CN109518712A - 一种装配式风电塔筒基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种装配式风电塔筒基础，包括：预制或叠合中心筒体、多个预制支撑件、现浇顶板、现浇底板及边梁；所述预制或叠合中心筒体设置在所述现浇底板上，所述多个预制支撑件围绕所述预制或叠合中心筒体等距地设置在所述现浇底板上，所述现浇顶板设置在所述预制或叠合中心筒体上，所述边梁沿所述现浇底板外围环向设置。本发明基本实现了塔筒基础的装配化，本发明构造合理，可有效减少材料用量，降低建设成本并缩短工期。本发明还提供一种装配式风电塔筒基础的施工方法。

Description

一种装配式风电塔筒基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及风电塔筒及装配式混凝土结构领域，特别是涉及一种装配式风电塔筒基础及其施工方法。

背景技术

传统的风电塔筒基础一般采用全现浇混凝土结构，其施工简单，适应性较广，但存在混凝土材料用量大、集中供应困难，总体施工工期较长，容易造成材料浪费及环境污染等问题。

另一方面，传统的风电塔筒基础一般采用重力式扩展基础，其一般由底板、棱台及墩台构成，依靠基础及回填土自重抵抗上部塔筒传来的荷载，其构造简单，施工方便，但其底板较厚，混凝土及钢筋材料用量较大且受地基承载力影响较大，难以充分利用材料强度。

综上，为提高风电塔筒基础的建造技术水平，从基础的建造方式和受力性能方面出发，提出一种施工更方便、构造更合理的风电塔筒的基础建造技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的装配式风电塔筒基础及施工方法，将新型基础的结构形式与装配式混凝土结构建造技术有效结合，旨在解决传统风电塔筒基础在建造方式和结构构造方面存在的问题，实现施工更方便、构造更合理的目的。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：

提供一种装配式风电塔筒基础，包括：中心筒体、多个支撑件、顶板、底板及边梁；其特征在于，所述中心筒体设置在所述底板上，所述多个支撑件围绕所述中心筒体等距地设置在所述底板上，所述顶板设置在所述中心筒体上，所述边梁沿所述底板外围环向设置。

优选地,所述支撑件为预制杆状形式，包括斜杆、水平杆、第一钢筋、第二钢筋、第三钢筋和第四钢筋；所述斜杆通过所述第一钢筋和所述第二钢筋与所述底板及顶板连接，所述水平杆的内侧端面通过所述第三钢筋与所述底板连接，所述水平杆的底面通过所述第四钢筋固定在所述底板上。

优选地,所述支撑件为预制板状形式，包括第二钢筋和第四钢筋；所述支撑件的上端通过所述第二钢筋与所述顶板连接，所述支撑件的内侧端面通过所述第四钢筋与所述中心筒体连接，所述支撑件的底面通过所述第四钢筋固定在所述底板上。

优选地,所述中心筒体为中空的整体预制圆筒状或多边形筒状，包括第五钢筋和第六钢筋；所述中心筒体的上侧通过所述第五钢筋与所述顶板连接，所述中心筒体的下侧通过所述第六钢筋固定在所述底板上。

优选地,所述中心筒体为中空的分段预制圆筒状或多边形筒状，包括多个筒体单元、多个第一连接单元、第五钢筋、第六钢筋、第七钢筋和第八钢筋；相邻的所述筒体单元通过所述第一连接单元连接，所述中心筒体的上侧通过第五钢筋与所述顶板连接，所述中心筒体的下侧通过第六钢筋固定在所述底板上。

优选地，所述中心筒体为中空的叠合多边形筒状，包括多个筒体构件、多个第二连接单元、多个连接件、第八钢筋、第九钢筋和第十钢筋；相邻的所述筒体构件通过所述第二连接单元连接，所述中心筒体的上侧通过所述第十钢筋与所述顶板连接，所述中心筒体的下侧通过所述第十钢筋固定在所述底板上。

