CN113026797A - 中空环形风机基础及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风电场风机基础技术领域，提供了一种中空环形风机基础，包括混凝土垫层和设置在混凝土垫层上的钢筋混凝土基础；所述混凝土垫层的顶面与钢筋混凝土基础的底面之间具有圆柱形的空腔；所述混凝土垫层的顶面设置有凹槽，并由所述凹槽与钢筋混凝土基础的底面共同围成所述空腔；所述钢筋混凝土基础的中心具有竖向贯穿该钢筋混凝土基础、且与所述空腔连通的操作通道。提供了一种中空环形风机基础的施工方法，当风机基础施工完成后，操作人员可进入到操作通道内对河沙和基础底模进行拆除，并将其运送至风机基础的外部，避免出现空腔内的模板无法拆除的情况。

Description

中空环形风机基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及风电场风机基础技术领域，尤其是一种中空环形风机基础及其施工方法。

背景技术

授权公告号为CN202658619U的专利申请中，公开了一种壳式风机基础结构，包括圆形钢筋混凝土基础和混凝土垫层，在圆形钢筋混凝土基础底部中心设置有空心腔，空心腔内表面设置圆形起拱钢模板。这种风机基础在施工过程中，由于钢模板需要承受钢筋混凝土基础的重量载荷，因此为了保证钢模板不发生变形，往往会通过增加钢模板的厚度以增大其强度和刚度，这样就会使钢模板具有较大的余量，且当钢筋混凝土基础施工后，由于钢模板无法拆除，这样就极大地造成了模板材料的浪费，增加了施工成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种中空环形风机基础及其施工方法，避免该中空环形风机基础在施工后出现空腔内的模板无法拆除的情况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：中空环形风机基础，包括混凝土垫层和设置在混凝土垫层上的钢筋混凝土基础；所述混凝土垫层的顶面与钢筋混凝土基础的底面之间具有圆柱形的空腔；

所述混凝土垫层的顶面设置有凹槽，并由所述凹槽与钢筋混凝土基础的底面共同围成所述空腔；所述钢筋混凝土基础的中心具有竖向贯穿该钢筋混凝土基础、且与所述空腔连通的操作通道。

进一步的，所述凹槽的深度为H₂；其中，0.2m≤H₂≤0.3m。

进一步的，所述操作通道为圆柱形结构；所述操作通道的内径为D₃；其中，0.6m≤D₃≤1.4m。

进一步的，其中，0.9m≤D₃≤1.1m。

进一步的，所述凹槽的底部、且与操作通道相对应的位置具有贯穿混凝土垫层的中心孔。

进一步的，所述中心孔的内径为D₄；其中，0.6m≤D₄≤1.4m。

进一步的，其中，0.9m≤D₄≤1.1m。

中空环形风机基础的施工方法，包括以下步骤：

S1、在施工位置开挖用于施工中空环形风机基础的基坑；在基坑的底部中心处开挖直径与操作通道直径相同的操作孔；

S2、拼装用于成型操作通道的孔洞侧模，并将孔洞侧模的下端设置在操作孔内；在基坑的底部、且位于基坑侧壁与孔洞侧模之间浇筑混凝土以形成顶部具有凹槽的混凝土垫层；

S3、待混凝土垫层的强度达到预定要求后，在混凝土垫层顶部的凹槽中充填河沙，并在河沙的顶部放置由若干个模板拼接而成的圆环形基础底模；所述基础底模的外径等于所述凹槽的内径，且基础底模的顶部与混凝土垫层的顶面平齐；

S4、在混凝土垫层上绑扎钢筋笼，然后在钢筋笼的周围拼装用于成型钢筋混凝土基础的基础侧模；然后向钢筋笼内浇筑混凝土以形成钢筋混凝土基础；

S5、待钢筋混凝土基础的强度达到预定要求后，先拆除基础侧模和孔洞侧模，然后再拆除凹槽内的河沙和基础底模，以形成底部具有空腔的中空环形风机基础。

进一步的，所述操作孔的深度为H₁；其中，0.5m≤H₁≤0.6m。

本发明的有益效果是：

1、本发明实施例提供的中空环形风机基础，通过在混凝土垫层的顶面设置凹槽，使得混凝土垫层的顶面与钢筋混凝土基础的底面之间形成圆柱形的空腔，这样就避免了钢筋混凝土基础在空腔范围内向地基传力，使钢筋混凝土基础通过环形结构向地基传力。与现有未设置空腔的风机基础相比，本发明实施例提供的风机基础可提高风机基础的最小地基反力，使风机基础更容易满足标准规范的要求。

