一种可循环利用的陆上风电基础预应力螺旋锚杆结构

1.本发明属于风力发电技术领域，特指一种可循环利用的陆上风电基础预应力螺旋锚杆结构。


背景技术：

2.普通的陆上风电基础多为基础环式的扩展基础，若基础环的占用面积大其扩展基础的面积同时会增大且对生态的破坏是不可恢复的，且基础环的造价以及施工周期较长，考虑到经济性，基础环锚入风机基础的深度非常有限，没达到规定的锚固长度值，随着风电机组单机容量的增加，风电机组传递给基础荷载的增大，基础环式风机基础出现事故的概率大幅度增加，出现事故的周期大幅度缩短。
3.预应力锚杆替代了基础环，而风机基础的形式仍为普通的基础形式。预应力锚杆基础具有基础结构刚度和强度均匀、整体性好、耐久性好、经济性好与建设周期短等特点，解决了传统风机基础环连接的天然缺陷，在风机基础中的应用日趋广泛。它是由上锚板、下锚板、锚杆等组成，锚杆深入地基和岩层，是整体结构更加稳固。当锚栓受到拉力时，锚杆的下锚板以上部分会均匀受力，避免了应力集中。由于对锚杆施加预应力，混凝土基础始终处于受压状态，因此采用预应力锚杆的风机基础就不会出现基础环两侧混凝土出现应力集中而产生破坏的情况。
4.而预应力锚杆基础的正常替换流程复杂，若是传统的下部螺母结构则无法确认是否已经可以更换，而且需要将锚栓在中间掰断，施工难度较大，且锚栓的上拔力和侧拉力明显不足。混凝土基础的使用年限为60
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100年，而经历风荷载后锚杆的使用年限10到20年，锚杆比混凝土更快损坏。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，一种可循环利用的陆上风电基础预应力螺旋锚杆结构，包括混凝土基础和地基，还包括灌浆通道和螺旋锚杆，所述灌浆通道位于混凝土基础底部，且灌浆通道伸入地基中，所述混凝土基础内设置有若干外层管道，所述外层管道内设置有内层管道，螺旋锚杆穿过内层管道延伸至灌浆通道内，所述螺旋锚杆与内层管道之间设置有混凝土浇筑层，所述螺旋锚杆为中空结构，所述螺旋锚杆侧面设置有灌浆孔，所述螺旋锚杆底部设置有若干螺旋叶片，所述螺旋叶片位于灌浆通道内，相邻的螺旋叶片之间设置有预留空间，所述灌浆通道与螺旋锚杆之间设置有自破碎灌浆层，所述螺旋叶片顶部设置有开孔，螺旋锚杆内设置有交变线圈，所述交变线圈连接有电流控制器，所述螺旋锚杆底部设置有可变形底盘，所述可变形底盘设置有若干周向分布的底盘分片，相邻的两个底盘分片上下交错分布，所述可变形底盘中心设置有底盘控制器，所述的底盘分片与底盘控制器之间通过伸长支柱连接，所述的底盘控制器可控制伸长支柱伸出。
6.进一步地，所述自破碎灌浆层为自碎裂灌浆料，自碎裂灌浆料由硫磺、耐腐蚀填料、磁粉、增韧剂、超分散剂、矿物掺合料和加热型发泡剂组成。
7.进一步地所述螺旋锚杆顶部设置有应力计，所述应力计连接有数据机。
8.进一步地，所述的混凝土基础顶部设置有上锚板，所述上锚板底部与混凝土基础之间设置有高强灌浆料层，所述的混凝土基础底部设置有下锚板，所述上锚板、高强灌浆料层和下锚板通过外层管道连接。
9.进一步地，所述灌浆通道底部设置有预留仓，所述预留仓顶部设置有孔板。
10.进一步地，所述交变线圈与电流控制器之间通过导线连接，所述混凝土基础顶部设置有信号线管，导线穿过信号线管与电流控制器连接，所述底盘控制器与电流控制器通过电线连接，所述电线穿过信号线管。
11.进一步地，所述灌浆孔高度与下锚板高度相适配。
12.进一步地，所述螺旋锚杆上部设置有螺母。
