風力發(fā)電場風機基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓和法蘭

1、風力發(fā)電機組預(yù)埋地腳螺栓基礎(chǔ)質(zhì)量控制措施風力發(fā)電機鋼制塔筒是通過在基礎(chǔ)混凝土內(nèi)的預(yù)埋構(gòu)件來和基礎(chǔ)連接固定的。通常的預(yù)埋結(jié)構(gòu)件有基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓兩種。基礎(chǔ)環(huán)安裝簡單，調(diào)平步驟容易，所以在中小功率風電機組中，這種預(yù)埋方法被大多數(shù)風機廠商采用。地腳螺栓是風力發(fā)電機組基礎(chǔ)中受力較為合理的一種基礎(chǔ)預(yù)埋結(jié)構(gòu)形式。預(yù)埋在基礎(chǔ)混凝土內(nèi)部的地腳螺栓一直伸入到基礎(chǔ)承臺的下表面，地腳螺栓通過外面的螺栓套管與混凝土隔離開。當基礎(chǔ)承受來自塔筒傳遞的偏心彎矩時(e>b/6),基礎(chǔ)頂面一側(cè)受拉一側(cè)受壓。地腳螺栓將拉力傳遞到基礎(chǔ)底面，而壓力由基礎(chǔ)頂面混凝土傳遞到整個基礎(chǔ)承臺。采用預(yù)埋地腳螺栓的結(jié)構(gòu)形式，可以使基礎(chǔ)設(shè)計埋

2、深變化更為靈活，不會造成像預(yù)埋基礎(chǔ)環(huán)那樣因為調(diào)整基礎(chǔ)埋深而犧牲結(jié)構(gòu)受力合理性，且必須要配置大量鋼筋滿足受力要求?，F(xiàn)階段風力發(fā)電機功率迅速提高，各個風機廠商都相繼推出了3,5,6MW的風機樣機，更大功率的風機也在研制當中。隨著風機功率的提高，風機的載荷也成倍增長。華銳風電3MW110m的風機塔筒底部法蘭直徑已近達超過5m,塔筒底部載荷的極限彎矩已經(jīng)達到16萬kN,m,而5MW110m海上風機塔筒底部載荷的極限彎矩接近22萬kNm風機載荷的增大，帶來了風機基礎(chǔ)承臺體量的增大，地腳螺栓基礎(chǔ)的優(yōu)勢開始顯著提高。采用預(yù)埋地腳螺栓比預(yù)埋基礎(chǔ)環(huán)的風機基礎(chǔ)，能在一定程度上節(jié)約鋼筋和混凝土用量。另外，采用預(yù)埋地

3、腳螺栓基礎(chǔ)，可以在一定程度上減小塔筒根部筒身的直徑，緩解塔筒的運輸難題。如圖1所示。1問題分析及措施地腳螺栓基礎(chǔ)施工過程中常見的質(zhì)量問題主要有:螺栓定位不準螺栓定位不準最直接的影響是塔筒吊裝，由于螺栓錯位嚴重，致使塔筒起吊后法蘭螺栓孔對孔困難，延誤吊裝。對于錯位不嚴重的螺栓雖然可以采用人工糾偏的方法進行補救，但是由于螺栓和螺栓孔產(chǎn)生了較大的機械摩擦力，給螺栓受力造成隱患。對于錯位嚴重的螺栓，基礎(chǔ)只能做報廢處理，此案例屢見不鮮。螺栓套管漏漿按照地腳螺栓受力105模型，地腳螺栓應(yīng)將塔筒傳遞來的拉力一直傳遞到基礎(chǔ)混凝土底部，因此地腳螺栓通長都應(yīng)當與基礎(chǔ)混凝土隔離開。一旦地腳螺栓漏漿，尤其是螺栓上下套

4、管漏漿，螺栓將在該部位產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失，在風機運轉(zhuǎn)過程中，該部位會承受不應(yīng)當承受的作用力，一旦超過混凝土的抗拉強度，該部位會發(fā)生裂縫，進而影響基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)安全。由于這一問題一般不容易被發(fā)現(xiàn)，所以更應(yīng)當引起足夠的重視。灌漿層地腳螺栓基礎(chǔ)都在塔筒法蘭下部設(shè)置灌漿層，以承擔塔筒傳來的疲勞載荷。灌漿層在施工中很容易出現(xiàn)基層吸水不飽和致使灌漿料中的水分被吸走影響灌漿層的強度。另外，灌漿層成品保護問題，一旦出現(xiàn)缺棱掉角，采用修補的辦法是不能滿足技術(shù)要求的，嚴重的缺棱掉角必須將全部灌漿層鑿除后重新灌漿。2技術(shù)措施1）地腳螺栓的二次調(diào)平設(shè)計作為高聳結(jié)構(gòu)的風機基礎(chǔ)，具基礎(chǔ)預(yù)埋件水平度的微小誤差，都會被塔筒放大，使塔

