扩大头预应力锚杆风机基础系统及其施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建设工程中大型风力发电机组固定技术领域，尤其涉及一种扩大头预 应力锚杆风机基础系统及其施工方法。
【背景技术】
[0002] 目前我国已建成的陆上风电场装机规模约8000万kW，我国陆地风能资源可开发 量约23. 8亿kW。每个装机规模5万kW的风电场，C35~C40强度的基础混凝土用量约为 13750m3。在满足基础安全稳定的前提条件下，采用优化的基础体型，可以节省大量的基础 混凝土工程量。另外，对于大型风力发电机多采用现场构造的混凝土重力式支撑基础，或者 是锚杆重力式基础，这些基础施工工序冗杂，施工历时长，混凝土和钢筋用量很大，且结构 内部材料都是一次性的，结构耐久性差，随着使用时间的加长安全性大大降低。在对一些已 有的风电场混凝土基础的加固中，需要钻孔打入预应力锚栓施工。而现有的预应力锚栓需 要通过底部的锚板锚固，不适合钻孔的情况下使用。因此，有必要开发一种能抵抗巨大竖向 拔力和弯矩，同时兼顾经济可靠性能的风机基础结构。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种扩大头预应力锚杆 风机基础系统及其施工方法，用于固定大型风力发电机组的上部结构，为陆上风电场安全 运营提供技术保障。
[0004] 本发明的目的是这样实现的： 一、扩大头预应力锚杆风机基础系统及其施工方法(简称系统） 本系统包括基础承台、锚杆、高强螺母、金属基础环、钢套管、高强混凝土、金属连杆、上 转动杆、下转动杆、滑动销、从动销、固定销和扩大头； 其位置和连接关系是： 在基础承台的圆周内均匀设置有钻孔和扩大室，在每个钻孔内设置有钢套管； 在钢套管内设置有锚杆，在锚杆底端通过滑动销、从动销和固定销依次连接有金属连 杆、上转动杆和下转动杆，形成扩大头，扩大头在扩大室内； 在基础承台的钻孔和扩大室内饶铸有尚强混凝土； 在钢套管的顶端套有金属基础环和高强螺母。
[0005] 二、扩大头预应力锚杆风机基础系统施工方法(简称方法） 本方法包括下列步骤： ① 在需要施工的现场勘测、整平场地，形成基础承台，并钻孔至合适的深度，在钻孔的 下部再按照要求用特制的扩大头钻头钻出一段扩大室； ② 将锚杆和预制好的扩大头部分通过金属连杆的内螺纹固定在一起，放入锚杆和折叠 状态下的扩大头，此过程中由于钻孔内径的限制，上转动杆和下转动杆无法撑开至展开状 态，维持在折叠状态； ③ 等锚杆就位、扩大头进入钻孔底部的扩大室区域，上转动杆和下转动杆依靠重力自 动撑开至展开状态； ④ 将钢套管套在锚杆上，钢套管的底端支撑于金属连杆的顶端；从扩大室底部开始，依 次向钻孔和钢套管之间浇筑高强度混凝土，直至钢套管顶端； ⑤ 将预制好的金属基础环穿过锚杆，放置于浇筑好的高强度混凝土之上，并通过高强 螺母将锚杆和金属基础环固定为一体，保证金属基础环顶面与基础承台的顶面在一个水平 面上； ⑥ 待高强度混凝土龄期达到要求后，对伸出基础承台上端面的锚杆进行张拉施加预应 力，从而使混凝土受到压力，提高整个基础结构的稳定性。
[0006] 本发明具有下列优点和积极效果： ① 扩大头展开角度比较大，与一般混凝土锚杆(索）基础相比，具有更大的竖向抗拔力， 能够抵抗风机上部塔筒传来的巨大弯矩作用； ② 只需在钻孔内浇筑混凝土，因此混凝土用量少，节省了工程投资；锚杆及扩大头部分 都是预制好的，可以在孔外拼装好后一起放入孔中，大大加快了施工进度； ③ 通过高强螺母将扩大头锚杆和金属基础环连为一体，并使用刚套管将锚杆和混凝土 分隔开来，以保证预应力锚杆的张拉效果； ④ 对锚杆施加预应力，通过锚杆底端的扩大头将拔力和弯矩传递到四周更大范围的岩 土体中，让地基和混凝土基础结构共同承担风机上部结构传来的静力和动力荷载。
[0007] 总之，本发明基础牢固，节省工程投资，施工进度快，尤其是扩大头具有更大的竖 向抗拔力，能够抵抗风机上部塔筒传来的巨大弯矩作用。
【附图说明】
[0008] 图1为本系统的结构主视图； 图2为本系统的结构俯视图。
[0009] 图中： I 一基础承台，1. 1 一钻孔，1. 2-扩大室； 2- 锚杆； 3- 高强螺母； 4一金属基础环； 5- 钢套管； 6- 高强混凝土； 7- 金属连杆，7. 1-滑动槽，7. 2-固定槽； 8- 上转动杆； 9一下转动杆； 10-滑动销； II 一从动销； 12-固定销； 13一扩大头。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图和实施例对本发明详细说明。
[0011] -、系统 1、总体 如图1、2,本系统包括基础承台1、锚杆2、高强螺母3、金属基础环4、钢套管5、高强混 凝土 6、金属连杆7、上转动杆8、下转动杆9、滑动销10、从动销11、固定销12和扩大头13 ; 其位置和连接关系是： 在基础承台1的圆周内均匀设置有钻孔1. 1和扩大室1. 2,在每个钻孔1. 1内设置有钢 套管5 ; 在钢套管5内设置有锚杆2,在锚杆2底端通过滑动销10、从动销11和固定销12依次 连接有金属连杆7、上转动杆8和下转动杆9,形成扩大头13,扩大头13在扩大室1. 2内； 在基础承台1的钻孔1. 1和扩大室1. 2内浇铸有高强混凝土 6 ; 在钢套管5的顶端套有金属基础环4和高强螺母3。
[0012] 2、功能部件 本系统的功能部件均为常用件或标准部件。
[0013] 1)基础承台1 基础承台1是一个整平的圆形场地，在圆周内均匀设置有钻孔1. 1，在钻孔1. 1的底部 设置有扩大室1. 2,钻孔的规格(孔径、深度及间距)根据现场工程地质情况及设计风机容量 而定。
[0014] 其功能是整个基础系统的承台。
[0015] 2)锚杆 2 锚杆2为一种精乳螺纹钢杆；其底端设置有外螺纹，其顶端伸出基础承台1的上端面 15cm左右。
[0016] 其功能是为后期的张拉和与风机下法兰的拼接。
[0017] 3)高强螺母3 高强螺母3是一种常用件或标准部件。
[0018] 其功能是将锚杆2和金属基础环4紧紧固定为一个整体。
[0019] 4)金属基础环4 金属基础环4为一种金属圆环，埋设于基础承台1的顶面；其上均匀设置有圆孔，圆孔 数量与锚杆2数量一样，圆孔直径与锚杆2直径匹配，圆环的外径和基础承台1的外径一 致。
[0020] 其功能是固定锚杆2。
[0021] 5)钢套管5 钢套管5为中空长管，内径大于锚杆2外径3~5毫米。
[0022] 其功能是：把锚杆2和高强混凝土 6分离。
[0023] 6)高强混凝土 6 高强混凝土 6为C35-C40标号的混凝土，浇筑在钻孔1. 1和钢套管5之间，以及扩大室 1. 2内部。
[0024] 其功能是形成基础结构。
[0025] 7)金属连杆7 金属连杆7是一种金属杆，其外径略大于锚杆2的