CN112267976A - 装配式风电塔筒基础及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种装配式风电塔筒基础，包括底板、承台、基础桩、环形钢连接件和上部塔筒结构，所述底板下端面与基础桩连接，所述基础桩打入地下进行固定，所述承台安装在底板上，所述承台上端面上设置有若干均匀布置的第一预埋螺杆，多个第一预埋螺杆绕承台的轴线围城环形，所述环形钢连接件通过第一预埋螺杆安装在承台上端面上，所述承台与环形钢连接件同轴设置，所述上部塔筒结构安装在环形钢连接件的上端面上。该基础的构件预制且采用螺栓连接，构件可拆卸更换和重复使用，节约了材料用量，同时绿色环保；该基础结构受力形式合理，运输方便，现场安装难度低且快捷，提高了施工效率，节约了成本。

Description

装配式风电塔筒基础及制作方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种装配式风电塔筒基础及制作方法。

背景技术

风电能源是一种无污染、可再生的清洁能源。风电场发电量高、风机运行稳定、制造技术成熟，近年来被广泛投入使用。

风电机塔筒属于高耸结构，承受较大的水平和竖向荷载，故基础体形较大，材料用量也很大。传统的现浇钢筋混凝土基础，混凝土用量多，钢筋间距密，混凝土不易浇筑，现场施工难度大、效率低，施工周期较长，同时成本高昂，不可重复使用，对环境不友好，所以有必要对风机基础结构体系进行改进和创新。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种装配式风电塔筒基础，该基础的构件预制且采用螺栓连接，构件可拆卸更换和重复使用，节约了材料用量，同时绿色环保；该基础运输方便，现场安装难度低且快捷，提高了施工效率，节约了成本。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种装配式风电塔筒基础，包括底板、承台、基础桩、环形钢连接件和上部塔筒结构，所述底板下端面与基础桩连接，所述基础桩打入地下进行固定，所述承台安装在底板上，所述承台上端面上设置有若干均匀布置的第一预埋螺杆，多个第一预埋螺杆绕承台的轴线围城环形，所述环形钢连接件通过第一预埋螺杆安装在承台上端面上，所述承台与环形钢连接件同轴设置，所述上部塔筒结构安装在环形钢连接件的上端面上。

进一步，还包括基础梁，所述底板上端面设置有多个第二预埋螺杆，多个所述第二预埋螺杆沿底板的径向设置成多排，所述基础梁上设置有第二螺栓孔，所述第二螺栓孔与每一排第二预埋螺杆相匹配，所述基础梁下侧通过第二预埋螺杆安装在底板上端面上，所述基础梁靠近底板圆心的一端安装在承台上，所述基础梁设置有多块，多块基础梁圆周阵列安装在底板上。

进一步，所述基础梁在长度方向上为变截面结构，所述基础梁的上端面包括水平面和倾斜面，所述基础梁的水平面一端与承台连接，所述第二螺栓孔设置在倾斜面上，所述基础梁不少于4根。

进一步，所述承台上设置有安装口，所述安装口与所述基础梁的水平面一端相匹配，所述基础梁的水平面一端插入安装口后与承台结合为一体，所述基础梁的水平面与承台的上端面齐平，所述安装口位置的第一预埋螺杆预埋在基础梁的水平面一端且与承台上的第一预埋螺杆均匀设置。

进一步，所述底板上还设置有多个第三预埋螺杆，多个所述第三预埋螺杆以底板的轴线为中心围绕成环形，所述承台上设置有多个与第三预埋螺杆相对应的第三螺栓孔，所述第三螺栓孔围成的环形半径小于所述第一预埋螺杆围城的环形半径。

进一步，所述环形钢连接件包括环形上翼板、环形腹板、环形下翼板和加筋肋，所述环形上翼板、环形腹板与环形下翼板同轴线设置，所述加筋肋设置在环形上翼板和环形下翼板之间，所述加筋肋的一端垂直连接在环形腹板的外壁上。

进一步，所述环形上翼板的外壁直径小于所述环形下翼板的外壁直径，所述环形上翼板的内壁直径等于所述环形下翼板的内壁直径，所述加筋肋为直角梯形形状。

进一步，所述环形上翼板由多块圆弧形上翼板模块组成，所述环形下翼板有多块圆弧形下翼板模块组成，所述腹板由多块圆弧形腹板模块组成，一块所述上翼板模块、一块下翼板模块和多块加筋肋组成连接件模块，多块连接件模块组成环形钢连接件。

