陆地风电机组预制装配整体式基础及其施工方法与流程

本发明属于风力发电，具体的为一种陆地风电机组预制装配整体式基础及其施工方法。

背景技术：

1、双碳政策背景下，大力发展风电技术已成为推进能源结构转型的核心内容和应对气候变化的重要途经。风力发电场区的主要建设内容是风电机组，而风机基础又是风电机组土建工程中重要的部分，对建设成本及施工工期影响较大。

2、随着风电技术的发展，机组容量越来越大，轮毂高度越来越高。为了满足上部机组运行荷载的要求，基础的尺寸也随之增大。常规基础施工方法多采用现浇式混凝土结构，由于风电机组基础属于大体积混凝土，现场施工难以保证浇筑的质量和精度，对浇筑养护的要求高，施工工期较长。属于风机土建工程施工中的痛点和难点。

3、预制基础是解决该技术问题的有效方法，但现有的预制装配式基础多采用卡扣连接、预埋件焊接或预应力筋连接等方式，预制构件间无法有效形成一个整体，无法协同变形受力，且无法解决接缝处防水防腐等耐久性问题。还有一些预制装配式基础未考虑实际运输和吊装问题，无法直接应用到实际项目中。

4、如现有的一种预制装配式风机扩展基础，分为钢筋混凝土扩展基座、基础垫层和基础顶面盖板；钢筋混凝土扩展基座由预制块装配而成，基础顶面盖板设于钢筋混凝土扩展基座顶部；预制块放置于垫层上，预制块之间通过埋件焊接连接。具体的，预制块采用现场焊接埋件连接，仅基础顶部和侧面方便施工，底面无法在吊装到位后实施焊接。另外，预制块仅靠埋件焊接，无混凝土结合或钢筋连接，无法有效形成一个整体受力，接缝处不能传递剪力和环向弯矩，变形无法协调，导致基础易发生剪切或冲切破坏，甚至因无法协调变形而导致局部发生地基承载力破坏。该预制基础还存在土中钢埋件易锈蚀，难以达到耐久性要求，且接缝处易渗水，进一步恶化接缝处的受力性能的问题。

5、如现有的另一种预制风机承台基础，基础分为一期预制底板、二期现浇承台和钢管桩。钢管桩施工后，吊装承台预制底板就位，然后浇筑上部二期承台。根据目前风电行业经验，承台底面直径尺寸一般在15-25米之间，采用整块的预制底板，常规的车辆无法实现运输，且远超出公路运输限制标准。而且预制构件的重量需要控制在起重设备的起吊重量范围内。如采用大型起重机(例如300t)，则预制底板的重量需控制在300t以内。根据行业经验，承台的总混凝土重量一般在1500-2000t，预制率换算仅为15～20％，绝大部分的承台仍需现浇，与现浇式钢筋混凝土基础差别不大，仍需要考虑大体积混凝土养护等措施。并且起吊直径与厚度比过大的预制构件，施工难度大，构件损耗率较高，需要额外设置加强措施。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种陆地风电机组预制装配整体式基础及其施工方法，采用预制件以减少现浇混凝土量，并能够将预制件和现浇混凝土结合形成一个整体，保证结构整体强度和刚度。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明首先提出了一种陆地风电机组预制装配整体式基础，包括垫层，所述垫层的上方环形均布设有若干个预制基础件；

4、相邻两个所述预制基础件之间设有间隙，所述预制基础件内设有伸入所述间隙内的环向钢筋，相邻的所述预制基础件之间的环向钢筋固定连接；

5、所述预制基础件的底面与所述垫层之间设有下腔，所述间隙和下腔连通并构成现浇区，所述现浇区内浇注有现浇混凝土。

6、进一步，所述预制基础件内设有与所述下腔连通的浇筑孔和排气孔。

7、进一步，所述预制基础件的外侧设有竖直向下延伸的外支撑板，所述预制基础件的内侧底面与所述垫层之间设有垫块，所述垫块用于支撑所述预制基础件。

8、进一步，所述预制基础件与现浇混凝土接触的两侧侧面上以及底面上分别设有至少一个键槽。

9、进一步，所述键槽的深度大于等于30mm。

10、进一步，所述键槽的四周侧壁均设为斜面，所述斜面相对于所述预制基础件的侧面的倾斜角度小于等于30°。

11、进一步，所述预制基础件与现浇混凝土接触的两侧侧面以及底面均设为粗糙面，所述粗糙面中，外露粗骨料沿所述预制基础件的侧面连续分布，且凹凸深度大于等于6mm。

12、进一步，所述预制基础件与现浇混凝土接触面之间的接缝的受剪承载力满足：

13、ηjvmua≤vu

14、其中：ηj为接缝受剪承载力放大系数；vmua为预制基础件按实际配置钢筋面积计算的斜截面受剪承载力设计值；vu为接缝处受剪承载力设计值；

15、所述预制基础件与现浇混凝土接触面之间的接缝处的受剪承载力的包括：预制基础件与现浇混凝土结合面的粘结力、键槽的抗剪能力、现浇混凝土的抗剪能力、环向钢筋的销栓抗剪作用，表示为：

