仿樹根柔性風電基礎及其施工方法與流程

本發明涉及風力發電機的安裝基礎技術領域，具體地說，涉及一種仿樹根柔性風電基礎及其施工方法。

背景技術：

目前，大型風電基礎一般采用重力式淺埋鋼筋混凝土圓形基礎，現有的這種基礎形式存在以下缺陷：

1.現有的這種基礎混凝土用量大，至少達250m³,同時鋼筋使用量較大；

2.現有的這種基礎澆筑施工屬于大體積混凝土施工，施工工藝要求高；

3.現有的這種基礎采用大量抗拔高特制預應力長螺栓錨桿，不但增加了工程造價和施工流程，而且由于基礎與地基采用剛性連接，在循環載荷作用下，錨桿易發生疲勞斷裂和失效；

4.地基開挖產生大量的廢石渣，一般處理方法為就近廢棄，造成環境破壞；

5.基礎剛性大，底部受到較大的彎矩作用，可靠性低，需要使用較多鋼筋和混凝土對基礎進行加固，以保證基礎的可靠性，建設成本高；

6.淺層地質較軟的地區，例如沿海或者近海等地區，安裝現有的這種風電基礎時，基礎易于在土壤中發生沉降，影響風電設備的運行。

技術實現要素：

本發明所要解決的第一個技術問題是：提供一種可靠性高、成本低、適應性強的仿樹根柔性風電基礎。

本發明所要解決的第二個技術問題是：提供一種可靠性高、成本低、適應性強的仿樹根柔性風電基礎的施工方法。

為解決上述第一個技術問題，本發明的技術方案是：

仿樹根柔性風電基礎，包括：

固定盤和基礎盤，所述固定盤位于所述基礎盤的上方；所述基礎盤的底部連接有管樁；所述固定盤的中部與所述基礎盤的中部之間連接有用于承重的芯根，所述固定盤的周邊部與所述基礎盤的周邊部之間連接有周根，所述周根由鋼索構成。

優選的，所述周根與所述基礎盤之間連接有須根，所述須根由鋼索構成。

優選的，所述芯根是鋼筋混凝土芯根，所述基礎盤是鋼筋混凝土基礎盤，所述芯根與所述基礎盤通過彈性連接墊連接。

優選的，所述管樁與所述基礎盤之間通過彈性連接墊連接。

優選的，所述彈性連接墊包括彈性體，所述彈性體內設置有第一鋼骨架和第二鋼骨架，所述第一鋼骨架和所述第二鋼骨架分別從所述彈性體的兩端伸出。

優選的，所述固定盤包括金屬骨架和水泥覆蓋層，所述金屬骨架包括基礎環，所述基礎環內連接有多個芯根環，所述芯根環外接于芯根環內側固定環外，所述基礎環外接有多個周根環，所述周根環內接于周根環外側固定環內；所述水泥覆蓋層設于所述金屬骨架上側；所述芯根的鋼骨架與所述芯根環連接，所述周根的鋼索與所述周根環連接。

優選的，所述須根的鋼索通過須根環與所述周根的鋼索連接。

優選的，所述基礎盤的上表面設置有橡膠層。

為解決上述第二個技術問題，本發明的技術方案是：

仿樹根柔性風電基礎的施工方法，其特征在于：包括以下步驟：

a、預先制作所述管樁和所述芯根，將土層開挖至持力層位置，將地基夯實處理平整后，將所述管樁打入到地層中；

b、布置所述基礎盤的鋼骨架，在鋼骨架上設置分別與所述芯根、所述周根以及所述管樁相連接的構件，將所述基礎盤的鋼骨架與所述管樁固定連接，然后澆筑混凝土完成所述基礎盤；

c、將所述芯根的鋼骨架焊接在所述基礎盤的相應連接構件上，將所述基礎環、所述芯根環、所述芯根環內側固定環、所述周根環以及所述周根環外側固定環焊接形成金屬骨架，并將所述周根的鋼索焊接至所述周根環上形成整體結構，再將所述整體結構中的所述芯根環與所述芯根連接；

d、對所述金屬骨架和所述周根形成的整體結構進行水平度校正，然后將所述周根的下端部固定連接于所述基礎盤；

e、將施工碎石和土壤回填，最后在所述金屬骨架的上側澆筑水泥覆蓋層形成所述固定盤。

優選的，步驟b中，將所述管樁與所述基礎盤通過彈性連接墊連接，即將所述彈性連接墊的第二鋼骨架與所述管樁的鋼骨架連接，將所述彈性連接墊的第一鋼骨架與所述基礎盤的鋼骨架連接。

