余变形，当板体发生不均匀沉降折断时，粘性可滑动层即失去效果，且当基础发生倾斜时，该基础同样也不能进行纠偏处理、对上部结构进行补救。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单，使用效果好的适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础及其施工方法，使在采空区上方建设的风力发电机能够进行自稳定维持。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础，包括位于基坑内的碎石垫层、混凝土垫层、沥青油毡层、混凝土底板、基础绑扎钢筋和浇筑混凝土层，碎石垫层铺设于地基上，碎石层的厚度为300~600mm，混凝土垫层铺设于碎石垫层上；沥青油毡层包括上沥青油毡层和下沥青油毡层，上沥青油毡层和下沥青油毡层均有两层；

混凝土垫层上铺设下沥青油毡层，下沥青油毡层上铺设混凝土底板，混凝土底板上方设有位于浇筑混凝土层内的主梁和次梁，主梁共有八个，八个主梁呈圆周状分布，相邻主梁之间连接次梁，混凝土底板对应筏板主梁和次梁连接的位置预留空腔，空腔位于主梁和次梁连接处的正下方，空腔内放置竖直设置的千斤顶，空腔上连通有竖直设置的检修井，检修井顶部设置检修井盖板，检修井内设置爬梯；

混凝土底板上预埋与主梁连接的螺栓，通过螺栓实现筏板和基础的连接固定，螺栓外侧套设有钢筒，螺栓外侧套设有位于钢筒内侧的塑料管，使浆液注入到钢筒和塑料管之间避免浆液与螺栓接触，保证螺栓的可活动性；混凝土底板上方依次设置上沥青油毡层和浇筑混凝土层，基础绑扎钢筋设置于浇筑混凝土层内。

一种上述适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础的施工方法，依次包括如下步骤：

1）挖设基础的基坑，地基上挖深度为300~600mm的加深层；

2）在加深层上铺筑碎石垫层，并进行挤密压实，随后，在碎石垫层上浇筑混凝土垫层，混凝土垫层的厚度为100mm，强度不低于C15，浇筑完成后保证混凝土垫层表面的平整度；

3）在混凝土垫层上方均铺两层下沥青油毡，在下沥青油毡上绑扎钢筋用于设置混凝土底板，然后进行浇筑养护；需要注意，在浇筑时，需要在混凝土底板上预埋螺栓，同时，在混凝土底板上对应主次梁连接处预留空腔；

4）首先，在混凝土底板上铺两层上沥青油毡，在其上绑扎筏板基础钢筋，吊装基础环和筏板，并对基础环进行水平校准；随后，浇筑混凝土，对混凝土进行养护，形成浇筑混凝土层；浇筑混凝土层作为筏板基础，在浇筑混凝土层内预埋主梁和次梁，主梁和次梁连接的位置与空腔对应，同时将混凝土底板内预埋的螺栓与主梁连通固定；最后，在空腔外预留检修井，检修井底部连通空腔，完成后再对基础回填；

5）基础回填完毕后，吊装风机塔筒，并在投入运营后跟进风机倾斜监测，风机倾斜监测方法为；

（1）对风机进行倾斜监测，当风机未出现较大倾斜时，进行步骤（2）；当风机出现较大倾斜不满足正常运行时，进行步骤（3）；

（2）重复步骤（1），继续跟进风机倾斜监测；

（3）将连接混凝土底板及主梁间的螺栓松开，将预留在回填土中的检修井打开，可快速将千斤顶放入空腔进行纠偏，筏板顶升完成后进行注浆，注浆方法为：向套设于螺栓外侧的钢筒内注浆，注浆完成后就再将螺栓拧紧，完成纠偏，重复步骤（1）。

注浆时在螺栓和钢筒之间套塑料管，将浆液注入到塑料管和钢筒之间，浆液填满底部空隙到达塑料管底即可，可实现多次纠偏效果。

碎石层为级配碎石层，最大粒径小于等于31.5mm，最小粒径大于等于5mm；含泥量少于0.5%，泥块含量为0；压碎指标小于等于10%，堆积孔隙率低于等于43%，夯填度小于等于0.9。

