CN116324090A - 地基扩展程序和应用 - Google Patents

Abstract

一种用于大型结构的扩展的地基扩展程序，尤其是该地基扩展程序在地下建立的现有风力涡轮机发电场的加强中的用途，该地基扩展程序使用在现有地基上并且结合到现有地基上的叠置梁结构，该结构由新的较小的外围地基支撑，从而形成能够使用旧地基作为压载物来支撑更大结构的新地基。本发明的主要优点是其允许快速和经济的安装，使环境影响最小化，在风力涡轮机的情况下重新使用现有地基和大部分补充基础设施，从而实现完全集成在环境中的新的、更大和更牢固的地基。

Description

地基扩展程序和应用

如其标题所示，本说明书涉及一种用于大型结构的扩展的地基扩展程序，尤其是该地基扩展程序在地下或陆上建立的现有风力涡轮机发电场的加强中的用途，也称为重新提供动力，该地基扩展程序使用在现有地基上并且结合到现有地基上的叠置梁结构，该结构由新的较小的外围地基支撑，从而形成能够使用旧地基作为压载物来支撑更大结构的新地基。

技术领域

本发明涉及在现有地基上的地基的建造，特别是为地基位于地下的风力涡轮机重新提供动力。

背景技术

目前存在大量的风力发电场，由于这些风力发电场的环境特性，许多风力发电场位于足够的区域中以用于产生由风产生的电能。这些风力发电场已经有了诸如道路或通道、埋在地下的输电线管道、输电线和变电站等基础设施来传输产生的电力。术语“重新提供动力”是指与使用新设备或部件的风力发电场中的风力涡轮机能力的使用和优化相关的所有活动。近年来，风力涡轮机的发展经历了许多技术进步。当今的风力涡轮机的效率水平达到98％以上，使得发电量显著增加，比几年前的风力涡轮机高出几倍。这些风力涡轮机还配备了诸如无线连接或智能算法等附加技术特征来计算最佳工作点，以提高系统的效率。第三个问题是每个风力涡轮机的装机功率迅速增加，在20年里从300-600kW增加到3,500kW。

这就产生了对现有风力发电场重新提供动力的需求，其方式为采用新技术利用更新的风力涡轮机替换现有的风力涡轮机，使得其具有更大的功率和更高的发电能力，而这需要更坚固的地基来承受更高的压力。

在许多情况下，重新提供动力需要拆除风力涡轮机、挖掘和拆除、拆毁和完全移除先前的地基，这是极其昂贵和耗时的程序，因此通常决定将风力涡轮机安装在别处，留下先前的场地，并且由此造成了巨大的环境影响。

为了解决这种情况并且利用先前的地基，存在已知的程序，诸如在专利ES-2493722“Procedimiento de ejecución de un aerogenerador para repotenciar unparque eólico existente y aerogenerador obtenido”、KR20190101219“风力涡轮机重新提供动力的地基结构(Wind turbine Re-powering Foundation structures)”和KR20200057954“用于在部分重新提供动力和构造方法中改造扩展基脚的风力涡轮机结构(Wind turbine structure for retrofitting spread footing in partial repoweringand construction method for the same)”中描述的程序，它们在已经存在的地基周围进行大的挖掘，并且使用常规方法在其周围和顶部建造新地基，从而获得新的更坚固的地基。这存在许多缺点，主要是由于需要大量的挖掘和土方工程，以及需要使用大量的混凝土和金属加强件或钢筋以及大的横截面。这种钢筋与现有地基的连接是完全手工的，执行起来缓慢且昂贵，并且无法保证质量。所有这些都意味着昂贵的成本和漫长的建造时间。必须补充的是，为了正确的硬化，浇注混凝土工作必须不间断地连续进行，这需要稳定供应大量混凝土，但这在许多地区或国家是很难或不可能获得的。极端的温度条件(包括寒冷和炎热天气，例如在沙漠地区)由于化学反应使混凝土的硬化变得复杂，并且由于强烈的热风，许多最佳的风力发电场所位于森林或半沙漠中。