步驟c中，在所述基礎盤上預先設置橡膠層；

設置所述周根后，在所述周根上固定設置須根環，在所述須根環上固定引出若干根須根，所述須根的下端部固定連接至所述基礎盤上的相應位置；

將所述芯根與所述基礎盤通過彈性連接墊連接，即將所述彈性連接墊的第一鋼骨架與所述芯根的鋼骨架連接，將所述彈性連接墊的第二鋼骨架與所述基礎盤的鋼骨架連接。

采用了上述技術方案后，本發明的有益效果是：

本發明的仿樹根柔性風電基礎，芯根以及管樁為鋼筋混凝土設計，每根芯根與基礎盤的上表面通過彈性連接墊連接，周根為鋼索結構的柔性設計，使仿樹根柔性風電基礎整體既具有一定的剛性，又具有一定的柔性。風機機組固定連接到固定盤的上表面上，風機機組的重力由芯根傳遞到基礎盤上。風機設備工作過程中，基礎環位置產生的巨大彎矩由芯根和周根形成的仿樹根結構承受。在風機正常工作時，該仿樹根柔性風電基礎具有一定的剛度，不會產生變形。若遇到強風或其它突變載荷，芯根根部的彈性連接墊變形的同時，周根的鋼索柔性設計就會發揮作用，周根的鋼索在受力的情況下，會受到拉伸變長，起到彈性變形、緩沖減震的作用，使基礎結構具有緩沖減震作用，使基礎關鍵部位，如各焊接點，在極限載荷下的受力大大減小，極大提高了結構的可靠性。

本發明的仿樹根柔性風電基礎，每根所述管樁與所述基礎盤之間通過彈性連接墊連接，每根芯根與所述基礎盤的上表面通過彈性連接墊連接。使根部一端受到拉伸變長時，芯根根部的彈性連接墊會相應變形，芯根以及周根的根部對基礎盤也有巨大的拉力，由于基礎盤上部的橡膠和與管樁連接的彈性連接墊也具有一定的柔性，基礎盤會產生微量變形再次緩沖結構受力，進一步起到彈性變形、緩沖減震的作用，進一步提高了結構的可靠性。

本發明的仿樹根柔性風電基礎，通過將周根環與芯根環分別焊接到基礎環的內側和外側，將傳統的基礎環與基礎中鋼筋的點焊接連接方式，優化為線焊接連接方式，大大增強了基礎環與基礎的連接強度。并且這種設計能夠將基礎環的受力轉換到芯根環及周根環上，即使個別環的連接出現問題，其它環的正常工作也能夠保障風機基礎整體安全可靠運行。

本發明的仿樹根柔性風電基礎，整個結構除基礎盤和水泥覆蓋層在現場施工完成外，其它件均可在工廠進行預制，大大降低施工成本。

本發明的仿樹根柔性風電基礎，整個結構的體積小，成本小，主要部件均可進行回收利用，例如芯根和周根、基礎環、以及管樁等可反復使用，基礎盤上部區域均可回填施工碎石及土壤，可消除對環境的不良影響。

本發明的仿樹根柔性風電基礎，管樁具有一定的剛性，安裝時打入地層的持力層中，不容易發生沉降，使該基礎能夠適應不同的地質環境，可以根據不同地區的地質環境調節基礎環與基礎盤之間的距離，使基礎盤位于土層的持力層位置，基礎盤下部通過彈性連接墊與PHC管樁的連接，在山區，可以有效防傾覆，在沿海及近海地區，可以有效抗沉降。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

圖1是本發明的仿樹根柔性風電基礎的立體結構示意圖；

圖2是本發明的仿樹根柔性風電基礎的局部剖視圖；

圖3是本發明的仿樹根柔性風電基礎的俯視圖；

圖4是圖2中的固定盤部分的結構示意圖；

圖5是圖2中的第一彈性連接墊的結構示意圖；

圖中：1-基礎盤；2-管樁；3-彈性連接墊；31-第一鋼骨架；32-第二鋼骨架；4-橡膠層；5-固定盤；51-芯根環；52-基礎環；53-周根環；531-主周根環；532-副周根環；54-周根環外側固定環；55-須根環；56-芯根環內側固定環；57-水泥覆蓋層；6-芯根；7-周根；71-主周根；72-副周根；8-須根。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

參照圖1、圖2以及圖3，本發明的仿樹根柔性風電基礎，包括固定盤5和基礎盤1，固定盤5位于基礎盤1的上方；基礎盤1的底部連接有管樁2，管樁2為PHC(預應力高強度混凝土)管樁；固定盤5的中部與基礎盤1的中部之間連接有用于承重的芯根6，芯根6可為多根，固定盤5的周邊部與基礎盤1的周邊部之間連接有多根周根7，周根7由多根沿周圈并行設置的鋼索構成。為了提高拉力支撐，多根周根7可斜向連接于固定盤5與基礎盤1之間。

周根7與芯根6共同形成仿樹根結構，抗拉能力強，又具有彈性變形的柔性功能，若遇到強風或其它突變載荷，周根7的鋼索柔性設計就會發揮作用，周根23的鋼索在受力的情況下，會受到拉伸變長，起到彈性變形、緩沖減震的作用，使基礎結構具有緩沖減震作用，使基礎關鍵部位，如各焊接點，在極限載荷下的受力大大減小，極大提高了結構的可靠性。