13.本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：本发明通过在混凝土基础底部的灌浆通道内设置自破碎灌浆层，灌浆完成后，自破碎灌浆层在凝固后可有效对螺旋锚杆进行固定，当需要拆卸时，自破碎灌浆层在交变线圈作用下升温，使得自破碎灌浆层发生溶化，使得螺旋锚杆可以从灌浆通道中脱离，同时，采用外层管道和内层管道的双层结构，在拉出螺旋锚杆时，内层管道与螺旋锚杆一起从外层管道中脱出，实现螺旋锚杆的拆卸，此种锚杆拆除方式大大降低了施工难度；同时，采用震弦式应力计作为预应力传感器，每一个应力计都通过数据线链接至数据机，数据机通过无线或者有线的方式，与安装有采集器的计算机和对应的手机app联网，使用计算机可以检测锚杆预应力的相关信息，可有效的直观的发现锚杆的问题并通过更换及时解决。
附图说明
14.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的上部立体结构示意图；图3是本发明的灌浆通道结构示意图；图4是本发明螺旋锚杆上部结构示意图；图5是本发明螺旋锚杆下部变形前结构示意图；图6是本发明螺旋锚杆下部变形后结构示意图；图7是本发明的锚杆下部结构剖示图；图8是本发明的可变形底盘的展开状态结构示意图。
15.1、混凝土基础；2、螺旋锚杆；3、上锚板；4、高强灌浆料层；5、下锚板；6、浇筑管道；7、灌浆通道；8、外层管道；9、内层管道；10、混凝土浇筑层；11、自破碎灌浆层；12、灌浆孔；13、预留仓；14、螺旋叶片；15、交变线圈；16、应力计；17、信号线管；18、数据机；19、电流控制器；20、螺母；21、底盘控制器； 22、可变形底盘；23、电线；24、伸长支柱；25、底盘分片。
具体实施方式
16.为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术
人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
17.本实施例提供一种可循环利用的陆上风电基础预应力螺旋锚杆2结构，包括混凝土基础1和地基，还包括灌浆通道7和螺旋锚杆2，所述灌浆通道7位于混凝土基础1底部，且灌浆通道7伸入地基中，所述混凝土基础1内设置有若干外层管道8，外层管道8周向均匀分布于混凝土基础1中心，所述钢筋混凝土基础1包括地下部分和地表部分，所述地下部分包括上表面、下表面和侧面；由于中间使用了锚杆基础，所以下表面面积可以相对的减小，节省了空间，避免了资源浪费和不可恢复的生态破坏。同时，使用预应力锚杆结构代替现有混凝土基础1的基础环结构，减少了施工流程和施工周期，降低施工难度，解决了传统风机基础环连接的天然缺陷。
18.所述外层管道8内设置有内层管道9，所述外层管道8和内层管道9均为pvc管道，所述螺旋锚杆2穿过内层管道9延伸至灌浆通道7内，所述螺旋锚杆2与内层管道9之间设置有混凝土浇筑层10，且所述螺旋锚杆2为中空结构，不仅降低了生产成本，还降低锚杆自身重量，使锚杆更烦容易拔出。所述螺旋锚杆2底部设置有若干螺旋叶片14，所述螺旋叶片14位于灌浆通道7内，相邻的螺旋叶片14之间设置有预留空间，且各螺旋叶片14采用相同倾斜角度的空心锥形结构，所述螺旋叶片14顶部设置有开孔，方便浇筑管道6进入锚杆并且进行自碎裂灌浆料的浇筑，在更换螺旋锚杆2时，其预留空间可以将更多自碎裂灌浆料带回，所述螺旋锚杆2侧面设置有灌浆孔12，所述灌浆孔12高度与下锚板5高度相适配，螺旋锚杆2内设置有交变线圈15，所述交变线圈15连接有电流控制器19，通过电流控制器19控制可以施加交变磁场；所述灌浆通道7与螺旋锚杆2之间设置有自破碎灌浆层11，当自破碎灌浆层11凝固后，可通过螺旋锚杆2有效与混凝土基体底部进行固定连接，替换了现有的底部锚板加螺栓的结构，使后期替换安装更加简洁便利，解决了每换一次锚杆或者底层结构时的复杂流程；同时，所述自破碎灌浆层11由硫磺、耐腐蚀填料、磁粉、增韧剂、超分散剂、矿物掺合料和加热型发泡剂组成，灌浆料中的硫磺组分，使其具备强度高、抗压、速凝、抗渗等特点。添加耐腐蚀填料可提高其耐腐蚀质量和强度。添加增韧剂，可防止其脆化，同时能够使得在凝固过程中降低体积收缩量，减少裂纹产生。添加矿物掺合料，能够提高其抗压、抗折、抗渗、保水性及防止离析、泌水的作用。使用环戊烷的加热型发泡剂，因为发泡剂的发泡温度在120到140℃，这样有利于碎裂。而且在这个温度下钢锚强度不受影响。外加交变磁场作用下，磁粉将磁能转为热能，硫磺随着温度达到其熔点后，硫磺胶泥可自行熔化为液态。
