CN115928785A - 适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础及其装配方法，包括相互交替堆叠搭接为阶梯型的若干块预制梁构件，每块预制梁构件均包括中心凸台和与中心凸台一体成型的横梁，中心凸台周侧开设有便于插设预应力锚栓的通孔，横梁自由端向内设置有周向开设有通孔的凹台，横梁凹台内设置有塔架调平段，塔架调平段周向贯穿开设有与横梁凹台上通孔相适配的通孔；解决现有山地风电常用的扩展基础占地面积大，开挖量大，施工不便，对山坡稳定性要求高，下部基础不能灵活应对坡度等地形限制的问题。

Description

适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础及其装配方法

技术领域

本发明属于风电基础结构设计施工技术领域，涉及一种适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础及其装配方法。

背景技术

风力发电是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，而要保证风力发电的可持续发展，用于安装固定风机塔筒的风机基础是其中的关键。

风力发电所需要的装置，称作风力发电机组，风电塔架是风电机组的主支撑部件，其设计可靠性是风电机组能够安全运行的保证。目前，风力发电塔架的结构形式主要有单筒型塔筒、格构式塔架、上部为单筒型塔筒下部为格构式塔架的混合塔架三种形式，后两类塔架形式质量较小，运输较为方便，更适宜山区风电场。

山区环境风力巨大，但是风资源分配差异大，风电塔布置位置散乱，因此在山地环境进行风电场建设时，需要考虑基础的场地适应性强，并且可以根据山坡坡度，地质条件等地形因素灵活调整；此外山地多为岩石地基，承载能力好，但是山地地区现场施工不便，土体开挖量过大后会影响山坡稳定性以及开挖土大量堆积对山区环境造成破坏，故可以考虑体积较小且采用装配式结构的基础形式，因此需要一种适应性强的装配式山地风机格构式塔架的装配式基础。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有风电塔架安装在山地时，不能根据山地坡度等地形因素灵活调整，开挖量较大且不便于现场施工的问题，提供一种适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础及其装配方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础，包括相互交替堆叠搭接为阶梯型的若干块预制梁构件，每块预制梁构件均包括中心凸台和与中心凸台一体成型的横梁，中心凸台周侧开设有便于插设预应力锚栓的通孔，横梁自由端向内设置有周向开设有通孔的凹台，横梁凹台内设置有塔架调平段，塔架调平段周向贯穿开设有与横梁凹台上通孔相适配且便于插设锚杆的通孔，塔架调平段中部固定安装有便于固定安装格构式钢管塔架的塔架连接钢环。

本基础方案的有益效果在于：四块预制梁构件中心位置通过中心凸台交替堆叠后通过在对应的通孔内插入预应力锚栓进行固定。通过提前埋入的锚杆穿过预制梁及多段塔架调平环的通孔，在多段塔架调平环的上端面张拉预应力锚杆并对通孔灌浆后紧固在上表面。

进一步，塔架调平段包括若干个中间不开设凹台的第一类塔架调平环和一个中间开设凹台的第二类塔架调平环，塔架连接钢环上端面和下端面法兰上开设有分别与格构式钢管塔架、第二类塔架调平环凹台对应固定连接的螺栓孔，塔架连接钢环外壁上固定安装有抗剪键。

进一步，预制梁构件为四块或者多块。有益效果：预制梁构件所组合成的形状与需要固定钢塔架周侧格构式钢管塔架的端面形状相适配。

进一步，预制梁构件中心凸台交替堆叠后上端和下端分别安装上锚板和下锚板，预应力锚栓穿过四块预制梁构件中心凸台的通孔和上锚板、下锚板通过螺帽进行固定。

进一步，横梁靠近中心凸台的一侧下端面呈弧形状，远离中心凸台的一侧下端面呈平直状。有益效果：横梁弧形段的设计是为了适当减少开挖量，同时可以增大与地基土的接触面积。横梁平直段的设计是为了使其长度能够调节，使得横梁平直段的下侧能够置于岩石顶部。