通过以上技术方案，本发明的有益效果为：本发明所述的基础及其施工方法使得采空区场地风电机组的基础抗变形可纠偏，使风机基础对下方采空区出现的剩余变形有一定的自调节能力，在基础发生不均匀沉降时碎石垫层会发生错动，沥青油毡层进行微量滑移，从而使构筑物受底部采空区剩余变形的影响作用大大削弱，且提供可供纠偏的复合基础形式，且可实现多次纠偏，具有较强的针对性，基础自稳定能力大幅提升。

附图说明

图1为本发明所述基础结构示意图；

图2为筏板结构示意图；

图3为本发明所述方法开挖出的基坑结构示意图；

图4为本发明所述方法基坑内设置碎石垫层结构示意图；

图5为本发明所述方法基坑内混凝土底板设置后结构示意图；

图6为本发明所述方法风机塔筒吊装后结构示意图。

具体实施方式

一种适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础，如图1和图2所示，挖设的基坑用于放置所述基础，其中基坑的内侧壁自下到上向外倾斜设置，在基坑的地基5上设下凹的加深层，加深层的宽度小于地基5的宽度，加深层的深度为300~600mm。

在加深层内铺设碎石垫层1，碎石层的厚度为300~600mm。其中碎石垫层1选用现有的级配碎石即可，选用级配碎石性能更加稳定，可以保证碎石垫层1的承载力。

在碎石垫层1上铺设混凝土垫层8，混凝土垫层8厚度为100mm，同时混凝土垫层8的强度不低于C15，本实施例中混凝土垫层8的强度为C60，混凝土垫层8表面平整。钢筋混凝土底板12采用C60高强混凝土浇筑，保证纠偏时筏板基础3有较好着力点，且起到支撑作用。

在混凝土垫层8上铺设两层下沥青油毡层22，下沥青油毡层22由沥青油毡组成，其具有滑动性，可以保证基础的初步自纠偏。

在下沥青油毡层22上铺设混凝土底板12，混凝土底板12内有绑扎钢筋，混凝土底板12为：绑扎钢筋后，浇筑混凝土而成，为现有技术。

在混凝土底板12上铺设两层上沥青油毡层21，通过上沥青油毡层21和上沥青油毡层22的配合使用保证基础小范围的滑移能力，使用效果好。

上沥青油毡层21上设基础绑扎钢筋，基础绑扎钢筋上浇筑浇筑混凝土层作为筏板基础3，在浇筑混凝土层内设主梁16和次梁17。

本实施例中使用的筏板为八角格构式，八角格构式的筏板为现有技术，在施工中有着广泛的应用。其中，筏板包括主梁16和与主梁16连接的次梁17，主梁16共有8个，8个主梁16呈圆周状分布，相邻主梁16之间连接次梁17。

为了保证使用效果，在混凝土底板12对应主梁16和次梁17连接的位置预留空腔9，实质空腔9位于主梁16和次梁17连接处的正下方，空腔9内放置竖直设置的千斤顶，通过千斤顶将主梁16抬升，实现变形后的纠错。

空腔9外侧设有预埋在回填土13中的检修井10，检修井10竖直设置，检修井10与空腔9连通。其中，检修井10顶部设置检修井10盖板14，在不需要检修时，检修井10盖板14将检修井10盖住，当需要进行检修时，将检修井10盖板14打开即可，在检修井10内设置爬梯15，检修人员可以通过爬梯15爬入到检修井10内。

