專利名稱：一種風力發(fā)電機組的基礎的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機組的基礎，特別是涉及一種更適用于地質(zhì)條件差的區(qū) 域如灘涂或淺海、更能防止風電機組傾覆的大功率風力發(fā)電機組基礎。
背景技術：
風力發(fā)電機組的基礎受力特點是必須同時承受機組的豎向荷載Fz，傾覆彎矩Mr、 水平荷載Fr和扭矩Mz，而且所承受的水平荷載Fr和傾覆彎矩Mr，可能來自任意方向，其中 傾覆彎矩Mr又是基礎穩(wěn)定的主要控制條件。目前，陸上風力發(fā)電機組的基礎主要有以下幾 種類型一、實體重力式基礎，這種基礎完全靠自重或加載在該基礎上的土石來保持穩(wěn)定， 混凝土用量多，基礎開挖和土石回填量大，基礎須采用現(xiàn)場混凝土澆筑，加大了施工的難 度，在灘涂、淺海地區(qū)施工更加困難。這種基礎具有較強的抗壓能力，但抗傾覆彎矩能力較 低。二、支柱固定式基礎，這種基礎是采用挖掘或鉆孔的方法，將大直徑的管樁埋入地 下，其抗傾覆彎矩能力主要取決于管樁貫入地下的深度。在管樁內(nèi)須配布鋼筋，并在現(xiàn)場澆 筑混凝土。這種基礎建設成本較高，施工難度也較大。三、井格梁式基礎，這種基礎的8根懸臂梁樁由混凝土基礎向外端伸出，形成井字 形，這種結(jié)構(gòu)開挖和回填土石量較少，但仍需要在現(xiàn)場澆筑大量混凝土，其抗傾覆彎矩能力 受基礎面積的制約。海上風力發(fā)電機組的基礎主要有重力固定式、支柱固定式、吸力式桶形基礎和浮 置式基石出等。由于安裝風力發(fā)電機組的風電場多數(shù)處于交通不便的戈壁、山地和灘涂、淺海，施 工條件較差，施工中要受到很多自然條件的限制。針對這些特殊情況，目前提出的技術方案 有專利文件1 專利號為ZL200480012576. 4的中國專利《用于風力設備的基座》公開 了一種一個風力發(fā)電機組的基礎，該基礎由多個預制構(gòu)件基座腳模塊組成，在基座腳模塊 上設有具有腳板和支撐元件，此基礎可以方便運輸，并在現(xiàn)場進行組裝，可加快風力發(fā)電機 組基礎的建設速度。這種基礎的缺點是組裝后相當于底部是一個整體的度板，除非具有相 當大的尺寸，否則其在地質(zhì)條件差的地方很容易傾覆，如果做到很大的尺寸，其制造成本、 運輸成本、安裝成本都相當巨大。專利文件2 專利申請?zhí)枮镃N200810033781. 9的中國專利申請《環(huán)形承壓底板井 格梁式風力發(fā)電塔基礎》公開了一種由混凝土基礎底板、懸臂梁、邊緣小梁、預應力預埋錨 栓、混凝土墊層、軟質(zhì)墊板和混凝土基礎中心筒組成的基礎，混凝土基礎底板中部上方設有 混凝土基礎中心筒，懸臂梁由混凝土基礎中心筒向外伸出，邊緣小梁兩端連于懸臂梁，組成 井字形結(jié)構(gòu)，這種擴展型基礎減少了地基開挖和回填的工作量，但缺點是基礎建設的工作 量主要是在現(xiàn)場完成，混凝土的質(zhì)量及施工周期受氣候條件和地質(zhì)條件影響大。
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專利文件3 專利申請?zhí)枮閃02008/036934的專利申請《Partiallyprefabricated modular foundation system))公開了一種部分使用預制構(gòu)件的風力發(fā)電機組的基礎，基座 和基板與多個預制的懸臂梁通過鋼筋和工字鋼連接成一體，基座和基板承受豎向荷載Fz， 水平荷載Fr，懸臂梁和基板承受傾覆彎矩Mr。這種擴展型基礎是預制構(gòu)件與現(xiàn)場澆筑的結(jié) 合，有利于加快基礎的建設速度，保證質(zhì)量和降低建設成本，但該專利文件公開的風電機基 礎與專利文件1的風電機基礎最終的構(gòu)造相似，同樣存在的問題是其在地質(zhì)條件差的地 方很容易傾覆，底板在現(xiàn)場澆注，如果做到很大的尺寸，其制造成本、運輸成本、安裝成本都 相當巨大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種便于現(xiàn)場施工，減少建筑成本，安全可靠的 風力發(fā)電機組基礎，并要求更能適用于地質(zhì)條件差的區(qū)域如灘涂或淺海，更能防止風電機 組傾覆的大功率風力發(fā)電機組的基礎。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種風力發(fā)電機組的基礎，具有承 臺、懸臂梁、懸臂梁枕塊、錨桿或錨索、錨固體和地基基礎；承受風力發(fā)電機組主要傾覆彎矩 的至少三根懸臂梁放射狀分布于承受風力發(fā)電機組主要垂直荷載的承臺的四周；懸臂梁枕 塊位于懸臂梁的下方、并且設置在懸臂梁的外端與承臺之間；錨桿或錨索的上端連接于懸 臂梁的外端，錨桿或錨索的下端連接于埋入巖土或拋設在水中的錨固體上；承托在承臺和 懸臂梁枕塊下方的所述的地基基礎為整片相連的基礎或只需對應于承臺位置和懸臂梁枕 塊位置的分塊的基礎。