进一步，所述连接件模块两端的加筋肋上设置有若干第四螺栓孔，不同加筋肋上的第三螺栓孔位置相对应，所述上翼板模块和下翼板模块上分别设置有若干第五螺栓孔和第一螺栓孔，所述下翼板模块上的第一螺栓孔与承台上的第一螺杆相匹配，所述上翼板模块上的第五螺栓孔与上部塔筒结构上的预制螺杆相对应，所述第四螺栓孔设置在相邻连接件模块的相邻加筋肋上。

本发明还提供一种装配式风电塔筒基础的制作方法，包括如下步骤：

S1、在工厂完成基础桩，并按要求在上部塔筒结构和承台上预埋螺杆并完成构件加工，按要求在基础梁上预留第二螺栓孔和预埋第一预埋螺杆并完成构件加工；

S2、在工厂完成上翼板模块、下翼板模块和加劲肋，并按要求预留第二螺栓孔、第一螺栓孔和第四螺栓孔，再将上翼板模块、下翼板模块和加劲肋焊接瓶装成连接件模块，在连接架模块上的第一块和最后一块加劲肋上预留第四螺栓孔；

S3、在现场完成基础桩的施工，将基础桩打入地下紧固，并按要求完成预埋第二预埋螺杆的施工，最后现浇圆形钢筋混凝土底板，使得混凝土底板与基础桩形成整体；

S4、将底板上的第二预埋螺杆穿过基础梁上预留的第二螺栓孔使两者相连，并使用螺母固定；

S5、将承台安装在底板上，并使承台与底板同轴线，将基础梁安装在承台的安装口上，并通过第二预埋螺杆固定到底板上，再通过基础梁与安装口的接缝现浇混凝土将基础梁与承台两者相连并形成整体；

S6、将多块连接件模块安装在承台上形成环形刚连接件并通过螺母紧固到承台上，并将相邻的连接件模块通过螺栓连接紧固；

S7、将上部塔筒结构上的预埋螺杆穿过环形上翼板上预留的第五螺栓孔使用螺母将其固定到环形钢连接件上，完成整个施工过程。

由上述技术方案可知，本发明与现有技术相比具有以下优点：（1）除圆形钢筋混凝土底板外，所有构件均可在工厂提前预制，在现场直接装配完成，施工方便、生产效率高。

（2）基础梁和环形承台均采用型钢混凝土这类组合结构体系，相较传统钢筋混凝土结构而言，其优势更为明显，能抵抗上部传来的较大荷载，同时该基础结构传力路径清晰，受力形式合理；在相同荷载作用下所需材料用量更低。

（3）连接件模块的运输安装均极为便捷，现场采用高强螺栓直接连接成环形钢连接件，避免了现场的焊接作业，同时施工难度低，速度快。

（4）预制环形钢连接件上预留螺栓孔，上部塔筒结构和环形基础承台通过自身预埋的螺杆与预制环形钢连接件相连，安装简单，施工快捷，可大幅度缩短整体的施工周期，提高效率，节约成本。

（5）该基础大量采用螺栓进行连接，构件可拆卸更换和重复使用，可大幅度节省成本，提高材料使用效率，同时绿色环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的装配式风电塔筒基础的立体结构图；