为了保证筏板的稳定性，在混凝土底板12上预埋螺栓11，螺栓11采用高强T型粗牙螺杆，直径为M60。螺栓11顶端与主梁16通过螺栓11连接，进而通过螺栓11实现筏板和基础的连接固定。在螺栓11外侧套设有钢筒，其中钢筒为：M80直径钢筒护套。同时，在钢筒和螺栓11之间设有套设于螺栓11外的塑料管，从而当需要浇筑时，将浆液注入到钢筒和塑料管之间避免浆液与螺栓11接触，保证螺栓11的可活动性。

本发明提供了一种适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础，使风机基础对下方采空区出现的剩余变形有一定的自调节能力，在基础发生不均匀沉降时碎石垫层1会发生错动，沥青油毡层进行微量滑移，从而使构筑物受底部采空区剩余变形的影响作用大大削弱，且设置空腔9和螺栓11实现筏板基础3的多次纠偏，具有较强的针对性，大幅提升基础自稳定能力。

本发明还提供了一种上述适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础的施工方法，依次包括如下步骤：

1）挖设基础的基坑，地基5上挖深度为300~600mm的加深层51，挖设成的基坑如图3所示。

2）在加深层上铺筑碎石垫层1，碎石层为级配碎石层，最大粒径小于等于31.5mm，最小粒径大于等于5mm；含泥量少于0.5%，泥块含量为0；压碎指标小于等于10%，堆积孔隙率低于等于43%，夯填度小于等于0.9。

铺设碎石垫层1后需要对碎石垫层1进行挤密压实，随后，在碎石垫层1上浇筑混凝土垫层8，混凝土垫层8的厚度为100mm，强度不低于C15，本实施例中混凝土垫层8的强度为C60，浇筑完成后保证混凝土垫层8表面的平整度，如图4所示。

3）在混凝土垫层8上方均铺两层上沥青油毡22，在上沥青油毡22上绑扎钢筋用于浇筑混凝土底板12，绑扎钢筋完成后进行混凝土的浇筑养护；需要注意，在浇筑时，需要在混凝土底板12上预埋与主梁16连接的螺栓11；同时，在混凝土底板12上对应主次梁17连接处预留空腔9，如图5所示。

4）首先，在混凝土底板12上铺两层上沥青油毡21，在其上绑扎筏板基础钢筋6，吊装基础环4，放置主梁16和次梁17，其中主梁16呈圆周状分布，而次梁17连接于相邻主梁16之间；随后，对基础环4进行水平校准；然后，向绑扎好的筏板基础钢筋6上浇筑混凝土，对混凝土进行养护，形成浇筑混凝土层，该浇筑混凝土层作为筏板基础3；将混凝土底板12内预埋的螺栓11与主梁16连接固定；最后，在空腔9外预留检修井10，检修井10底部连通空腔9，完成后再对基础回填，如图6所示；

5）基础回填回填土13完毕后，吊装风机塔筒7，并在投入运营后跟进风机倾斜监测，步骤为；

（1）对风机进行倾斜监测，当风机未出现较大倾斜时，进行步骤（2）；当风机出现较大倾斜不满足正常运行时，进行步骤（3）。

（2）重复步骤（1），继续跟进风机倾斜监测。

（3）将连接混凝土底板12及主梁16间的螺栓11松开，将预留在回填土13中的检修井10打开，可快速将千斤顶放入空腔9进行纠偏，筏板顶升完成后进行注浆，注浆方法为：向套设于螺栓11外侧的钢筒内注浆，注浆完成后就再将螺栓11拧紧，完成纠偏，重复步骤（3）。为了防止注浆后螺栓11无法转动，注浆时在螺栓11和钢筒之间套塑料管，将浆液注入到塑料管和钢筒之间，浆液填满底部空隙到达塑料管底即停止注浆，从而实现多次注浆纠偏效果。

本发明所述的施工方法可以形成适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础，该方法步骤急凑，施工出的基础可以对风机基础对下方采空区出现的剩余变形，如不均匀沉降、倾斜等进行调节，具有较强的针对性，大幅提升基础自稳定能力。

Claims (4)

