风力发电机组基础优化施工技术

风力发电机组基础优化施工技术

姚大军

中国水利水电第九工程局有限公司七公司，贵州 贵阳 550008

摘 要：风力发电机组基础施工技术主要为预埋基础环板式基础和预应力锚栓板式基础，本文依托工程河北尚义风电项目工程所在华北平原地区的特点，通过预埋基础环板式基础和预应力锚栓板式基础施工工期、进度及施工成本方面分析、总结，优化、解决预埋基础环板式基础随单机容量增加而随之产生的基础环基础的强度和刚度突变问题，从而确保工程整体质量，节约施工成本及社会资源，为今后类似工程提供参考。

关键词：基础环基础、预应力锚栓基础、载荷、施工进度、施工成本。

引言

近年来，随着我国积极推动清洁能源发展的理念，我国的风力发电场建设规模和数量日益增大，但大多数风力发电场的风力发电机采用预埋基础环施工工艺，以达到风机基础与上部结构的有效连接。据不完全统计，从2001年至2006年，风电机组单机容量在0.75MW～1.25MW之间；2006年至2013年期间，主流风电机组单机容量为1.5MW；在2013年至2017年期间，主流风电机组单机容量为2.0MW；而到了2017年以后，风电机组单机容量以2.5MW、3.0MW为主流，并有向更大容量发展的趋势。风电机组单机容量不断增大，其载荷亦随之增加，荷载增大以后，对塔筒和基础的连接必将造成巨大的考验和影响。

基础环基础是比较传统的风机基础形式，主要适用于风电机组单机容量1.5MW及以下，随着其单机容量的不断增大，基础环基础的弊端已经不可忽视。预应力锚栓基础应运而生，解决了基础环连接在运行中风机基础可能出现的不利情况。

1. 工程概况

河北省尚义县东山风电场风机基础为预应力锚栓独立基础，基础直径有四种，分别为17.6m、19.1m、20.0m和20.6m，基础埋深3.4m。风机基础采用预应力锚栓技术，现场进行组合安装，下锚板、螺栓、上锚板安装精度要求高，浇筑前上锚板水平度要求误差在1.5mm以内，二次灌浆前上锚板水平度要求误差在1.5mm以内。

2. 风力发电机组基础方案比选

现我国风力发电机组基础施工方案主要有预埋基础环板式基础（见图一）和预埋预应力锚栓板式基础（见图二）。基础环基础就是把基础环埋到风机基础里面，形成基础和塔筒的连接，这种连接方式历史比较悠久，工程设计经验丰富，施工技术也比较成熟。但基础环直径比较大，埋入基础中的深度较浅，存在比较大的安全隐患，基础环与混凝土顶面以及下法兰附近容易出现应力集中现象，使得结构本身存在薄弱环节。

预应力锚栓基础就是用锚栓组合件替代传统的基础环，形成基础和塔筒的有效连接。预应力锚栓基础完整性好，基本无薄弱点，与常规基础环对比增强了一定的基础安全性，有效确保基础与上部结构的刚性连接；同时，一定程度的简化了这部分的施工，节约了埋入基础部分的用钢量。另外，该基础灵活性大，结合不同项目的地质情况及风区类别，遴选安全、可靠的基础结构形式，可大大减少基础砼用量、节约社会资源。

因此，风机选用预应力锚栓基础，施工时采用PVC套管隔离混凝土与锚栓组件，基础浇筑完成后施加后张法预应力，有效解决上部结构与下部基础的连接，且在预拉力作用下的混凝土只受压力、不受拉力，解决了混凝土疲劳问题。

图一 基础环基础 图二 预应力锚栓基础

3. 预应力锚栓基础施工工艺

施工准备→基坑开挖→预埋件→垫层→下锚板安装及调平→定位锚栓与上锚板组对→普通锚栓组件安装→锚栓组合件调整、验水平、固定→钢筋绑扎→模板安装、验收→混凝土施工→养护。

4. 主要施工方法

4.1施工准备

1）施工前，应组织施工、技术人员对锚栓制造厂家提供的技术资料先行学习与掌握，再通过厂家技术团队的现场技术交底，促使每个施工人员都能充分了解、熟练掌握锚栓组合件的安装方法及各部件的安装注意事项。同时，要求所有现场施工人员须服从厂家技术人员的要求与指导，还需结合施工图，按照设计要求的方向和定位进行施工；