优选地，所述装配式风电塔筒基础还包括锚栓笼，所述锚栓笼固定在所述装配式风电塔筒基础的顶板上，包括多个锚栓，用于连接所述装配式风电塔筒基础与上部风电塔筒。

本发明还提供一种施工方法，用于所述的装配式风电塔筒基础；所述方法包括以下步骤：

S1：挖开基坑，浇筑混凝土垫层，然后铺设和绑扎底板及边梁的钢筋；

S2:吊装和固定中心筒体和支撑件，然后浇筑底板及边梁混凝土，使底板、边梁、中心筒体和支撑件连接为整体；

S3:回填基坑及中心筒体内部至设计高度，然后绑扎顶板的钢筋骨架，安装和固定锚栓笼；

S4:锚栓笼安装就位后，浇筑顶板混凝土，使支撑件、中心筒体、顶板及锚栓笼连接为整体。

本发明的有益效果：

本发明通过设置支撑件及边梁可有效提高基础的整体刚度及抗倾覆能力，提高底板的刚度及承载力；通过中心筒体将支撑件、底板及顶板连接为一体，实现各部分协同受力，总体结构受力更合理。相比于传统基础，

本发明可有效降低混凝土及钢筋等材料用量，经初步测算，与传统重力式扩展基础相比，可降低材料用量约25％。

本发明由于设置中心筒及支撑件，使得与传统基础相比，基础高度有所增加，因此可提高风电机组的轮毂高度，进而提高发电量。经初步测算，轮毂高度最多可提高6m，年发电量可提高1％～2％。

本发明采用的锚栓笼，由于固定于顶板内，顶板厚度一般不大，与传统基础的锚栓笼相比，锚栓长度有所缩短，进而节省锚栓成本，并且锚栓可更换。

本发明由于采用装配式建造方法，预制部分可以独立制作，当采用流水施工时，可有效缩短施工总工期。同时本发明中锚栓笼可以后安装，因此可以缓解锚栓笼的到场压力。

传统现浇基础一般需一次性浇筑混凝土，混凝土集中供应压力较大，本发明单台基础混凝土用量更少，总的混凝土需求更少，同时预制构件和现浇部分可单独浇筑，因此混凝土供应峰值较小，可减轻混凝土供应压力。

对传统现浇基础，当地基承载力降低时，材料用量增加较多，而本发明由于底板厚度较小，且整体构造合理，经初步测算，材料用量对地基承载力的变化不敏感。

总体而言，本发明与传统现浇风电塔筒基础相比，基本实现了风电塔筒基础的装配化，且基础构造合理，可有效减少基础材料用量，降低建设成本并缩短工期。

附图说明

图1为本发明的实施例的采用杆状支撑件的风电塔筒基础的示意图；

图2为本发明的实施例的采用杆状支撑件的风电塔筒基础的剖面图；

图3为本发明的实施例的采用板状支撑件的风电塔筒基础的示意图；

图4为本发明的实施例的采用板状支撑件的风电塔筒基础的剖面图；

图5为本发明的实施例的杆状支撑件的示意图；

图6为本发明的实施例的杆状支撑件与相邻部位的连接示意图；

图7为本发明的实施例的板状支撑件的示意图；

图8为本发明的实施例的板状支撑件与相邻部位的连接示意图；

图9为本发明的实施例的整体预制中心筒体的示意图；

图10为本发明的实施例的分段预制中心筒体的示意图；

图11为本发明的实施例的分段预制中心筒体的连接构造示意图；

图12为本发明的实施例的整体预制或分段预制中心筒体在风电塔筒基础中的构造示意图；

图13为本发明的实施例的叠合中心筒体的示意图；

图14为本发明的实施例的叠合中心筒体的连接构造示意图；

图15为本发明的实施例的叠合中心筒体在风电塔筒基础中的构造示意图；

图16为本发明的实施例的采用杆状支撑件的风电塔筒基础施工过程示意图；

图17为本发明的实施例的采用板状支撑件的风电塔筒基础施工过程示意图。

附图标记说明

1-整体预制中心筒体 2-杆状支撑件 3-顶板 4-底板 5-边梁6-锚栓笼 7-分段预制中心筒体 8-板状支撑件 9-斜杆 10-水平杆11-第一钢筋 12-第二钢筋 13-第三钢筋14-第四钢筋 15-第五钢筋16-第六钢筋 17-第一连接单元 18-筒体单元 19-第七钢筋20-第八钢筋 21-叠合中心筒体 22-第二连接单元 23-筒体构件 24-筒体构件外壳25-连接件 26-第九钢筋 27-第十钢筋 28-混凝土垫层 29-回填土