1.一种适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础，其特征在于：包括位于基坑内的碎石垫层、混凝土垫层、沥青油毡层、混凝土底板、基础绑扎钢筋和浇筑混凝土层，碎石垫层铺设于地基上，碎石层的厚度为300~600mm，混凝土垫层铺设于碎石垫层上；沥青油毡层包括上沥青油毡层和下沥青油毡层，上沥青油毡层和下沥青油毡层均有两层；

混凝土垫层上铺设下沥青油毡层，下沥青油毡层上铺设混凝土底板，混凝土底板上方设有位于浇筑混凝土层内的主梁和次梁，主梁共有八个，八个主梁呈圆周状分布，相邻主梁之间连接次梁，混凝土底板对应筏板主梁和次梁连接的位置预留空腔，空腔位于主梁和次梁连接处的正下方，空腔内放置竖直设置的千斤顶，空腔上连通有竖直设置的检修井，检修井顶部设置检修井盖板，检修井内设置爬梯；

混凝土底板上预埋与主梁连接的螺栓，通过螺栓实现筏板和基础的连接固定，螺栓外侧套设有钢筒，螺栓外侧套设有位于钢筒内侧的塑料管，使浆液注入到钢筒和塑料管之间避免浆液与螺栓接触，保证螺栓的可活动性；混凝土底板上方依次设置上沥青油毡层和浇筑混凝土层，基础绑扎钢筋设置于浇筑混凝土层内。

2.一种权利要求1所述的适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础的施工方法，其特征在于：依次包括如下步骤：

1）挖设基础的基坑，地基上挖深度为300~600mm的加深层；

2）在加深层上铺筑碎石垫层，并进行挤密压实，随后，在碎石垫层上浇筑混凝土垫层，混凝土垫层的厚度为100mm，强度不低于C15，浇筑完成后保证混凝土垫层表面的平整度；

3）在混凝土垫层上方均铺两层下沥青油毡，在下沥青油毡上绑扎钢筋用于设置混凝土底板，然后进行浇筑养护；需要注意，在浇筑时，需要在混凝土底板上预埋螺栓，同时，在混凝土底板上对应主次梁连接处预留空腔；

4）首先，在混凝土底板上铺两层上沥青油毡，在其上绑扎筏板基础钢筋，吊装基础环和筏板，并对基础环进行水平校准；随后，浇筑混凝土，对混凝土进行养护，形成浇筑混凝土层；浇筑混凝土层作为筏板基础，在浇筑混凝土层内预埋主梁和次梁，主梁和次梁连接的位置与空腔对应，同时将混凝土底板内预埋的螺栓与主梁连通固定；最后，在空腔外预留检修井，检修井底部连通空腔，完成后再对基础回填；

5）基础回填完毕后，吊装风机塔筒，并在投入运营后跟进风机倾斜监测，风机倾斜监测方法为；

（1）对风机进行倾斜监测，当风机未出现较大倾斜时，进行步骤（2）；当风机出现较大倾斜不满足正常运行时，进行步骤（3）；

（2）重复步骤（1），继续跟进风机倾斜监测；

（3）将连接混凝土底板及主梁间的螺栓松开，将预留在回填土中的检修井打开，可快速将千斤顶放入空腔进行纠偏，筏板顶升完成后进行注浆，注浆方法为：向套设于螺栓外侧的钢筒内注浆，注浆完成后就再将螺栓拧紧，完成纠偏，重复步骤（1）。

3.如权利要求2所述的适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础的施工方法，其特征在于：注浆时在螺栓和钢筒之间套塑料管，将浆液注入到塑料管和钢筒之间。

4.如权利要求2所述的适用于采空区场地风电机组的抗变形可纠偏基础的施工方法，其特征在于：碎石层为级配碎石层，最大粒径小于等于31.5mm，最小粒径大于等于5mm；含泥量少于0.5%，泥块含量为0；压碎指标小于等于10%，堆积孔隙率低于等于43%，夯填度小于等于0.9。

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