另一个附加的问题是，必要的挖掘需要为重型机械挖掘如此大的深度创建坡道，这增加了工作时间。挖掘的底部也需要进行平整和光滑。

所有这些使得挖掘、准备、浇注混凝土和硬化通常需要几周时间，再加上每个风力发电场中的大量风力涡轮机，导致非常昂贵的成本。

存在一些已知的地基类型，因为它们能够解决上述大挖掘、大体积混凝土和使用钢筋的一些问题，诸如在ES2764468“Cimentación para torres eólicas”中描述的一种地基，其提出使用与小基座结合的预制混凝土梁，这些梁通过塔架的连接元件和支撑元件在结构上结合在地基的中心部分中，但是这带来的缺点是，不可预见的是，即不能建造在现有地基上，也不能重复使用，并且它还具有这样的缺点，即，在一些情况下需要建造具有压载物或重量功能的结构，该结构在梁连接的区域中用混凝土现场制造。

发明内容

为了解决现有的扩展和扩大地基的问题，特别是在对现有的陆上风力涡轮机发电场重新提供动力的情况下，已经开发了本发明的地基扩展程序，该地基扩展程序使用叠置在现有地基上并且与其连接的梁结构，该梁结构由新的较小的外围地基支撑，从而形成适合于更大结构的新地基，该新地基使用旧地基作为其中心部分的压载物。

为此目的，该程序包括：

-围绕现有地基创建外围地基的阶段，

-拆除旧结构的部件并且保持现有地基的阶段，以及

-将预制混凝土梁组装在外围地基和现有地基上并且在梁相接的核心或中心区域与现有地基结合的后续组装阶段。

可以以任何顺序执行或者甚至同时执行外围地基阶段和旧结构的元件的拆除阶段。

优选地，应首先执行外围地基阶段，随后是旧结构的元件的拆卸阶段，以便在风力涡轮机的情况下尽可能地减少旧涡轮机的停机时间。将预制混凝土梁组装在外围地基和现有地基上的后续组装阶段将总是在前两个阶段之后执行。

在此之后，新结构(例如风力涡轮机塔架)将被放置在设置在新地基中的锚固件上。

外围地基将优选地是多个独立的地基，但是可以预见的是，可替代地，这些外围地基可以连接在一起以形成单个外围结构。

外围地基的建造阶段优选地包括：

-第一阶段：挖掘多个基坑，

-第二可选阶段：利用混凝土部分填充基坑，以及

-第三阶段：组装小型基座，该基座是在混凝土中预制的或现场浇注的，在部分回填料上配备有用于梁的支撑元件并且可选地配备有锚固件，以及

-第四阶段：完全回填基坑，使基座的支撑元件从地面露出，

但是，可替代地，外围地基的这一阶段可以借助于桩及其对应的配备有支撑元件的桩帽来执行。

将预制混凝土梁组装在外围地基和现有地基上并且与现有地基结合的阶段包括：

-第一阶段：将支撑在砂千斤顶或任何其他功能等同装置上的预制混凝土梁暂时地放置在现有地基上，其中预制混凝土梁的外端支撑在先前建造的基座的支撑元件上，

-第二阶段：梁在梁之间进行连接并且组装沟道，固定到现有地基，沟道可以利用传统的、消失模的、永久的或非永久的模板预制。

-第三阶段：设置用于上层的模板，该上层可以是预制的、传统的、消失模的、永久的或非永久的，

-第四阶段：使梁拉紧并且移除临时支撑件，诸如砂千斤顶或任何其他允许梁在连接和移除期间得到支撑的装置，

-第五阶段：放置要浇筑混凝土的空间的钢筋杆结构，并且将用于新塔架或结构的锚固件插入核心区域中，以及

-第六阶段：对沟道、上层和梁的砂浆层浇注混凝土。

可以预见，该程序可以包括在第三阶段或第四阶段(即，将用于辅助功能的预制混凝土围护结构设置在上层高度之下的梁之间的空间中)之后执行的附加阶段。

还预见了最后可选的附加阶段，即，全部或部分覆盖现有梁、混凝土元件和外壳或接线盒，其中通过挖掘基坑提取泥土。

该地基扩展程序的优选用途是为风力发电场重新提供动力，利用另一更强大、产量更高的风力涡轮机来替换风力涡轮机，而无需拆除先前的地基。

本发明的益处

该地基扩展程序提供了优于当前可用的程序的多个优点，主要的一个优点是，它允许快速且经济地组装新的、更大且更坚固的地基，而无需拆除现有地基，从而将新结构或风力涡轮机精确地安装在同一位置上。