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。

应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

应当理解，尽管已经参照具体实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

下面参照附图对本发明的实施例进行详细描述。

本发明提供一种装配式风电塔筒基础，包括：预制或叠合中心筒体、多个预制支撑件、现浇顶板、现浇底板及边梁；预制或叠合中心筒体设置在现浇底板上，多个预制支撑件围绕预制或叠合中心筒体等距地设置在现浇底板上，现浇顶板设置在预制或叠合中心筒体上，边梁沿底板外围环向设置。

具体地，中心筒体和支撑件均可采用不同的形式。中心筒体可采用整体预制形式、分段预制形式或叠合形式；支撑件可为杆状或板状。

在本实施例中，如图1、图2和图5所示，风电塔筒基础包括：整体预制中心筒体1、多个杆状支撑件2、顶板3、底板4和边梁5；其中，底板4为圆形或多边形，整体预制中心筒体1为中空的圆筒状，杆状支撑件2包括斜杆9和水平杆10；整体预制中心筒体1设置在底板4的凸出部分的上侧，顶板3设置在整体预制中心筒体1的上侧，杆状支撑件2的斜杆9的上端与顶板3连接，杆状支撑件2的水平杆10的内侧端面与底板4的凸出部分连接，杆状支撑件2的水平杆10的底面固定在底板4上；杆状支撑件2围绕整体预制中心筒体1等距地设置在底板4上，杆状支撑件2的数量为偶数且不少于4个，顶板3、底板4与杆状支撑件2通过整体预制中心筒体1连接为整体，实现各部分协同受力。

在一些实施例中，如图3和图4所示，风电塔筒基础包括：分段预制中心筒体7、多个板状支撑件8、顶板3、底板4和边梁5；其中，底板4为圆形或多边形，分段预制中心筒体7为圆筒状，板状支撑件8为三角形；分段预制中心筒体7设置在底板4的凸出部分的上侧，顶板3设置在分段预制中心筒体7的上侧，板状支撑件8的上端与顶板3连接，板状支撑件8的内侧端面与分段预制中心筒体7连接，板状支撑件8的底面固定在底板4上；板状支撑件8围绕分段预制中心筒体7等距地设置在底板4上，板状支撑件8的数量为偶数且不少于4个，顶板3、底板4与板状支撑件8通过分段预制中心筒体7连接为整体，实现各部分协同受力。

在一些实施例中，如图5和图6所示，杆状支撑件2包括斜杆9、水平杆10、第一钢筋11、第二钢筋12、第三钢筋13和第四钢筋14，具体地，第一钢筋11为预应力筋，第二钢筋12为斜杆外伸钢筋，第三钢筋13为水平杆内侧端面外伸钢筋，第四钢筋14为水平杆底面外伸钢筋；斜杆9通过第一钢筋11和第二钢筋12与底板4和顶板3连接，水平杆10的内侧端面通过第三钢筋13与底板4连接，水平杆10的底面通过第四钢筋14固定在底板4上。第二钢筋12、第三钢筋13、第四钢筋14可根据需要设计为直线形式、弯折形式或U形。

在一些实施例中，如图7和图8所示，板状支撑件8包括第二钢筋12和第四钢筋14，具体地，第二钢筋12为支撑件顶面外伸钢筋，第四钢筋14为支撑件内侧端面及底面外伸钢筋；板状支撑件8的上端通过第二钢筋12与顶板3连接，板状支撑件8的内侧端面通过第四钢筋14与分段预制中心筒体7连接，板状支撑件8的底面通过第四钢筋14固定在底板4上。第二钢筋12和第四钢筋14可根据需要设计为直线形式、弯折形式或U形。