2、本发明实施例提供的中空环形风机基础，通过在钢筋混凝土基础上设置与空腔连通的操作通道，当混凝土垫层施工后，可在混凝土垫层的凹槽中充填河沙并在河沙上铺设基础底模以对钢筋混凝土基础的底部进行临时支撑，当钢筋混凝土基础施工完成后，操作人员就可进入到操作通道内将河沙和基础底模拆除并运送至风机基础的外部，避免出现空腔内的模板无法拆除的情况。

3、本发明实施例提供的中空环形风机基础的施工方法，通过在混凝土垫层的凹槽内充填河沙，以对钢筋混凝土基础进行临时支撑，并通过在河沙顶部布置基础底模，用于将河沙与钢筋混凝土基础分隔；当风机基础施工完成后，操作人员可进入到操作通道内对河沙和基础底模进行拆除，并将其运送至风机基础的外部，避免出现空腔内的模板无法拆除的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍；显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的中空环形风机基础的结构示意图；

图2是在施工位置开挖基坑和操作孔后的结构示意图；

图3是在基坑内拼装孔洞侧模并浇筑混凝土垫层后的结构示意图；

图4是在混凝土垫层的凹槽内充填河沙并铺设圆环形基础底模后的结构示意图；

图5是图4中A处放大图；

图6是绑扎钢筋笼并拼装基础侧模后的结构示意图；

图7是在钢筋笼内浇筑混凝土后的结构示意图；

图8是拆除基础侧模、孔洞侧模、河沙和基础底模后的结构示意图。

图中附图标记为：1-混凝土垫层，2-钢筋混凝土基础，3-空腔，4-凹槽，5-操作通道，6-中心孔，7-基坑，8-操作孔，9-孔洞侧模，10-河沙，11-基础底模，12-钢筋笼，13-基础侧模。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

图1是本发明实施例提供的中空环形风机基础的结构示意图。

参见图1，本发明实施例提供的中空环形风机基础，包括混凝土垫层1和设置在混凝土垫层1上的钢筋混凝土基础2；所述混凝土垫层1的顶面与钢筋混凝土基础2的底面之间具有圆柱形的空腔3；所述混凝土垫层1的顶面设置有凹槽4，并由所述凹槽4与钢筋混凝土基础2的底面共同围成所述空腔3；所述钢筋混凝土基础2的中心具有竖向贯穿该钢筋混凝土基础2、且与所述空腔3连通的操作通道5。

参见图1，本发明实施例提供的中空环形风机基础，包括混凝土垫层1和钢筋混凝土基础2。

所述混凝土垫层1是设置在钢筋混凝土基础2与地基土之间的中间层，其作用是用来隔水、排水及防冻以改善地基的工作条件，并能起到扩散载荷的作用，以减少地基出现变形，起到保护地基的作用，同时使其表面平整以便于在上面绑扎钢筋。

本发明实施例中，所述混凝土垫层1的形状为圆形，且其各处的厚度大于或等于70mm，其混凝土强度等级高于或等于C10。所述混凝土垫层1的顶面中心设置有圆柱形的凹槽4。

所述钢筋混凝土基础2用于对风电机组中的风电塔筒进行固定和支撑，并用于承受风电机组传下来的载荷，并把这些载荷连同自重通过混凝土垫层1传递至地基。所述钢筋混凝土基础2上可以预埋有基础环或预应力锚栓，通过基础环或预应力锚栓将风电塔筒固定在钢筋混凝土基础2的顶部。为简化视图，图1中未示出基础环或预应力锚栓的结构。所述钢筋混凝土基础2从上向下依次包括圆柱形的第一段、圆台形的第二段和圆柱形的第三段；其中，第一段的外径等于第二段顶面的外径，第二段顶面的外径大于第二段底面的外径，第二段底面的外径等于第三段的外径。