5、筒頂端產(chǎn)生很大的水平位移。而塔筒的垂直度將直接影響其上部風電機組的運轉(zhuǎn)性能和使用壽命，高精度的下部支撐結(jié)構(gòu)，將明顯降低風機偏航、變漿的故障次數(shù)，從而提高風電場的風機利用小時數(shù)，增加發(fā)電量。風機廠家對基礎(chǔ)預(yù)埋件水平度的要求很高，大多在1/1000以內(nèi)，也就是3mm左右。但是在基礎(chǔ)施工過程中，由于地基不均勻沉降、施工操作等問題，經(jīng)常會出現(xiàn)基礎(chǔ)預(yù)埋件水平度超差問題。鑒于此，地腳螺栓錨固系統(tǒng)設(shè)計了二次調(diào)平裝置，也就是在基礎(chǔ)承臺混凝土施工完畢之后，還有一次精確調(diào)平的機會，即便之前的水平度已經(jīng)處于允許范圍內(nèi)，也可以通過二次調(diào)平將水平度提到一個更高水平。具體方法是在錨固法蘭下方設(shè)置一次調(diào)平螺栓，在墊板法蘭下

6、方設(shè)置二次精平螺絲，在灌漿層施工過程中完成墊板法蘭的二次調(diào)平。如圖2所示。2）采用模板法蘭配合對心螺母對地腳螺栓進行準確定位由于地腳螺栓數(shù)量眾多，華銳風電3MW110m塔筒的預(yù)埋地腳螺栓數(shù)量為160個。為使塔筒能夠順利吊裝，每個預(yù)埋螺栓都應(yīng)當在其位置上準確定位。以往項目通過墊板法蘭來定位螺栓，由于墊板法蘭的螺栓孔直徑（66mm）比地腳螺栓直徑（56mm）大，所以定位效果不很理想。為此，專門加工一套模板法蘭，模板法蘭的螺栓孔（59mm）較墊板法蘭小，再配合對心螺母，安裝后螺栓定位精度大幅提升，塔筒吊裝工作效率也相應(yīng)提高。模板法蘭只是用于地腳螺栓的地位安裝，承臺澆筑完畢之后就可以拆卸下來，拿到下一

7、個基礎(chǔ)使用，所以每個風電場根據(jù)施工組織設(shè)計，加工24套即可，對于相同風機機型的風電場，模板法蘭是通用的，攤銷成本不大。止匕外，模板法蘭安裝高度應(yīng)盡量高，以不影響其下部混凝土振搗以及灌漿梢留設(shè)。3）地腳螺栓套管密封地腳螺栓套管可采用PP-R管，套管內(nèi)徑應(yīng)較地腳螺栓直徑大45mm。由于下料誤差，每根螺栓套管很難保證嚴絲無縫的與其兩端的法蘭面頂實。這樣在澆筑混凝土過程中，水泥漿不能避免地漏到螺栓套管與螺栓之間的空隙內(nèi)，致使螺栓在施加預(yù)應(yīng)力時產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失，影響螺栓受力性能。為此，在螺栓兩端增設(shè)熱縮管，熱縮管可以在地腳螺栓錨固系統(tǒng)安裝完畢后再熱縮固定，將螺栓和混凝土完全隔離開來。4）留設(shè)灌漿梢華銳風電

8、地腳螺栓基礎(chǔ)灌漿料采用的是PAGEL公司的V1/60HF超高強灌漿料，強度等級C90/105,強度指標如下：24h抗壓強度fckA75N/mm2;3d抗壓強度fckA80N/mm2;7d抗壓強度fck>90N/mm2;28d抗壓強度fckA100N/mm2;®90d抗壓強度fck>110N/mm2。對于高強灌漿料來說，加水量必須精確計量的，尤其是超高強灌漿料，加水量的準確性將直接影響灌漿層的質(zhì)量。配置灌漿料除了精確計量加水量外，還應(yīng)保證拌制好的灌漿料的水分不被基層混凝土吸走。所以灌漿層施工前應(yīng)當提前24h將混凝土基層浸水濕潤，灌漿前1h,用海綿吸干灌漿梢內(nèi)的明水，以保證混凝土吸水飽和，不再從灌漿料中吸收水分。以往灌漿層都是出于混凝土表面之上，澆水濕潤基層時，水都從模板縫隙滲漏，根本無法保證混凝土吸水飽和。另外，外漏的灌漿層的成品保護也比較困難，很容易受到磕碰而出現(xiàn)缺棱掉角的想象，嚴重影響灌漿層的施工質(zhì)量。鑒于此，設(shè)計出了下臥式灌漿層，也就是在混凝土承臺澆筑時，預(yù)留灌漿梢。這樣灌漿層的基層混凝土澆水濕潤變得簡單易行，只需在灌漿梢內(nèi)蓄水即可，大大降低了工人勞動強度，也節(jié)約施工用水。止匕外，采用下臥灌漿層省去了支設(shè)灌漿模板的工序，由于灌漿層是“鑲嵌”在混凝土承臺上的，從而杜絕了灌漿層缺棱掉角的質(zhì)量通病。圖