在一些实施例中，如图9和图12所示，整体预制中心筒体1为中空的圆筒状，包括第五钢筋15和第六钢筋16；整体预制中心筒体1的上端通过第五钢筋15与顶板3连接，整体预制中心筒体1的下端通过第六钢筋16固定在底板4上。第五钢筋15和第六钢筋16可根据需要设计为直线形式、弯折形式或U形。

在一些实施例中，如图10和图11所示，分段预制中心筒体7为中空的圆筒状，包括多个筒体单元18、多个第一连接单元17、第五钢筋15、第六钢筋16、第七钢筋19和第八钢筋20，具体地，第七钢筋19为筒体单元18的水平外伸钢筋，第八钢筋20为第一连接单元17中的竖向钢筋；分段预制中心筒体7的上端通过第五钢筋15与顶板3连接，分段预制中心筒体7的下端通过第六钢筋16固定在底板4上，相邻的筒体单元18通过第一连接单元17连接，相邻筒体单元的第七钢筋19在第一连接单元17内相互搭接，第八钢筋20沿竖直方向设置在第一连接单元17中，以将筒体单元18和第一连接单元17更加稳固地连接。

在一些实施例中，如图13、图14和图15所示，叠合中心筒体21为中空的六边筒状，包括多个筒体构件23、多个第二连接单元22、多个连接件25、第八钢筋20、第九钢筋26和第十钢筋27，具体地，第九钢筋26和第十钢筋27为附加连接钢筋；相邻的筒体构件23通过第二连接单元22连接，叠合中心筒体21的上端通过第十钢筋27与顶板3连接，叠合中心筒体21的下端通过第十钢筋27固定在底板4上。筒体构件23包括两个筒体构件外壳24和多个连接件25，两个筒体构件外壳24通过连接件25连接并在中间形成空腔，连接件25可采用钢筋桁架，第八钢筋20沿竖直方向设置在第二连接单元22中，将第九钢筋26设置在第二连接单元22的内部并且延伸到筒体构件23的空腔内，使得筒体构件23和第二连接单元22牢固地连接。向筒体构件23的空腔和第二连接单元22内浇筑混凝土，多个筒体构件23形成叠合中心筒体21。

优选地，当支撑件为杆状支撑件2时，中心筒体可为整体预制中心筒体1、分段预制中心筒体7或叠合中心筒体21；当支撑件为板状支撑件8时，中心筒体可为分段预制中心筒体7或叠合中心筒体21。

在一些实施例中，风电塔筒基础还包括锚栓笼6，锚栓笼6固定在风电塔筒基础的顶板3上，包括多个锚栓，用于连接上部风电塔筒。施工时，锚栓笼6固定于顶板3的钢筋骨架内，待顶板3混凝土浇筑完成后，仅将锚栓笼6与上部塔筒连接的锚栓头外露。锚栓笼6也可采用可与上部塔筒实现可靠连接的其他形式。

在本发明中，还提供了一种装配式风电塔筒基础的施工方法，如图16和图17所示，施工方法的具体步骤如下：

S1:首先按基础施工要求开挖基坑，当边梁2位于底板1下方时还需同时开挖边梁基槽，待开挖完成后浇筑混凝土垫层28，然后铺设和绑扎底板4及边梁5的钢筋，安装相应的模板。

S2:当采用整体预制中心筒体1或分段预制中心筒体7时，首先吊装和固定中心筒体，以及杆状支撑件3或板状支撑件4，然后浇筑底板4及边梁5的混凝土，使底板4、边梁5、杆状支撑件3或板状支撑件4，以及整体预制中心筒体1或分段预制中心筒体7连接为整体。当采用叠合中心筒体21时，首先吊装和固定杆状支撑件3或板状支撑件4，接着浇筑底板4及边梁5的混凝土，然后再吊装和固定叠合中心筒体21的筒体构件23。

具体地，当采用分段预制中心筒体7时，还需浇筑相邻的筒体单元18间的第一连接单元17的混凝土，使相邻筒体单元18形成整体；当采用叠合中心筒体21时，还需向筒体构件23的空腔及多个第二连接单元22内浇筑混凝土，使相邻筒体构件23形成整体。当采用板状支撑件4时，还需同时浇筑板状支撑件4与中心筒体相交处的竖向后浇段。