另一个优点是，通过将新结构或风力涡轮机精确地安装在同一位置上，先前结构或风力涡轮机的现有基础设施(诸如通道、供电管道、维护设施等)可以重复使用，避免了重建它们的需要，因此节省了建造时间和成本。

应该注意的是，如果需要，该程序可以在风力涡轮机发电场的其余部分运行的情况下执行，而不会影响其生产。

还应该注意的是，所描述的程序通过将梁的中心部分连接到现有地基上，将其用作压载物，避免了建造其他附加混凝土结构的需要(该附加混凝土结构偶尔利用压载物石头填充以用作压载物)，并且减少了新地基所需的材料量。

重要的是要强调，通过重新使用现有地基和风力涡轮机情况下的大多数补充基础设施以及通过避免扩大地基以从现有地基创建常规地基所需的大量挖掘，对环境的影响最小，这是目前常用的方法。

另一个重要的优点是，该程序使风力涡轮机的重新提供动力更容易，使得对于它们的位置的最佳场所能够获益，该位置是旧的风力发电场所在的地方，利用具有更大的风力涡轮机的发电场来代替旧的风力发电场，具有更大的电力产量。

这实现了一个新的、更大的和更具抵抗力的地基，其具有最小的环境影响并完全集成到环境中，这是由于可以重复使来自基坑的泥土来覆盖它，从形成一个人工土堆来使视觉影响最小化。

需要强调的另一个最重要的优点是，由于使用了大量的预制混凝土部件，与常规程序相比，现场工作时间大大减少。

另一个优点是，可以预见，将用于辅助功能的预制混凝土围护结构集成在上层的高度下的梁之间的空间中使得能够解决在风力涡轮机的情况下设置新风力涡轮机的更大功率需要新的更大的变压器的问题。

另一个优点是，使用小的基座基脚在混凝土的用量和钢筋的用量上都提供了巨大的节约，这意味着显著的经济节约和在供应或制造这种量的混凝土或钢筋上有问题的地区或国家中实施的可能性。

作为上述内容的结果，可以避免大量混凝土的连续和不间断地供应需求的问题，这是大型常规地基正确硬化的特征。它还允许使用常规的预组装钢筋，而不需要在浇注混凝土之前进行昂贵的专业现场加固。

另一个重要的优点是，所需的挖掘体积和深度都小得多，而不需要如在需要几米深度的常规地基的情况下常见的用于重型机械的坡道。这将节省大量时间和成本。

本发明的另一个优点是，与常规方法不同，基脚的底部不需要完全水平和平滑，这也使得另外节省了时间和成本。

还应该注意的是，该程序允许风力涡轮机塔架被提升到高于其正常高度3至5米的高度，从而在不改变塔架的情况下达到更高的高度，并且因此更好地利用了风力资源，这意味着更大的发电量。

使用预制元件的另一个最重要的优点是，地基的总建造时间从常规方法的通常3至4周显著减少到最多1周。

附图说明

为了更好地理解本发明的目的，附图示出了地基扩展过程的实际且优选的实施例。

在该图中，图1示出了现有结构和地基的示例的地面平面图和正视图，在这种情况下是风力涡轮机塔架。

图2示出了多个基坑的挖掘阶段的地面平面图和正视图。

图3示出了利用混凝土部分填充基坑阶段的一些地面平面图和正视图。

图4示出了预制混凝土基座基脚安装阶段的一些地面平面图和正视图。

图5示出了借助于起重机拆除现有地基上的现有元件的阶段的一些正视图。

图6示出了将预制混凝土梁安装在现有地基和基座基脚上的阶段的一些地面平面图和正视图。

图7示出了在梁之间进行连接和安装沟道的阶段的一些地面平面图和正视图。

图8示出了将用于上层的预制模板安装在沟道上的挖掘阶段的地面平面图和正视图。

图9示出了放置要浇筑混凝土的空间的钢筋杆结构和将用于新塔架或结构的锚固件插入沟道中的阶段的一些地面平面图和正视图。

图10示出了对沟道、上层和梁的砂浆层的混凝土浇注混凝土阶段的一些地面平面图和正视图。

具体实施方式

参考附图，通过下面的描述，可以更好地理解本发明的设置和特征。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，图示了地基扩展程序包括：