為了進一步增強仿樹根結構的抗拉強度，周根7與基礎盤1之間連接有須根8，須根8由若干根沿周圈并行設置的鋼索構成。具體地，每根周根7的中部固定設置有須根環55，須根8的鋼索比周根7的鋼索相對細，每根須根8的鋼索的上端部焊接至須根環55上，每根須根8的下端部連接至基礎盤1的上表面。

參照圖4，固定盤5包括金屬骨架和水泥覆蓋層，金屬骨架包括基礎環52，基礎環52內連接有多個芯根環51，芯根環51外接于芯根環內側固定環56外，基礎環52外接有多個周根環53，周根環53內接于周根環外側固定環54內；水泥覆蓋層57澆筑于金屬骨架上側；芯根6的鋼骨架與芯根環51連接，周根7的鋼索與周根環53連接。

參照圖1和圖3，周根7可包括主周根71和副周根72，主周根71沿著固定盤5的圓周邊排列，相鄰的主周根71之間設置副周根72。相對應地，可在基礎環52外側設置主周根環531和副周根環532，副周根環532比主周根環531相對小，每根主周根71和每根副周根72分別包括若干根沿周圈均勻分布的鋼索，鋼索的上端部焊接至對應的主周根環531的周圈上或者副周根環532的周圈上。

芯根6是鋼筋混凝土芯根，基礎盤1是鋼筋混凝土基礎盤，為了使鋼筋混凝土制成的芯根6在遇到強風或其它突變載荷時，具有柔性減震功能，每根芯根6與基礎盤1的上表面可通過彈性連接墊3連接。

參照圖5，彈性連接墊3包括彈性體，彈性體內設置有第一鋼骨架和第二鋼骨架，第一鋼骨架和第二鋼骨架分別從彈性體的兩端伸出，彈性連接墊3的第一鋼骨架31與芯根6的鋼骨架焊接，彈性連接墊3的第二鋼骨架32與基礎盤1連接。

基礎盤1的上表面上設置有橡膠層4，每根管樁2與基礎盤1之間通過彈性連接墊3連接，彈性連接墊3的第二鋼骨架32與管樁2的鋼骨架連接，彈性連接墊3的第一鋼骨架31與基礎盤1連接。基礎盤1上部的橡膠層4和與管樁2連接的彈性連接墊3也具有一定的柔性，基礎盤1會產生微量變形再次緩沖結構受力，進一步起到彈性變形、緩沖減震的作用，進一步提高了結構的可靠性。

本發明還公開了一種上述仿樹根柔性風電基礎的施工方法，其特征在于：包括以下步驟：a、預先制作管樁2和芯根6，將土層開挖至持力層(直接承受基礎載荷的土層為持力層)位置，將地基夯實處理平整后，將管樁2打入到地層中；

b、布置基礎盤1的鋼骨架，在基礎盤1的鋼骨架上設置分別用于與芯根6和周根7以及管樁2相連接的構件，將基礎盤1的鋼骨架與管樁2的上端固定連接，然后澆筑混凝土完成基礎盤1；c、將芯根6的鋼骨架焊接在基礎盤1的相應連接構件上，將基礎環52、芯根環51、芯根環內側固定環56、周根環53以及周根環外側固定環54預先焊接形成金屬骨架，并將周根7的鋼索的上端部焊接至周根環53上形成整體結構，再將整體結構中的芯根環51與芯根6連接；

d、對金屬骨架和周根7形成的整體結構進行水平度校正，然后將周根7的下端部固定連接于基礎盤1；

e、將施工碎石和土壤回填，最后在金屬骨架的上側澆筑水泥覆蓋層57形成固定盤5。優選的方案是：步驟b中，將管樁2與基礎盤1通過彈性連接墊3連接，即將彈性連接墊3的第二鋼骨架與管樁2的鋼骨架連接，將彈性連接墊3的第一鋼骨架與基礎盤1的鋼骨架連接。

步驟c中，在基礎盤1上預先設置橡膠層4；

設置周根7后，在周根7上固定設置須根環55，在須根環55上固定引出若干根傾斜設置的須根8，須根8的下端部固定連接至基礎盤1上的相應位置；

將芯根6與基礎盤1通過彈性連接墊3連接，即將彈性連接墊3的第一鋼骨架與芯根6的鋼骨架連接，將彈性連接墊3的第二鋼骨架與基礎盤1的鋼骨架連接。

本發明的仿樹根柔性風電基礎及施工方法，整個結構除基礎盤1和水泥覆蓋層57在現場施工完成外，其它件均可在工廠進行預制，大大降低施工成本。以上所述為本發明最佳實施方式的舉例，其中未詳細述及的部分均為本領域普通技術人員的公知常識。本發明的保護范圍以權利要求的內容為準，任何基于本發明的技術啟示而進行的等效變換，也在本發明的保護范圍之內。