16、

17、其中：ac1为接缝处现浇混凝土截面面积；ak为接缝处各键槽根部截面面积之合；asd为接缝处包含现浇混凝土内的所有环向钢筋面积之和；fc为混凝土轴心抗压强度设计值；fy为环向钢筋的抗拉强度设计值。

18、进一步，所述预制基础件的顶面两侧分别设有用于安装模板的模板预埋件。

19、进一步，所述预制基础件的内侧端部悬空；所述预制基础件的内侧端部设有预应力孔道，所述预应力孔道用于安装与上部风机混凝土-钢混合塔筒连接的预应力筋；或，所述预制基础件的内侧端部设有锚栓组合件，所述锚栓组合件用于与风机钢塔筒连接。

20、进一步，所述预制基础件的顶面上设有用于固定上部风机混凝土-钢混合塔筒的基础凹槽。

21、进一步，还包括预埋设置的预埋电管、接地装置和沉降观测埋件。

22、进一步，还包括基桩，所述基桩的上端穿过所述垫层后锚固于所述下腔内浇注的现浇混凝土内。

23、本发明还提出了一种陆地风电机组预制装配整体式基础的施工方法，包括如下步骤：

24、步骤一：施工垫层；

25、步骤二：在垫层上方与下腔对应的环形区域绑扎用于现浇混凝土的底部基础钢筋；

26、步骤三：在垫层上安装垫块，将预制基础件吊装并定位安装在垫层和垫块上；

27、步骤四：固定连接相邻预制基础件环向钢筋；

28、步骤五：在预制基础件上安装模板；

29、步骤六：向现浇区内浇注混凝土，并振捣养护；

30、步骤七：待混凝土达到强度要求后，拆除模板。

31、进一步，还包括基桩，所述步骤一中，先施工基桩，并使基桩顶的高程位于下腔的高程范围内；待地桩验收合格后，再施工垫层。

32、本发明的有益效果在于：

33、本发明的陆地风电机组预制装配整体式基础，通过在垫层上方安装环形均布的多个预制基础件，并将相邻的预制基础件之间通过埋设的环向钢筋固定连接，以保证相邻预制基础件之间的连接强度；通过在预制基础件的底面与垫层之间设置下腔，并在由下腔和相邻预制基础件之间的间隙组成的现浇区内浇注现浇混凝土，从而可以使基桩、预制基础件和现浇混凝土构成一个整体，预制基础件之间不仅由环向钢筋连接，而且浇注有现浇混凝土，能够传递剪力和环向弯矩，能够抵抗剪切或冲切破坏，保证结构整体强度和刚度；即，本发明的陆地风电机组预制装配整体式基础，不仅采用预制件以减少现浇混凝土量，而且能够将预制件和现浇混凝土形成一个整体，保证结构整体强度和刚度。

34、本发明还具有以下优点：

35、(1)预制基础件环形均布设置，所有预制基础件的结构尺寸完全相同，便于预制基础件的生产加工，以提高施工精度和效率；预制基础件的尺寸可以根据实际工程能力进行设计，以满足运输和吊装要求；通过采用预制基础件，能够大大减少现浇混凝土的工程量，有效避免因大体积混凝土浇筑造成的干缩裂缝等施工质量问题；

36、(2)通过在预制基础件与现浇混凝土接触的侧面和底面上设置键槽和粗糙面，并提供接缝的抗剪承载力计算方法，使接缝的承载力高于构件本身，满足强节点的设计原则，提高了结构的整体性和安全冗余度，使预制装配整体式基础的力学性能等同于现浇结构；

37、(3)通过设置垫块以支撑预制基础件，方便现场临时安装支撑预制基础件，使预制基础件底部形成下腔；而后在下腔和预制基础件之间的间隙内浇注混凝土，进一步加强了基础的整体性；

38、(4)通过在预制基础件的顶面两侧分别设置模板预埋件，有利于现场快速安装钢模板，降低施工难度，缩短支模的工期；并且因基础绝大部分构件为预制，可节省现场安装模板的费用；

39、(5)通过在预制基础件上设置浇筑孔，便于混凝土的浇筑，结合排气孔，避免现浇混凝土存在空鼓等不密实情况；另外，排气孔可以兼做观察孔，通过混凝土外溢，便于判断现场实际浇筑情况。