-在现有地基(2)周围创建外围地基(3，4，5)的阶段，如图1、图2、图3和图4所示，

-在风力涡轮机的情况下借助于起重机(8)拆除旧结构的元件(1)、叶片、机舱和塔架并且保持现有地基(2)的阶段，如图5所示，以及

-将预制混凝土梁(9a，9b，9c)组装在外围地基(3，4，5)和现有地基(2)上并且与现有地基(2)结合的后续组装阶段，如图6、图7、图8、图9和图10所示。

可以以任何顺序执行或者甚至同时执行外围地基(3，4，5)阶段和旧结构的元件(1)的拆除阶段。优选地，应首先执行外围地基(3，4，5)阶段，随后是旧结构的元件(1)的拆卸阶段，以便在风力涡轮机的情况下尽可能地减少旧涡轮机的停机时间。将预制混凝土梁(9a，9b，9c)组装在外围地基(3，4，5)和现有地基(2)上的后续组装阶段将总是在前两个阶段之后执行。

在此之后，新结构(例如风力涡轮机塔架)将被放置在所提供的锚固件上。

外围地基(3，4，5)优选地是多个独立的地基，但是可以预见的是，可替代地，它们可以连接在一起以形成单个外围结构。

优选地，外围地基(3，4，5)阶段包括：

-第一阶段：挖掘多个基坑(3)，如图2所示，

-第二阶段：利用混凝土或钢筋混凝土部分填充(4)基坑(3)，用至少10cm的混凝土进行清洁和整平，如图3所示，

-第三阶段：组装尺寸减小的基座基脚(5)，这些基座基脚在部分回填料(4)上配备有用于梁(9a，9b，9c)的支撑元件(6)并且可选地配备有用于这些梁(9a，9b，9c)的锚固件(7)，如图4所示，以及

-第四阶段：完全回填基坑(3)使基座(5)的支撑元件(6)从地面露出，如图5所示。

尺寸减小的基座基脚(5)将优选地是预制的，尽管它们也可以现场浇注。

部分回填(4)基坑(3)的第二阶段优选地利用清洁和整平混凝土进行，更优选地利用HL-20型混凝土进行。

回填优选地进行到风力涡轮机塔架底座以下2m的水平。

预见可替代实施例，其中外围地基(3，4，5)建造阶段包括配备有支撑元件的桩的建造。

将预制混凝土梁(9a，9b，9c)组装在外围地基和现有地基(2)上并且与现有地基(2)结合的组装阶段包括：

-第一阶段：将支撑在临时支撑件(临时支撑件诸如是砂千斤顶或任何其它在结合期间支撑梁的装置)上的预制混凝土梁(9a，9b，9c)放置在现有地基(2)上，以便以后移除，其中预制混凝土梁的外端搁置在从地面升起的基座基脚(5)的支撑元件(6)上，如图6所示，

-第二阶段：在梁(9a，9b，9c)之间进行连接并且并且将沟道(11)组装在梁(9a，9b，9c)之间的中心连接点周围的间隙中，固定到现有地基(2)，如图7所示，其中该沟道(11)可以利用传统的、消失模的、永久的或非永久的模板预制，