图2为本发明的装配式风电塔筒基础的上部塔筒结构的立体结构图；

图3为本发明的装配式风电塔筒基础的连接件模块的立体结构图；

图4为本发明的装配式风电塔筒基础的上翼板模块的立体结构图；

图5为本发明的装配式风电塔筒基础的腹板的立体结构图；

图6为本发明的装配式风电塔筒基础的基础梁的立体结构图；

图7为本发明的装配式风电塔筒基础的底板的立体结构图；

图8为本发明的装配式风电塔筒基础的承台安装示意图；

图9为本发明的装配式风电塔筒基础的承台局部示意图；

图10为本发明的装配式风电塔筒基础的下翼板模块的立体结构图。

附图标记：

1-上部塔筒结构；2-环形钢连接件；3-基础梁；4-承台；5-底板；6-基础桩；21-上翼板模块；22-下翼板模块；23-加劲肋；24-腹板；31-水平面；32-倾斜面；33-第二螺栓孔；41-第一预埋螺杆；42-第三螺栓孔；43-安装口；51-第二预埋螺杆；52-第三预埋螺杆；231-第四螺栓孔；211-第五螺栓孔；221-第一螺栓孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图1~10，本发明提供一种装配式风电塔筒基础，包括底板5、承台4、基础桩6、环形钢连接件2和上部塔筒结构1，所述底板5下端面与基础桩6连接，所述基础桩6打入地下进行固定，所述承台4安装在底板5上，所述承台4上端面上设置有若干均匀布置的第一预埋螺杆41，多个第一预埋螺杆41绕承台4的轴线围城环形，所述环形钢连接件2通过第一预埋螺杆41安装在承台4上端面上，所述承台4与环形钢连接件2同轴设置，所述上部塔筒结构1安装在环形钢连接件2的上端面上。该基础的构件预制且采用螺栓连接，构件可拆卸更换和重复使用，节约了材料用量，同时绿色环保；该基础结构运输方便，现场安装难度低且快捷，提高了施工效率，节约了成本。除圆形钢筋混凝土底板5外，所有构件均可在工厂提前预制，在现场直接装配完成，施工方便、生产效率高。所述基础桩可在工厂进行预制后再在施工现场直接打入地下后与底板浇筑为一体，或在现场钻孔后下钢筋笼直接进行浇筑并将基础桩与底板底板浇筑为一体。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括基础梁3，所述底板5上端面设置有多个第二预埋螺杆51，多个所述第二预埋螺杆51沿底板5的径向设置成多排，所述基础梁3上设置有第二螺栓孔33，所述第二螺栓孔33与每一排第二预埋螺杆51相匹配，所述基础梁3下侧通过第二预埋螺杆51安装在底板5上端面上，所述基础梁3靠近底板5圆心的一端安装在承台4上，所述基础梁3设置有多块，多块基础梁3圆周阵列安装在底板5上。设置基础梁3并将基础梁3同时固定在承台4和底板5上，增加承台4与底板5见的受力点，从而增加其受力强度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述基础梁3在长度方向上为变截面结构，所述基础梁3的上端面包括水平面31和倾斜面32，所述基础梁3的水平面31一端与承台4连接，所述第二螺栓孔33设置在倾斜面32上，所述基础梁3不少于4根。将基础梁3设置为变截面结构减小基础梁3的体积和重量，减少基础梁3的用料，节约成本。

作为上述技术方案的进一步改进，所述承台4上设置有安装口43，所述安装口43与所述基础梁3的水平面31一端相匹配，所述基础梁3的水平面31一端插入安装口43后与承台4浇筑结合为一体，所述基础梁3的水平面31与承台4的上端面齐平，所述安装口43位置的第一预埋螺杆41预埋在基础梁3的水平面31一端且与承台4上的第一预埋螺杆41均匀设置。在承台4上设置安装口43，并将基础梁3在安装口43位置与承台4浇筑为一体，使其形成一个整体。优选地，在安装口43位置预留钢筋，并在基础梁3的相应位置预留与钢筋像对应的槽，使其浇筑后能更好的结合成一体。基础梁3和环形承台4均采用型钢混凝土这类组合结构体系，相较传统钢筋混凝土结构而言，其优势更为明显，能抵抗上部传来的较大荷载，同时该基础结构传力路径清晰，受力形式合理；在相同荷载作用下所需材料用量更低。

作为上述技术方案的进一步改进，所述底板5上还设置有多个第三预埋螺杆52，多个所述第三预埋螺杆52以底板5的轴线为中心围绕成环形，所述承台4上设置有多个与第三预埋螺杆52相对应的第三螺栓孔42，所述第三螺栓孔42围成的环形半径小于所述第一预埋螺杆41围城的环形半径。在承台4的内圈上设置第三螺栓孔42用于将将承台4与底板5相连接，并在承台4的外圈预埋第一预埋螺杆41与环形钢连接件2连接，并使第三预埋螺杆52位于环形钢连接件2的内部，防止干扰或不便于安装螺母。

作为上述技术方案的进一步改进，所述环形钢连接件2包括环形上翼板、环形腹板24、环形下翼板和加筋肋，所述环形上翼板、环形腹板24与环形下翼板同轴线设置，所述加筋肋设置在环形上翼板和环形下翼板之间，所述加筋肋的一端垂直连接在环形腹板24的外壁上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述环形上翼板的外壁直径小于所述环形下翼板的外壁直径，所述环形上翼板的内壁直径等于所述环形下翼板的内壁直径，所述加筋肋为直角梯形形状。将环形钢连接件2的截面设置为梯形结构使得满足强度需求的同时减少材料用量。

作为上述技术方案的进一步改进，所述环形上翼板由多块圆弧形上翼板模块21组成，所述环形下翼板有多块圆弧形下翼板模块22组成，所述腹板24由多块圆弧形腹板24模块组成，一块所述上翼板模块21、一块下翼板模块22和多块加筋肋组成连接件模块，多块连接件模块组成环形钢连接件2。将环形钢连接件2设置为多个连接件模块便于分段运输，现场采用高强螺栓直接连接成预制环形钢连接件2，避免了现场的焊接作业，同时施工难度低，速度快。