进一步，不同横梁自由端下的横梁平直段长度不同。

进一步，不同横梁平直段上塔架调平环的数量不同。有益效果：确保最终装配后塔架调平环的上端面在同一水平方向，便于与上部格构式钢管塔架固定连接。

一种适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础装配时，包括以下步骤：

S1、根据山坡线的位置初步调整四个预制梁构件的相对位置，将放置预制梁构件的区域进行开挖，将锚杆插设的对应位置进行钻孔后锚入锚杆，将放置中心预制构件中最下方中心凸台的土方区域开挖后在土方区域浇筑素混凝土并定位放置下锚板；

S2、精调预制梁构件的相对位置，调整塔架调平环的个数，使得各预制梁自由端塔架调平环的上端面处于设计好的与塔架连接的水平面并且各上端面应位于同一水平方向，便于与上部格构式钢管塔架固定连接；横梁平直段的长度根据实际情况进行调节，使得横梁平直段的下侧能够置于岩石顶部，提前埋入的锚杆穿过预制梁及多段塔架调平环的通孔，在多段塔架调平环的上端面张拉预应力锚杆并对通孔灌浆后使其紧固在上表面；

S3、塔架调平环顶部的第二类塔架调平环中，通过底部预埋的螺栓与预制的塔架连接钢环连接固定，空腔浇筑混凝土至第二类塔架调平环上水平面；再将塔架连接钢环与上部的格构式塔架钢管支腿固定连接，钢环上法兰和塔架调平环上端面间的空隙填充高强灌浆料。

进一步，步骤S1为四块预制梁构件中心凸台交替堆叠后上端和下端均安装上锚板和下锚板，预应力锚栓穿过四块预制梁构件中心凸台的通孔和上锚板、下锚板通过螺帽进行固定。

进一步，步骤S2中多段塔架调平环的布置中，下部为第一类塔架调平环，上部为第二类塔架调平环；第二类塔架调平环的高度低于塔架连接钢环的高度。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础，四块预制梁构件中心位置通过中心凸台交替堆叠后通过在对应的通孔内插入锚栓紧固件进行固定；通过在塔架调平段和对应横梁通孔内插入合适的锚栓，实现将整个装配式基础锚入基础周侧的岩石层中，横梁平直段的长度能够调节，这样可以使得预制梁构件能够适应不同山坡的坡度，四个预制梁构件自由端的多段塔架调平环以及塔架调平环内的塔筒连接钢环处于同一水平高度，便于与上部格构式钢管塔架支腿固定连接；这种装配式基础结构采用锚杆进行固定能够减少开挖量或开挖后大部分土可回填，基础占地面积小，缩短工期；该装配式基础结构的上部可以搭配格构式塔架或者下部为格构式上部为钢筋或混凝土塔筒的混合式两类塔架。

2、本发明所公开的适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础，能架空塔架并且使塔架底部各支腿处于同一水平面，能较好的适应山区坡地地形变化，大量减少基础混凝土方量、减少风机吊装平台挖填方量。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础的结构示意图一；

图2为本发明适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础的结构示意图二；

图3为本发明图1中预制梁构件的结构示意图；

图4为本发明图1中第一类塔架调平环的结构示意图；

图5为本发明图1中第二类塔架调平环的结构示意图；

图6为本发明图1中锚板的结构示意图；

图7为本发明图1中塔架连接钢环的结构示意图；

图8为本发明风电阶梯型装配式基础安装锚栓和下锚板的结构示意图；

图9为本发明图8安装预制梁构件的结构示意图；

图10为本发明图9安装塔架调平段、塔架连接钢环的结构示意图；

图11为本发明图10的局部放大图；

图12为本发明图10安装中心连接锚栓、上锚板、垫片后的局部结构示意图；

图13为本发明风电阶梯型装配式基础安装在格构式塔架下部的结构示意图；

图14为本发明风电阶梯型装配式基础安装在混合式塔架下部的结构示意图。

附图标记：预制梁构件1、中心凸台2、横梁3、塔架调平段4、锚杆5、横梁弧形段6、横梁平直段7、第一类塔架调平环41、第二类塔架调平环42、上锚板8、下锚板9、塔架连接钢环10、预应力锚栓11、垫片12。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1～7所示的适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础，包括相互搭接为阶梯型的预制梁构件1，根据该装配式基础上需要固定钢塔架周侧格构式钢管塔架的端面形状来适配不同块预制梁构件1，三角形格构式钢管塔架需要三块预制梁构件1，多边形格构式钢管塔架需要多块预制梁构件1，本实施例以四边形格构式钢管塔架为例。