-第三阶段：将用于上层(15)的模板(13)设置在先前放置的沟道(11)的顶部上，其中该模板可以是传统的、消失模的、永久的或非永久的，

-第四阶段：使梁(9a，9b，9c)拉紧并且移除临时支撑件，如图8所示，

-第五阶段：放置要浇筑混凝土的空间的钢筋杆结构，并且将用于新塔架或结构的锚固件(14)插入沟道(11)中，如图9所示，以及

-第六阶段：对沟道(11)、上层(15)和梁(9a，9b，9c)的砂浆层(17)浇注混凝土(16)，如图10所示。

在可替代实施例中，前述第四阶段可以在前述第六阶段之后执行。

在该阶段中使用的预制混凝土梁(9a，9b，9c)为至少三根，至少三根预制混凝土梁以径向对准的方式水平地布置，预制混凝土梁的最外端分别借助于位于预制混凝土基座基脚(5)的上部中心部分的支撑元件(6)支撑在所提及的基脚(5)上，并且还借助于所述梁(9a，9b，9c)的外端与基脚(5)之间的多个锚固件(7)固定，不同的梁借助于连接件在地基的中心部分中连接在一起。在优选实施例中，梁(9a)是梁(9b，9c)的大约两倍长，在这种情况下，垂直于前述梁布置的梁(9b，9c)的内端连接到梁(9a)的中心部分，形成底部交叉结构。

在该阶段中使用的梁(9a，9b，9c)的连接方法包括使用选自由螺纹杆、支架、用于在另一梁的壳体中浇注混凝土的钢筋末端、企口缝和后张钢绞线组成的组中的连接方法。

沟道(11)与梁(9a，9b，9c)之间的中心连接点与现有地基(2)的固定优选地借助于现有地基(2)中的预先存在的锚杆(12)来实现，其中旧的现有元件(1)被固定。可替代地，这可以通过使用选自由螺纹杆、支架、用于在另一元件的壳体中浇注混凝土的钢筋末端、企口缝和后张钢绞线组成的组中的连接方法来执行或补充。

核心被称为建造在梁(9a，9b，9c)的中心、之间、上方、周围或下方的整套元件，至少包括沟道(11)、其浇注混凝土(16)、上层(15)和用于新塔架或结构的锚固件(14)。

可以预见，该程序可以包括附加阶段，该附加阶段可以在第三阶段之后执行，即，在将预制混凝土围护结构放置在上层(15)的高度之下的梁(9a，9b，9c)之间的区域中之后执行。这些预制混凝土围护结构可以是一体式的或者由多件组成，并且旨在容纳处于无序状态的风力涡轮机的电力变压器，或容纳用于其操作的其他补充元件。

还预见了最后可选的附加阶段，即，全部或部分覆盖现有梁(9a，9b，9c)、混凝土元件和围护结构或接线盒，通过利用从挖掘的基坑(3)中提取的泥土，创建人工土堆以最小化视觉影响，使得能够容易地集成到其环境中。

该地基扩展程序的优选用途是为风力发电场重新提供动力，利用另一更强大、产量更高的风力涡轮机来替换风力涡轮机，而无需拆除先前的地基。

本领域技术人员将容易理解，可以将不同实施例的特征与其他可能实施例的特征相结合，只要这样的结合在技术上是可能的。

所有涉及示例或实施例的信息都是本发明的描述的一部分。

Claims (15)

1.一种在大型结构的扩展中使用的地基扩展程序，其特征在于，所述地基扩展程序包括：

-围绕现有地基(2)创建外围地基(3，4，5)的阶段，

-借助于起重机(8)拆除旧结构的部件(1)并且保持所述现有地基(2)的阶段，

-将预制混凝土梁(9a，9b，9c)组装在所述外围地基(3，4，5)和所述现有地基(2)上并且与所述现有地基(2)结合的后续组装阶段。

2.根据前述权利要求所述的地基扩展程序，其特征在于，首先执行所述外围地基(3，4，5)铺设阶段，并且然后执行拆卸所述旧结构的所述部件(1)的阶段。

3.根据前述权利要求所述的地基扩展程序，其特征在于，所述外围地基(3，4，5)铺设阶段包括：

-第一阶段：挖掘多个基坑(3)，

-第二可选阶段：利用混凝土部分填充(4)所述基坑(3)，以及

-第三阶段：在部分回填(4)时组装带有用于所述梁的支撑元件(6)的基座(5)，以及

-第四阶段：完全回填所述基坑(3)，使所述基座(5)的所述支撑元件(6)从地平面露出。

4.根据权利要求3所述的地基扩展程序，其特征在于，所述基座(5)选自由预制混凝土基座和现场浇筑混凝土基座组成的组。

5.根据权利要求3和4中任一项所述的地基扩展程序，其特征在于，所述基座(5)装配有到所述梁(9a，9b，9c)的锚固件(7)。

6.根据前述权利要求1和2所述的地基扩展程序，其特征在于，所述外围地基(3，4，5)铺设阶段包括建造带有支撑元件的桩。

7.根据前述权利要求中任一项所述的地基扩展程序，其特征在于，将预制混凝土梁(9a，9b，9c)组装在所述外围地基和所述现有地基(2)上并且与所述现有地基(2)结合的所述组装阶段，包括：