2）预应力锚栓进场后，须按照基础图中的设备清单清点各部件数量、检查其外观质量是否符合要求，如查看锚板变形情况、锚栓螺纹损伤及弯曲情况等，将不合格产品剔除退场、严禁使用；

3）锚栓在到货后安装之前应送到有资质的质检机构进行拉拔试验，确保质量符合设计要求；

4）将定位锚栓放置于软木上，防止损坏。根据厂家提供的锚栓组合件安装图，测量好上、下锚板之间的定位尺寸；

5）在安装检测上锚板水平度时，应至少使用两台满足GB/T10156-2009相关条款要求、精密级以上的水准仪进行观测，建议采用读数能精确到0.01mm的电子水准仪。

4.2下锚板安装及平整度调整

基础下锚板的安装及平整度调整主要采用人工配合起重机进行，安装主要流程如下：起重机起吊下锚板 → 移动至预埋件上方300mm → 下锚板支撑螺栓穿入预留螺栓孔内 → 下锚板上下各放一个螺母（下面的螺母上须加一垫片） → 内外支撑螺栓对准预埋件 → 将下锚板放置在预埋件上 → 下锚板支撑螺栓与对应的预埋件焊接牢固 → 调节支撑螺栓使下锚板达到图纸设计标高。

同时，在施工下锚板时，须满足相关质量要求。下锚板的中心与基础中心须重合，允许偏差为≤5mm；下锚板支撑螺栓与预埋件焊接的焊脚高度≥6mm；下锚板的水平度≤3mm。

4.3定位锚栓与上锚板组对

利用起重机起吊上锚板，安装人员布设于靠基坑边的一侧，然后均布对称穿上定位锚栓（上锚板的内外螺栓孔内），最后锁紧临时钢螺。

4.4上、下锚板对正组装（见图三）

图三 上、下锚板对正组装

定位锚栓于上锚板上安装完成后，起重机缓慢起吊上锚板及定位锚栓，转向移至下锚板正上方并保证上下锚板中心基本重合，再利用人工把锚栓穿入下锚板螺栓孔内，然后在下锚板下方安装垫片，最后拧紧发黑螺母。

普通锚栓的安装方法主要是：锚栓上端（即锥头端）先穿入上锚板，另一端（已安装半螺母）穿入下锚板，同样的方法安装垫片并拧紧发黑螺母。

同时，在安装过程中，发黑螺母不得错用达克罗螺母，且螺母拧紧力矩要求为300 N.m。

4.5普通锚栓安装

定位锚栓安装完成后，将普通锚栓按照对角顺序依次组装，锚栓上端穿入上锚板，另一端穿入下锚板，按同样的工序及方法安装完成其余锚栓，在锚栓下端拧紧螺母，并使拧紧力矩不小于300N·m。

4.6锚栓组合件调整、验收（见图四）

1）采用经纬仪测定锚栓的垂直度，以保证上、下锚板中心重合（即为同心圆）。当锚栓垂直度超标时，可在基坑外设置埋地外钢桩，再利用钢丝绳一头连接钢桩一头连接上锚板锚筋，逐步调节钢丝绳松紧使锚栓垂直以满足规范要求；

2）采用水准仪测定上锚板水平度，可利用千斤顶将上锚板顶起后调节尼龙螺母使水平度满足要求。调整锚栓露出上锚板的长度，使满足设计要求。检测上锚板上水平面水平度时，检测点放在上锚板中间处，监测点均匀分布不少于6点检测，安装时6点水平度检测结果≤1.5mm为合格，同意浇筑基础混凝土，混凝土浇筑完成后，上锚板上水平面的水平度≤2mm为合格，同意吊装塔筒。

3）整体调整结束后，于锚栓笼内设置焊接4根钢筋，呈两个方向且每个方向均为十字形，钢筋下端连接基础预埋件，上端连接上锚板焊钉，同时4根钢筋的交汇点应焊接牢固，以增强锚栓组合件的整体稳定性。