S3:采用回填土29回填基坑及整体预制中心筒体1或分段预制中心筒体7或叠合中心筒体21的内部至设计高度，然后绑扎顶板3的钢筋骨架，安装和固定锚栓笼6。

S4:锚栓笼6和顶板3的模板安装就位后，浇筑混凝土，使支撑件、中心筒体及顶板连接为整体。

在一些实施例中，当支撑件设置预应力筋时，最后还需在顶板张拉点位处张拉支撑件的预应力筋并可靠锚固，同时进行预应力孔道灌浆作业。

在一些实施例中，中心筒体也可根据需要采用现浇混凝土形式，施工时支设筒体内外模板，通过现浇混凝土与底板4、顶板3及支撑件连接，连接构造可与预制或叠合中心筒体相同。

Claims (8)

1.一种装配式风电塔筒基础，包括：中心筒体、多个支撑件、顶板、底板及边梁；其特征在于，所述中心筒体设置在所述底板上，所述多个支撑件围绕所述中心筒体等距地设置在所述底板上，所述顶板设置在所述中心筒体上，所述边梁沿所述底板外围环向设置。

2.根据权利要求1所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于，所述支撑件为预制杆状形式，包括斜杆、水平杆、第一钢筋、第二钢筋、第三钢筋和第四钢筋；所述斜杆通过所述第一钢筋和所述第二钢筋与所述底板及顶板连接，所述水平杆的内侧端面通过所述第三钢筋与所述底板连接，所述水平杆的底面通过所述第四钢筋固定在所述底板上。

3.根据权利要求1所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于，所述支撑件为预制板状形式，包括第二钢筋和第四钢筋；所述支撑件的上端通过所述第二钢筋与所述顶板连接，所述支撑件的内侧端面通过所述第四钢筋与所述中心筒体连接，所述支撑件的底面通过所述第四钢筋固定在所述底板上。

4.根据权利要求1所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于，所述中心筒体为中空的整体预制圆筒状或多边形筒状，包括第五钢筋和第六钢筋；所述中心筒体的上侧通过所述第五钢筋与所述顶板连接，所述中心筒体的下侧通过所述第六钢筋固定在所述底板上。

5.根据权利要求1所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于，所述中心筒体为中空的分段预制圆筒状或多边形筒状，包括多个筒体单元、多个第一连接单元、第五钢筋、第六钢筋、第七钢筋和第八钢筋；相邻的所述筒体单元通过所述第一连接单元连接，所述中心筒体的上侧通过第五钢筋与所述顶板连接，所述中心筒体的下侧通过所述第六钢筋固定在所述底板上。

6.根据权利要求1所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于，所述中心筒体为中空的叠合多边形筒状，包括多个筒体构件、多个第二连接单元、多个连接件、第八钢筋、第九钢筋和第十钢筋；相邻的所述筒体构件通过所述第二连接单元连接，所述中心筒体的上侧通过所述第十钢筋与所述顶板连接，所述中心筒体的下侧通过所述第十钢筋固定在所述底板上。

7.根据权利要求1所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于，所述装配式风电塔筒基础还包括锚栓笼，所述锚栓笼固定在所述装配式风电塔筒基础的顶板上，包括多个锚栓，用于连接所述装配式风电塔筒基础与上部风电塔筒。

8.一种施工方法，用于根据权利要求1至7中任一项所述的装配式风电塔筒基础；所述方法包括以下步骤：

S1：挖开基坑，浇筑混凝土垫层，然后铺设和绑扎底板及边梁的钢筋；

S2:吊装和固定中心筒体和支撑件，然后浇筑底板及边梁混凝土，使底板、边梁、中心筒体和支撑件连接为整体；

S3:回填基坑及中心筒体内部至设计高度，然后绑扎顶板的钢筋骨架，安装和固定锚栓笼；

S4:锚栓笼安装就位后，浇筑顶板混凝土，使支撑件、中心筒体、顶板及锚栓笼连接为整体。