-第一阶段：将支撑在临时支撑件上的预制混凝土梁(9a，9b，9c)放置在所述现有地基(2)上，并且所述预制混凝土梁的外端支撑在所述基座(5)的所述支撑元件(6)上，或者桩帽从地平面露出，

-第二阶段：在梁(9a，9b，9c)之间进行连接并且将沟道(11)组装在所述梁(9a，9b，9c)之间的中心连接点周围的间隙中，固定到所述现有地基(2)，

-第三阶段：将用于上层(15)的模板(13)设置在先前放置的所述沟道(11)的顶部上，

-第四阶段：使所述梁(9a，9b，9c)拉紧并且移除所述临时支撑件，

-第五阶段：放置要浇筑混凝土的空间的钢筋杆结构，并且将用于新塔架或结构的锚固件(14)插入所述沟道(11)中，以及

-第六阶段：对所述沟道(11)、所述上层(15)和所述梁(9a，9b，9c)的所述砂浆层(17)浇注混凝土(16)。

8.根据权利要求7所述的地基扩展程序，其特征在于，在所述阶段中使用的所述预制混凝土梁(9a，9b，9c)为至少三根，所述至少三根预制混凝土梁以径向对准的方式水平地布置，所述预制混凝土梁的最外端分别借助于位于预制混凝土基座基脚(5)的上部中心部分的支撑元件(6)支撑在所提及的基脚(5)上，并且还借助于所述梁(9a，9b，9c)的所述外端与所述基脚(5)之间的多个锚固件(7)固定，不同的梁借助于连接件在所述地基的所述中心部分中连接在一起。

9.根据权利要求8所述的地基扩展程序，其特征在于，所述梁(9a)是所述梁(9b，9c)的大约两倍长，在这种情况下，垂直于前述梁布置的所述梁(9b，9c)的内端连接到所述梁(9a)的所述中心部分，形成底部交叉结构。

10.根据权利要求7、8和9中任一项所述的地基扩展程序，其特征在于，连接所述梁(9a，9b，9c)的装置包括使用选自由螺纹杆、支架、用于在另一梁的壳体中浇注混凝土的钢筋末端、企口缝和后张钢绞线组成的组中的连接方法。

11.根据权利要求7所述的地基扩展程序，其特征在于，所述沟道(11)和所述梁(9a，9b，9c)之间的所述中心连接点与所述现有地基(2)的固定是借助于所述现有地基(2)中的现有锚筋(12)来执行的，其中旧的现有元件(1)被固定。

12.根据权利要求7所述的地基扩展程序，其特征在于，所述沟道(11)和所述梁(9a，9b，9c)之间的所述中心连接点与所述现有地基(2)的固定包括使用选自由螺纹杆、支架、用于在另一元件的壳体中浇注混凝土的钢筋末端、企口缝和后张钢绞线组成的组中的连接方法。

13.根据前述权利要求中任一项所述的地基扩展程序，其特征在于，包括附加阶段，所述附加阶段能够在所述第三阶段之后执行，即，在将预制混凝土围护结构放置在所述上层(15)的高度之下的所述梁(9a，9b，9c)之间的区域中之后执行。

14.根据前述权利要求中任一项所述的地基扩展程序，其特征在于，包括最终附加阶段，即，覆盖所述梁(9a，9b，9c)、混凝土元件和现有围护结构或接缝，其中在挖掘所述基坑(3)时提取泥土，从而创建人工土堆。

15.一种如前述权利要求中所描述的地基扩展程序的用途，所述地基扩展程序在风力发电场的重新提供动力中利用更高功率和输出的风力涡轮机来替换风力涡轮机。

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