继续参见图1，所述混凝土垫层1顶面的外径大于所述钢筋混凝土基础2底面的外径，所述钢筋混凝土基础2底面的外径大于所述凹槽4的内径。所述混凝土垫层1的顶面与所述钢筋混凝土基础2的底面固定，并由所述混凝土垫层1上的凹槽4与钢筋混凝土基础2的底面共同围成圆柱形的空腔3。所述钢筋混凝土基础2底面的外径为D₁；所述凹槽4的内径为D₂；所述凹槽4的深度为H₂。所述凹槽4的深度在此不做具体的限定，为了方便在风机基础施工完成后将凹槽4内的河沙10和基础底模11拆除，所述凹槽4应具有一定的高度，优选的，0.2m≤H₂≤0.3m。

本发明实施提供的中空环形风机基础，通过在混凝土垫层1的顶面设置凹槽4，使得混凝土垫层1的顶面与钢筋混凝土基础2的底面之间形成圆柱形的空腔3，这样就避免了钢筋混凝土基础2在空腔3范围内向地基传力，使钢筋混凝土基础2通过环形结构向地基传力。

标准中规定，风机基础在极端载荷工况下允许脱开25％的面积，且在正常运行工况下又不允许出现脱开区。对于地基承载力良好的地质条件，例如岩石地基，风机基础的尺寸往往由极端工况基础脱开区面积25％的限值和正常工况不允许出现脱开区共同控制，而非地基最大承载力控制。根据地基反力计算公式：

其中，p_kmax为地基最大反力；p_kmin为地基最小反力；N_k为竖向力标准值；M_k为弯矩标准值；A为基础传力面积；W为基础抗弯模量。

计算时，地基最小反力和地基最大反力均应满足大于0的要求，而根据公式(1)、(2)可知，只要地基最小反力大于0，那么地基最大反力必然大于0。通过公式(2)可知，针对圆形结构传力的风机基础和环形结构传力的风机基础，当风机基础传力面积相同时，环形结构传力的风机基础的抗弯模量比圆形结构传力的风机基础的抗弯模量大，那么环形结构传力的风机基础的最小地基反力就大于圆形结构传力的风机基础的最小地基反力。

因此，本发明实施例提供的中空环形风机基础，与现有未设置空腔的风机基础相比，提高了风机基础的最小地基反力，使风机基础更容易满足标准规范的极端工况下基础脱开区面积25％的限值的要求。在基础脱开面积为25％限值的条件下，与未设置空腔的风机基础相比，本发明实施例提供的具有空腔的风机基础的地基开挖量更小、混凝土用量更少，更能节约成本。

继续参见图1，所述钢筋混凝土基础2的中心具有竖向贯穿该钢筋混凝土基础2的操作通道5，该操作通道5的下端与所述空腔3连通。所述操作通道5的作用是，当风机基础施工完成后，方便操作人员进入到操作通道5内拆除凹槽4中起临时支撑作用的河沙10和基础底模11，并将河沙10和基础底模11经操作通道5运送至风机基础的外部。所述操作通道5的横截面形状和尺寸在此不做具体的限定，只要能满足操作人员施工要求即可。作为一种实施方式，所述操作通道5为圆柱形结构；所述操作通道5的内径为D₃；其中，0.6m≤D₃≤1.4m。优选的，其中，0.9m≤D₃≤1.1m。

本发明实施例提供的中空环形风机基础，通过在钢筋混凝土基础2上设置与空腔3连通的操作通道5，当混凝土垫层1施工后，可在混凝土垫层1的凹槽4中充填河沙10并在河沙10上铺设基础底模11以对钢筋混凝土基础2的底部进行临时支撑，当钢筋混凝土基础2施工完成后，就可通过操作通道5将河沙10和基础底模11拆除并运送至风机基础的外部，避免出现空腔3内的模板无法拆除的情况。

继续参见图1，所述凹槽4的底部、且与操作通道5相对应的位置具有贯穿混凝土垫层1的中心孔6。所述中心孔6为施工该风机基础的过程中形成的孔，该孔的横截面形状和尺寸与操作通道5的形状和尺寸相一致。作为一种实施方式，所述中心孔6的内径为D₄；其中，0.6m≤D₄≤1.4m。优选的，其中，0.9m≤D₄≤1.1m。

