風力發(fā)電場風機基礎(chǔ)預埋螺栓和法蘭

1、風力發(fā)電機組預埋地腳螺栓基礎(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)的預埋構(gòu)件來和基礎(chǔ)連接固定的。通常的預埋結(jié)構(gòu)件有基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓兩種?；A(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)預埋結(jié)構(gòu)形式。預埋在基礎(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。采用預埋地腳螺栓的結(jié)構(gòu)形式，可以使基

2、礎(chǔ)設計埋深變化更為靈活，不會造成像預埋基礎(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3MW 110m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5MW 110m 海上風機塔筒底部載荷的極限彎矩接近22 萬kN·m。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。采用預埋地腳螺栓比預埋基礎(chǔ)環(huán)的風機基礎(chǔ)，能在一定

3、程度上節(jié)約鋼筋和混凝土用量。另外，采用預埋地腳螺栓基礎(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當與基礎(chǔ)

4、混凝土隔離開。一旦地腳螺栓漏漿，尤其是螺栓上下套管漏漿，螺栓將在該部位產(chǎn)生預應力損失，在風機運轉(zhuǎn)過程中，該部位會承受不應當承受的作用力，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)平設計作為高聳結(jié)構(gòu)的風機基礎(chǔ)，

5、其基礎(chǔ)預埋件水平度的微小誤差，都會被塔筒放大，使塔筒頂端產(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)預埋件水平度的要求很高，大多在1 /1 000 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)預埋件水平度超差問題。鑒于此，地腳螺栓錨固系統(tǒng)設計了二次調(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

6、平。具體方法是在錨固法蘭下方設置一次調(diào)平螺栓，在墊板法蘭下方設置二次精平螺絲，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3MW 110m 塔筒的預埋地腳螺栓數(shù)量為160 個。為使塔筒能夠順利吊裝，每個預埋螺栓都應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提高。模板

7、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，拿到下一個基礎(chǔ)使用，所以每個風電場根據(jù)施工組織設計，加工2 4 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。此外，模板法蘭安裝高度應盡量高，以不影響其下部混凝土振搗以及灌漿槽留設。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)徑應較地腳螺栓直徑大4 5mm。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)，致使螺栓在施加預應力時產(chǎn)生預應力損失，影響螺栓受力性能。為此，在螺栓兩端增設熱縮管，熱縮管可以在地腳螺栓錨

8、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)留設灌漿槽華銳風電地腳螺栓基礎(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fck75N/mm2;3d 抗壓強度fck80N/mm2;7d 抗壓強度fck90N/mm2;2 8 d抗壓強度fck100N / mm2 ;90 d抗壓強度fck110N/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，用海綿吸干灌漿槽內(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，設計出了下臥式灌漿層，也就是在混凝土承臺澆筑時，預留灌漿槽。這樣灌漿層的基層混