每块预制梁构件1均包括中心凸台2和与中心凸台2一体成型的横梁3，中心凸台2周侧开设有便于插设预应力锚栓11的通孔，四块预制梁构件1中心位置通过中心凸台2交替堆叠后通过在对应的通孔内插入预应力锚栓11紧固件进行固定。具体为四块预制梁构件1中心凸台2交替堆叠后上端和下端分别安装上锚板8和下锚板9，预应力锚栓11穿过上锚板8、四块预制梁构件1中心凸台2以及下锚板9的通孔后通过螺帽进行固定。

横梁3靠近中心凸台2的一侧下端面呈弧形状，远离中心凸台2的一侧下端面呈平直状，横梁弧形段6的设计是为了减少岩石地基的开挖量，同时可以增大与地基土的接触面积。横梁平直段7的设计是为了使其长度能够调节，横梁3平直段的下侧能够置于岩石顶部，横梁3平直段周向开设有贯穿的通孔，通孔内插设锚杆5，通过锚杆能够将整个装配式基础锚入基础周侧的岩石层中。横梁3平直段向内设置有凹台，通孔开设在凹台的周向，横梁3平直段的凹台内设置有塔架调平段4，塔架调平段4周向贯穿开设有横梁3凹台上通孔相适配的通孔，通过在塔架调平段4和对应横梁3平直段通孔内插入合适的锚杆5，实现将整个装配式基础锚入基础周侧的岩石层中。不同横梁3平直段上塔架调平段4的长度不同，确保最终装配后塔架调平段4的上端面在同一水平方向，便于与上部格构式钢管塔架固定连接。

横梁3平直段向内设置有一阶凹台，横梁3平直段凹台中部从下到上依次放置多个中间不开设凹台的第一类塔架调平环41和一个中间开设凹台的第二类塔架调平环42，第一类塔架调平环41和第二类塔架调平环42周向贯穿开设有与横梁凹台上通孔相适配且便于插设锚杆5的通孔，锚杆5插设在第一类塔架调平环41、第二类塔架调平环42和横梁凹台的通孔内，锚杆5上端加装垫片12。第二类塔架调平环42中间凹台内安装塔架连接钢环10，塔架连接钢环10上端面和下端面法兰上开设有分别与格构式钢管塔架、第二类塔架调平环42凹台对应固定连接的螺栓孔，塔架连接钢环10外壁上固定安装有抗剪键。

通过在第一类塔架调平环41、第二类塔架调平环42和对应横梁3平直段通孔内插入合适的锚杆5，实现将整个装配式基础锚入基础周侧的岩石层中。不同横梁3平直段上第一类塔架调平环41的数量不同，确保最终装配后第二类塔架调平环42的上端面在同一水平方向，便于与上部格构式钢管塔架固定连接。

如图8～12所示的适用于山地区域的风电阶梯型装配式基础装配图，风电阶梯型装配式基础装配过程具体包括以下步骤：

S1、根据山坡线的位置初步调整四个预制梁构件1的相对位置，将放置预制梁构件1的区域进行开挖，将锚杆插设的对应位置进行钻孔后锚入锚杆，将放置中心预制构件中最下方中心凸台2的土方区域开挖后在土方区域浇筑素混凝土并定位放置下锚板；

S2、精调预制梁构件1的相对位置，调整塔架调平环的个数，使得各预制梁自由端塔架调平环的上端面处于设计好的与塔架连接的水平面并且各上端面应位于同一水平方向，便于与上部格构式钢管塔架固定连接；横梁3平直段的长度根据实际情况进行调节，使得横梁3平直段的下侧能够置于岩石顶部，提前埋入的锚杆穿过预制梁及多段塔架调平环的通孔，在多段塔架调平环的上端面张拉预应力锚杆并对通孔灌浆后使其紧固在上表面；

S3、塔架调平环顶部的第二类塔架调平环中，通过底部预埋的螺栓与预制的塔架连接钢环10连接固定，空腔浇筑混凝土至第二类塔架调平环上水平面；再将塔架连接钢环与上部的格构式塔架钢管支腿固定连接，钢环上法兰和塔架调平环上端面间的空隙填充高强灌浆料。