4）烘烤热收缩管，使缩紧锚栓和套管，在锚栓和上锚板锚栓孔之间塞入塞子，使锚栓处于锚栓孔中心。

4.7钢筋绑扎、支模

1）钢筋接头连接须满足相关规范要求；

2）现场使用钢筋必须满足设计及规范要求，，严禁在受力主钢筋上焊接附件；

3）在钢筋施工过程中禁止将钢筋绑扎在锚栓组件及锚板上，并禁止钢筋施工中破坏锚栓上的PVC套管，如有破坏，必须立即修复；

4）模板安装、支护及加固；

5）混凝土浇筑前重点检查模板安装的刚度、标高、保护层厚度等是否符合设计、施工规范要求。

4.8基础混凝土浇筑及养护

1）浇筑混凝土时，必须提前做好锚栓组件防护工作，以免受到混凝土的污染，如受到污染，应及时进行清理；

2）浇筑基础混凝土，建议先浇筑锚栓内混凝土，锚栓内混凝土可以起到稳固锚栓的作用，然后浇筑锚栓组件四周混凝土；如先浇筑锚栓外侧混凝土时，应从基础两个对称方向同时浇筑，以相抵或减小锚栓受到混凝土的侧向力；

3）锚栓核心受力区（锚栓组件内外1m范围内）及钢筋密集区域应加强振捣，保证混凝土的浇筑质量；

4）浇筑混凝土时，避免振动棒或混凝土的泵送管碰到锚栓组件，以免影响调整好的上锚板水平度；

5）混凝土浇筑完成后，要进行表面收光；

6）建议使用混凝土养护剂、工业毡、草帘、塑料布覆盖养护。

5、二次灌浆施工

1）灌浆施工前应检测上锚板水平度（环向均布8点检测）要求不大于1.5mm；

2）施工前，需灌浆的基础顶面要先进行凿毛处理然后清扫基础表面，不得有浮浆、油垢和脱模剂等杂物。灌浆前基础表面应充分润湿，且应清除积水；

3）二次灌浆时，宜从一侧进行灌注，直到从另一侧溢出为止，严禁相对两侧同时进浆，灌浆开始后，必须连续进行，不允许间断并尽可能缩短灌浆时间。为防止空气进入，振捣不得使用振捣棒，建议用铁棍或者木条反复捣实。

6、预应力锚栓组合件安装及验收质量标准（见表一）

表一 预应力锚栓组合件安装及验收质量标准

7. 结语

从结构安全方面考虑，预应力锚栓基础可避免基础环基础的强度和刚度突变，无应力集中现象，基础完整性更好，基本无薄弱点，与常规基础环对比增强了一定的基础安全性，有效确保基础与上部结构的刚性连接。同时，采用PVC套管隔离混凝土与锚栓组件，基础浇筑完成后施加后张法预应力（后张法无粘结预应力），在预拉力作用下的混凝土只受压力、不受拉力，不存在混凝土疲劳问题，也避免了冻胀作用。因此，对比基础环基础，预应力锚栓基础整体优势非常明显，随着我国风电机组单机容量的不断大型化，基础环基础已逐步不能适应新的需求，而预应力锚栓基础将会在今后的风电工程中得以广泛的推广及应用。

从现场施工及进度推进角度考虑，根据生产厂家设备加工周期，结合现场施工条件情况，预应力锚栓组合件可比基础环提前一个月到达现场，即可提前基础施工的开工日期，为风电项目尽早投产发电、回收投资等争取有效时间。同时，预应力锚栓基础的施工更为便捷、施工质量更为可控，可避免基础环基础施工中常见的水平度超差难以处理的问题。采用液压拉伸器对锚栓进行精确的张拉连接，避免了拧紧时产生的附加扭矩，提高了锚栓的连接强度和可靠性，避免了普通拧紧方式对锚栓损伤。

综上所述比较，风力发电机组采用预应力锚栓基础，并在优化施工工艺后，既能保证施工质量又能合理的缩短施工工期，同时将节约施工成本、投资成本及社会资源。

收稿日期：2021-11-25

作者简介：姚大军（1983—），男，贵州贵阳市人，工程师，从事工程技术及项目施工管理工作。

作者单位：中国水利水电第九工程局有限公司七公司

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