参见图2至图8，本发明实施例提供的中空环形风机基础的施工方法，包括以下步骤：

S1、在施工位置开挖用于施工中空环形风机基础的基坑7；在基坑7的底部中心处开挖直径与操作通道5直径相同的操作孔8；

S2、拼装用于成型操作通道5的孔洞侧模9，并将孔洞侧模9的下端设置在操作孔8内；在基坑7的底部、且位于基坑7侧壁与孔洞侧模9之间浇筑混凝土以形成顶部具有凹槽4的混凝土垫层1；

S3、待混凝土垫层1的强度达到预定要求后，在混凝土垫层1顶部的凹槽4中充填河沙10，并在河沙10的顶部放置由若干个模板拼接而成的圆环形基础底模11；所述基础底模11的外径等于所述凹槽4的内径，且基础底模11的顶部与混凝土垫层1的顶面平齐；

S4、在混凝土垫层1上绑扎钢筋笼12，然后在钢筋笼12的周围拼装用于成型钢筋混凝土基础2的基础侧模13；然后向钢筋笼12内浇筑混凝土以形成钢筋混凝土基础2；

S5、待钢筋混凝土基础2的强度达到预定要求后，先拆除基础侧模13和孔洞侧模9，然后再拆除凹槽4内的河沙10和基础底模11，以形成底部具有空腔3的中空环形风机基础。

步骤S1中，根据设计图纸在施工位置开挖基坑7，并在基坑7的底部中心处开挖操作孔8，如图2所示。所述操作孔8的作用是当风机基础施工完成后，以便操作人员站在操作孔8内拆除河沙10和基础底模11，为操作人员提供充分的操作空间，降低操作难度。所述操作孔8的深度应根据操作人员的高度而设置，在此不做具体的限定。优选的，所述操作孔8的深度为H₁；其中，0.5m≤H₁≤0.6m。

步骤S2中，拼装用于成型操作通道5的孔洞侧模9，将孔洞侧模9的下端设置在操作孔8内，以对孔洞侧模9进行定位；然后在基坑7底部且位于基坑7侧壁与孔洞侧模9之间按照图纸浇筑混凝土以形成顶部具有凹槽4的混凝土垫层1，如图3所示。

步骤S3中，当混凝土垫层1的强度达到预定的要求后，例如，当混凝土垫层1的强度达到设计强度的75％以上后，就可将河沙10充填在凹槽4中，并通过凹槽4的侧壁对河沙10进行限位，防止河沙10流动；然后在河沙10的顶部放置起分隔作用的基础底模11，如图4、图5所示。通过设置河沙10，用于充满凹槽4并起到临时支撑的作用；通过设置基础底模11，起分隔的作用，以防止在后续浇筑钢筋混凝土基础2时出现混凝土与河沙10粘接的情况。

所述基础底模11为由若干个模板拼接而成的圆环形结构，该基础模板11的外径等于凹槽4的内径，该基础模板11的内径等于操作孔8的内径。其中，每个模板的平面尺寸在此不做具体的限定，只要能保证后续从操作通道5中取出即可。所述模板的厚度在此也不做具体的限定，为降低成本，所述模板的厚度应尽量小，只要能保证模板不被压坏、且能起到分隔的作用即可。所述模板可以为木模板、复合模板、钢模板、铝模板、竹胶模板等，在此不做具体的限定。本实施例中，为了降低成本，优选为木模板或竹胶模板。

步骤S4中，当基础模板11施工完成后，在混凝土垫层1的顶面和基础模板1的顶面上按施工图纸绑扎钢筋笼12，然后在钢筋笼12的周围拼装用于成型钢筋混凝土基础2的基础侧模13，如图6所示；其中，钢筋笼12的两个圆柱段部分的周围设置有基础侧模13，而钢筋笼12的圆台段部分可以不设置基础侧模13。当基础侧模13施工完成后，向钢筋笼12内浇筑混凝土以形成钢筋混凝土基础2，如图7所示。