作为上述技术方案的进一步改进，所述连接件模块两端的加筋肋上设置有若干第四螺栓孔231，不同加筋肋上的第三螺栓孔42位置相对应，所述上翼板模块21和下翼板模块22上分别设置有若干第五螺栓孔211和第一螺栓孔221，所述下翼板模块22上的第一螺栓孔221与承台4上的第一螺杆相匹配，所述上翼板模块21上的第五螺栓孔211与上部塔筒结构1上的预制螺杆相对应，所述第四螺栓孔231设置在相邻连接件模块的相邻加筋肋上。在预制环形钢连接件2上预留螺栓孔，上部塔筒结构1和环形基础承台4通过自身预埋的螺杆与预制环形钢连接件2相连，安装简单，施工快捷，可大幅度缩短整体的施工周期，提高效率，节约成本。其中第一预埋螺杆41、第二预埋螺杆51和第三预埋螺杆52分别与相应部位的钢筋混凝土内的钢筋焊接在一起。

本发明还提供一种装配式风电塔筒基础的制作方法，包括如下步骤：

S1、在工厂完成基础桩6，并按要求在上部塔筒结构1和承台4上预埋螺杆并完成构件加工，按要求在基础梁3上预留第二螺栓孔33和预埋第一预埋螺杆41并完成构件加工；

S2、在工厂完成上翼板模块21、下翼板模块22和加劲肋23，并按要求预留第二螺栓孔33、第一螺栓孔221和第四螺栓孔231，再将上翼板模块21、下翼板模块22和加劲肋23焊接瓶装成连接件模块，在连接架模块上的第一块和最后一块加劲肋23上预留第四螺栓孔231；

S3、在现场完成基础桩6的施工，将基础桩6打入地下紧固，并按要求完成预埋第二预埋螺杆51的施工，最后现浇圆形钢筋混凝土底板5，使得混凝土底板5与基础桩6形成整体；

S4、将底板5上的第二预埋螺杆51穿过基础梁3上预留的第二螺栓孔33使两者相连，并使用螺母固定；

S5、将承台4安装在底板5上，并使承台4与底板5同轴线，将基础梁3安装在承台4的安装口43上，并通过第二预埋螺杆51固定到底板5上，再通过基础梁3与安装口43的接缝现浇混凝土将基础梁3与承台4两者相连并形成整体；

S6、将多块连接件模块安装在承台4上形成环形刚连接件并通过螺母紧固到承台4上，并将相邻的连接件模块通过螺栓连接紧固；

S7、将上部塔筒结构1上的预埋螺杆穿过环形上翼板上预留的第五螺栓孔211使用螺母将其固定到环形钢连接件2上，完成整个施工过程。

在现场的施工过程中多采用螺栓安装连接，构件可拆卸更换和重复使用，节约了材料用量，同时绿色环保，对环境友好；现场安装难度低，施工快捷，提高了施工效率，节约了成本，具有十分广阔的工程应用前景。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种装配式风电塔筒基础，其特征在于：包括底板（5）、承台（4）、基础桩（6）、环形钢连接件（2）和上部塔筒结构（1），所述底板（5）下端面与基础桩（6）连接，所述基础桩（6）打入地下进行固定，所述承台（4）安装在底板（5）上，所述承台（4）上端面上设置有若干均匀布置的第一预埋螺杆（41），多个第一预埋螺杆（41）绕承台（4）的轴线围城环形，所述环形钢连接件（2）通过第一预埋螺杆（41）安装在承台（4）上端面上，所述承台（4）与环形钢连接件（2）同轴设置，所述上部塔筒结构（1）安装在环形钢连接件（2）的上端面上。

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：还包括基础梁（3），所述底板（5）上端面设置有多个第二预埋螺杆（51），多个所述第二预埋螺杆（51）沿底板（5）的径向设置成多排，所述基础梁（3）上设置有第二螺栓孔（33），所述第二螺栓孔（33）与每一排第二预埋螺杆（51）相匹配，所述基础梁（3）下侧通过第二预埋螺杆（51）安装在底板（5）上端面上，所述基础梁（3）靠近底板（5）圆心的一端安装在承台（4）上，所述基础梁（3）设置有多块，多块基础梁（3）圆周阵列安装在底板（5）上。

3.根据权利要求2所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于：所述基础梁（3）在长度方向上为变截面结构，所述基础梁（3）的上端面包括水平面（31）和倾斜面（32），所述基础梁（3）的水平面（31）一端与承台（4）连接，所述第二螺栓孔（33）设置在倾斜面（32）上，所述基础梁（3）不少于4根。