图13为该风电阶梯型装配式基础安装在格构式塔架下部的结构示意图；图14为该风电阶梯型装配式基础安装在混合式塔架下部的结构示意图。这两种塔架形式质量较小，运输较为方便，与该装配式基础配合后更适宜山区风电场。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种适用于山地风机格构式塔架的装配式基础，其特征在于，包括相互交替堆叠搭接为阶梯型的若干块预制梁构件，每块预制梁构件均包括中心凸台和与中心凸台一体成型的横梁，中心凸台周侧开设有便于插设预应力锚栓的通孔，横梁自由端向内设置有周向开设有通孔的凹台，横梁凹台内设置有塔架调平段，塔架调平段周向贯穿开设有与横梁凹台上通孔相适配且便于插设锚杆的通孔，塔架调平段中部固定安装有便于固定安装格构式钢管塔架的塔架连接钢环。

2.如权利要求1所述适用于山地风机格构式塔架的装配式基础，其特征在于，塔架调平段包括若干个中间不开设凹台的第一类塔架调平环和一个中间开设凹台的第二类塔架调平环，塔架连接钢环上端面和下端面法兰上开设有分别与格构式钢管塔架、第二类塔架调平环凹台对应固定连接的螺栓孔，塔架连接钢环外壁上固定安装有抗剪键。

3.如权利要求2所述适用于山地风机格构式塔架的装配式基础，其特征在于，所述预制梁构件为四块或者多块。

4.如权利要求2所述适用于山地风机格构式塔架的装配式基础，其特征在于，所述预制梁构件中心凸台交替堆叠后上端和下端分别安装上锚板和下锚板，预应力锚栓穿过四块预制梁构件中心凸台的通孔和上锚板、下锚板通过螺帽进行固定。

5.如权利要求2所述适用于山地风机格构式塔架的装配式基础，其特征在于，所述横梁靠近中心凸台的一侧下端面呈弧形状，远离中心凸台的一侧下端面呈平直状。

6.如权利要求1所述适用于山地风机格构式塔架的装配式基础，其特征在于，不同横梁自由端下的横梁平直段长度不同。

7.如权利要求2所述适用于山地风机格构式塔架的装配式基础，其特征在于，不同横梁平直段上塔架调平环的数量不同。

8.一种适用于山地风机格构式塔架的装配式基础的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据山坡线的位置初步调整四个预制梁构件的相对位置，将放置预制梁构件的区域进行开挖，将锚杆插设的对应位置进行钻孔后锚入锚杆，将放置中心预制构件中最下方中心凸台的土方区域开挖后在土方区域浇筑素混凝土并定位放置下锚板；

S2、精调预制梁构件的相对位置，调整塔架调平环的个数，使得各预制梁自由端塔架调平环的上端面处于设计好的与塔架连接的水平面并且各上端面应位于同一水平方向，便于与上部格构式钢管塔架固定连接；横梁平直段的长度根据实际情况进行调节，使得横梁平直段的下侧能够置于岩石顶部，提前埋入的锚杆穿过预制梁及多段塔架调平环的通孔，在多段塔架调平环的上端面张拉预应力锚杆并对通孔灌浆后使其紧固在上表面；

S3、塔架调平环顶部的第二类塔架调平环中，通过底部预埋的螺栓与预制的塔架连接钢环连接固定，空腔浇筑混凝土至第二类塔架调平环上水平面；再将塔架连接钢环与上部的格构式塔架钢管支腿固定连接，钢环上法兰和塔架调平环上端面间的空隙填充高强灌浆料。

9.如权利要求8所述适用于山地风机格构式塔架的装配式基础的装配方法，其特征在于，步骤S1为四块预制梁构件中心凸台交替堆叠后上端和下端均安装上锚板和下锚板，预应力锚栓穿过四块预制梁构件中心凸台的通孔和上锚板、下锚板通过螺帽进行固定。

10.如权利要求8所述适用于山地风机格构式塔架的装配式基础的装配方法，其特征在于，步骤S2中多段塔架调平环的布置中，下部为第一类塔架调平环，上部为第二类塔架调平环；第二类塔架调平环的高度低于塔架连接钢环的高度。

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