19.所述螺旋锚杆2底部设置有可变形底盘 22，所述可变形底盘 22设置有若干周向分布的底盘分片25，相邻的两个底盘分片25上下交错分布，所述可变形底盘 22中心设置有底盘控制器21，所述的底盘分片25与底盘控制器21之间通过伸长支柱24连接，所述的底盘控制器21可控制伸长支柱24伸出，从而带动底盘分片25伸出，使可变形底盘 22伸展开，将更多的自碎裂灌浆料带出。
20.进一步地，所述螺旋锚杆2顶部设置有应力计16，所述应力计16连接有数据机18。所述应力计16为震弦式应力计16，用于检测螺旋锚杆2的整体情况。通过振弦式原理，带动钢弦敏感部件发生张拉变化，钢弦敏感部件固有频率发生改变，通过电感线圈激振钢弦并检测出电感线圈所感应的频率信号，每一个应力计16都通过数据线链接至数据机18，数据
机18通过无线或者有线的方式，与安装采集器的计算机或对应的手机app联网，使用计算机可以同时检测预应力、预应力损失值和锚杆受到的疲劳损耗来判断锚杆的具体情况，有效的直观的发现锚杆的问题，并通过更换及时解决。
21.进一步地，所述的混凝土基础1顶部设置有上锚板3，所述上锚板3底部与混凝土基础1之间设置有高强灌浆料层4，高强灌浆料层4嵌入混凝土基础1台柱中，使高强灌浆料层4处于三项受压状态，不容易发生劈裂和破坏，所述的混凝土基础1底部设置有下锚板5，所述上锚板3、高强灌浆料层4和下锚板5通过外层管道8连接，所述螺旋锚杆2上部设置有螺母20。
22.进一步地，所述灌浆通道7底部设置有预留仓13，所述预留仓13顶部设置有孔板，在进行更换锚杆时，为被带出的自破碎浆料经过孔板进入预留仓13内，便于更换锚杆后，浇筑新的自碎裂灌浆料。
23.进一步地，所述交变线圈15与电流控制器19之间通过导线连接，所述混凝土基础1顶部设置有信号线管17，导线穿过信号线管17与电流控制器19连接，所述底盘控制器21与电流控制器19通过电线23连接，所述电线23穿过信号线管17。
24.本实施例在施工时的工序如下：1.在进行地基处理后，测量好角度位置放置下锚板5，放置完成后将灌浆通道7先行打入地基之内，将下锚板5和灌浆通道7进行焊接以固定；2.将外层管道8和内层管道9放置在下锚板5上，两层管道中间增加润滑剂，后将预应力螺旋锚杆2安装入内层管道9中，在螺旋锚杆2深入管道至灌浆孔12处时，由灌浆孔12注入自碎裂灌浆料，待自碎裂灌浆料凝固后上端浇筑混凝土；3.浇筑完成后将高强灌浆层和上锚板3依次安装好，进行箍筋绑扎，在顶板和底板处应该增加：竖向钢筋、环绕着竖向钢筋的钢筋和竖向钢筋之间的拉结筋，待混凝土浇筑层10固定好后对螺旋锚杆2施加预应力；4.进行钢筋笼的绑扎，之后进行混凝土基础1的浇筑；5.混凝土基础1完成后，安装应力计16、相关的信号线管17和数据机18结构。
25.本实施例螺旋锚杆2更换工序如下：1.通过计算机或者手机app检测发现问题后，先将应力计16结构拆下。通过上端电流控制器19给予下端螺旋锚杆2内的交变线圈15电流，以产生交变磁场，将底部自碎裂灌浆层变为液态，同时，控制底盘控制器21使可变形底盘 22展开。将螺旋锚杆2上部螺母20旋开，用吊车将螺旋锚杆2连同内层管道9一同拔出，残留在自碎裂灌浆料经过孔板进入预留仓13中；2.按照前述施工工序完成装配和浇筑；3.待自碎裂灌浆料和混凝土浇筑层10固定好后，对螺旋锚杆2施加预应力，完成预应力螺旋锚杆2的替换。然后安装好震弦式应力计结构连接至数据机18继续进行联网监测。
26.上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明说明中所使用的术语，只是为了描述具体得实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。