4.根据权利要求3所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于：所述承台（4）上设置有安装口（43），所述安装口（43）与所述基础梁（3）的水平面（31）一端相匹配，所述基础梁（3）的水平面（31）一端插入安装口（43）后与承台（4）结合为一体，所述基础梁（3）的水平面（31）与承台（4）的上端面齐平，所述安装口（43）位置的第一预埋螺杆（41）预埋在基础梁（3）的水平面（31）一端且与承台（4）上的第一预埋螺杆（41）均匀设置。

5.根据权利要求2所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于：所述底板（5）上还设置有多个第三预埋螺杆（52），多个所述第三预埋螺杆（52）以底板（5）的轴线为中心围绕成环形，所述承台（4）上设置有多个与第三预埋螺杆（52）相对应的第三螺栓孔（42），所述第三螺栓孔（42）围成的环形半径小于所述第一预埋螺杆（41）围城的环形半径。

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：所述环形钢连接件（2）包括环形上翼板、环形腹板（24）、环形下翼板和加筋肋，所述环形上翼板、环形腹板（24）与环形下翼板同轴线设置，所述加筋肋设置在环形上翼板和环形下翼板之间，所述加筋肋的一端垂直连接在环形腹板（24）的外壁上。

7.根据权利要求6所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于：所述环形上翼板的外壁直径小于所述环形下翼板的外壁直径，所述环形上翼板的内壁直径等于所述环形下翼板的内壁直径，所述加筋肋为直角梯形形状。

8.根据权利要求7所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于：所述环形上翼板由多块圆弧形上翼板模块（21）组成，所述环形下翼板有多块圆弧形下翼板模块（22）组成，所述腹板（24）由多块圆弧形腹板（24）模块组成，一块所述上翼板模块（21）、一块下翼板模块（22）和多块加筋肋组成连接件模块，多块连接件模块组成环形钢连接件（2）。

9.根据权利要求8所述的装配式风电塔筒基础，其特征在于：所述连接件模块两端的加筋肋上设置有若干第四螺栓孔（231），不同加筋肋上的第三螺栓孔（42）位置相对应，所述上翼板模块（21）和下翼板模块（22）上分别设置有若干第五螺栓孔（211）和第一螺栓孔（221），所述下翼板模块（22）上的第一螺栓孔（221）与承台（4）上的第一螺杆相匹配，所述上翼板模块（21）上的第五螺栓孔（211）与上部塔筒结构（1）上的预制螺杆相对应，所述第四螺栓孔（231）设置在相邻连接件模块的相邻加筋肋上。

10.一种权利要求1~9任一项所述的装配式风电塔筒基础的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、在工厂完成基础桩（6），并按要求在上部塔筒结构（1）和承台（4）上预埋螺杆并完成构件加工，按要求在基础梁（3）上预留第二螺栓孔（33）和预埋第一预埋螺杆（41）并完成构件加工；

S2、在工厂完成上翼板模块（21）、下翼板模块（22）和加劲肋（23），并按要求预留第二螺栓孔（33）、第一螺栓孔（221）和第四螺栓孔（231），再将上翼板模块（21）、下翼板模块（22）和加劲肋（23）焊接瓶装成连接件模块，在连接架模块上的第一块和最后一块加劲肋（23）上预留第四螺栓孔（231）；

S3、在现场完成基础桩（6）的施工，将基础桩（6）打入地下紧固，并按要求完成预埋第二预埋螺杆（51）的施工，最后现浇圆形钢筋混凝土底板（5），使得混凝土底板（5）与基础桩（6）形成整体；

S4、将底板（5）上的第二预埋螺杆（51）穿过基础梁（3）上预留的第二螺栓孔（33）使两者相连，并使用螺母固定；

S5、将承台（4）安装在底板（5）上，并使承台（4）与底板（5）同轴线，将基础梁（3）安装在承台（4）的安装口（43）上，并通过第二预埋螺杆（51）固定到底板（5）上，再通过基础梁（3）与安装口（43）的接缝现浇混凝土将基础梁（3）与承台（4）两者相连并形成整体；

S6、将多块连接件模块安装在承台（4）上形成环形刚连接件并通过螺母紧固到承台（4）上，并将相邻的连接件模块通过螺栓连接紧固；

S7、将上部塔筒结构（1）上的预埋螺杆穿过环形上翼板上预留的第五螺栓孔（211）使用螺母将其固定到环形钢连接件（2）上，完成整个施工过程。

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