步骤S5中，当钢筋混凝土基础2的强度达到预定要求后，例如，当钢筋混凝土基础2的强度达到设计强度的75％以上后，先拆除基础侧模13和孔洞侧模9；当孔洞侧模9拆除后，就可在钢筋混凝土基础2的中心形成操作通道5，并在混凝土垫层1的底部形成中心孔6，然后操作人员从操作通道5经过中心孔6下到操作孔8中，通过人工掏沙和高压水枪相结合的方式掏出河沙10，并将河沙10运送至风机基础的外部，然后再将基础底模11拆除、并运送至风机基础的外部，完成风机基础内外模板的拆除工作，形成底部具有空腔3的中空环形风机基础。

本发明实施例提供的中空环形风机基础的施工方法，通过在混凝土垫层1的凹槽4内充填河沙10，以对钢筋混凝土基础2进行临时支撑，并通过在河沙10顶部布置基础底模11，用于将河沙10与钢筋混凝土基础2分隔；当风机基础施工完成后，操作人员可进入到操作通道5内对河沙10和基础底模11进行拆除，并将其运送至风机基础的外部，避免出现空腔3内的模板无法拆除的情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.中空环形风机基础，包括混凝土垫层(1)和设置在混凝土垫层(1)上的钢筋混凝土基础(2)；所述混凝土垫层(1)的顶面与钢筋混凝土基础(2)的底面之间具有圆柱形的空腔(3)；

其特征在于，所述混凝土垫层(1)的顶面设置有凹槽(4)，并由所述凹槽(4)与钢筋混凝土基础(2)的底面共同围成所述空腔(3)；所述钢筋混凝土基础(2)的中心具有竖向贯穿该钢筋混凝土基础(2)、且与所述空腔(3)连通的操作通道(5)。

2.根据权利要求1所述的中空环形风机基础，其特征在于，所述凹槽(4)的深度为H₂；其中，0.2m≤H₂≤0.3m。

3.根据权利要求1所述的中空环形风机基础，其特征在于，所述操作通道(5)为圆柱形结构；所述操作通道(5)的内径为D₃；其中，0.6m≤D₃≤1.4m。

4.根据权利要求3所述的中空环形风机基础，其特征在于，其中，0.9m≤D₃≤1.1m。

5.根据权利要求1所述的中空环形风机基础，其特征在于，所述凹槽(4)的底部、且与操作通道(5)相对应的位置具有贯穿混凝土垫层(1)的中心孔(6)。

6.根据权利要求5所述的中空环形风机基础，其特征在于，所述中心孔(6)的内径为D₄；其中，0.6m≤D₄≤1.4m。

7.根据权利要求6所述的中空环形风机基础，其特征在于，其中，0.9m≤D₄≤1.1m。

8.中空环形风机基础的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在施工位置开挖用于施工如权利要求1-7中任一项所述的中空环形风机基础的基坑(7)；在基坑(7)的底部中心处开挖直径与操作通道(5)直径相同的操作孔(8)；

S2、拼装用于成型操作通道(5)的孔洞侧模(9)，并将孔洞侧模(9)的下端设置在操作孔(8)内；在基坑(7)的底部、且位于基坑(7)侧壁与孔洞侧模(9)之间浇筑混凝土以形成顶部具有凹槽(4)的混凝土垫层(1)；

S3、待混凝土垫层(1)的强度达到预定要求后，在混凝土垫层(1)顶部的凹槽(4)中充填河沙(10)，并在河沙(10)的顶部放置由若干个模板拼接而成的圆环形基础底模(11)；所述基础底模(11)的外径等于所述凹槽(4)的内径，且基础底模(11)的顶部与混凝土垫层(1)的顶面平齐；

S4、在混凝土垫层(1)上绑扎钢筋笼(12)，然后在钢筋笼(12)的周围拼装用于成型钢筋混凝土基础(2)的基础侧模(13)；然后向钢筋笼(12)内浇筑混凝土以形成钢筋混凝土基础(2)；

S5、待钢筋混凝土基础(2)的强度达到预定要求后，先拆除基础侧模(13)和孔洞侧模(9)，然后再拆除凹槽(4)内的河沙(10)和基础底模(11)，以形成底部具有空腔(3)的中空环形风机基础。

9.根据权利要求8所述的中空环形风机基础的施工方法，其特征在于，所述操作孔(8)的深度为H₁；其中，0.5m≤H₁≤0.6m。

Images