具體的一種施工方便且整體構(gòu)造可靠的承臺與懸臂梁的連接形式是所述承臺采 用整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，布配在承臺內(nèi)的鋼筋網(wǎng)架與懸臂梁內(nèi)端伸出的鋼筋或鋼結(jié)構(gòu) 件焊接在一起，整體澆筑后承臺與多根懸臂梁成為一個整體。為了減少現(xiàn)場澆注的天氣及地質(zhì)因素對基礎質(zhì)量的影響，減少安裝成本所述懸 臂梁為預制的鋼筋混凝土梁或鋼筋混凝土復合梁或鋼——混凝土組合梁，在懸臂梁的外端 具有可與錨桿或錨索連接的結(jié)構(gòu)。具體的根據(jù)需要所述位于單個懸臂梁下方的懸臂梁枕塊為1個或多個。為進一步提高基礎的穩(wěn)定性所述懸臂梁的近外端下方也具有懸臂梁枕塊。為了使基礎錨固可靠所述錨固體為拉力型錨固體。為了使承載風電機基礎的地基基礎承載力更強所述地基基礎中還具有頂向承臺 和/或懸臂梁枕塊的抗壓樁或抗壓沉井。其中抗壓沉井更適用于水域中風電機基礎。具體的所述錨桿或錨索上端與懸臂梁外端連接形式是在懸臂梁的外端處開有 貫通的孔，錨桿或錨索的上端穿過該孔并牽制住懸臂梁的外端。所述錨桿或錨索上端與懸 臂梁外端另一連接形式是將錨環(huán)直接焊接在懸臂梁外端部的鋼筋網(wǎng)架或鋼結(jié)構(gòu)上，錨桿 或錨索穿過錨環(huán)孔并牽制住懸臂梁的外端。在澆筑混凝土后，錨桿或錨索與懸臂梁構(gòu)成一 體。從外形尺寸上來說，為了使安裝在基礎上的風電機組能夠具有足夠的穩(wěn)定性，本 風電機組基礎懸臂梁的最外端在圓周上形成的最大直徑與所述的風力發(fā)電機組的豎塔的 高度之比為0. 5 1 1。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的風力發(fā)電機組的基礎，由于除承臺以外的部分可 以工廠化生產(chǎn)，這樣就便于現(xiàn)場施工，減少了建筑成本，更能適用于地質(zhì)條件差的區(qū)域如灘 涂或淺海；放射狀設置于承臺四周懸臂梁的結(jié)構(gòu)，可以在耗用相對較少的建筑材料的情況 下，基礎被做的較大，加之使用懸臂梁枕塊和拉錨固定的形式，使風力發(fā)電機組基礎更加安 全可靠，同樣進一步的更能適用于地質(zhì)條件差的區(qū)域如灘涂或淺海，更能防止風電機組傾 覆。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1為本發(fā)明的陸上基礎結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的水上基礎結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)的軸測圖。圖4為本發(fā)明懸臂梁的軸測圖。圖5為中心線上開有貫通錨桿或錨索孔的懸臂梁。圖6為焊有錨環(huán)的懸臂梁。圖7為懸臂梁外端安裝垂直錨桿的示意圖。圖8為懸臂梁外端安裝傾斜錨桿的示意圖。圖中1.承臺、2.懸臂梁、3.懸臂梁枕塊、4.錨桿或錨索、5.錨固體、6.地基基礎、 7.風力發(fā)電機組、8.抗壓樁、9.抗壓沉井、2-1.固定橫梁、2-1-1.錨桿或錨索孔、2-2.錨環(huán)。
具體實施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的 示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關的構(gòu)成。如圖1至圖8所示，一種風力發(fā)電機組的基礎，具有承臺1、懸臂梁2、懸臂梁枕塊 3、錨桿或錨索4、錨固體5和地基基礎6 ；承受風力發(fā)電機組7主要傾覆彎矩的六根懸臂梁 2放射狀分布于承受風力發(fā)電機組7主要垂直荷載的承臺1的四周；懸臂梁枕塊3位于懸 臂梁2的下方、并且設置在懸臂梁2的外端與承臺1之間；錨桿或錨索4的上端連接于懸臂 梁2的外端，錨桿或錨索4的下端連接于埋入巖土或拋設在水中的錨固體5上；承托在承臺 1和懸臂梁枕塊3下方的所述的地基基礎6為整片相連的基礎或只需對應于承臺1位置和 懸臂梁枕塊3位置的分塊的基礎。承臺1采用整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，布配在承臺內(nèi)的鋼筋網(wǎng)架與懸臂梁2內(nèi)端 伸出的鋼筋或鋼結(jié)構(gòu)件焊接在一起，整體澆筑后承臺1與六根懸臂梁2成為一個整體。懸臂梁2為預制的鋼筋混凝土梁或鋼筋混凝土復合梁或鋼——混凝土組合梁，在 懸臂梁2的外端具有可與錨桿或錨索4連接的結(jié)構(gòu)。位于單個懸臂梁2下方的懸臂梁枕塊3為一個或多個，附圖中僅為一個的設置。懸臂梁2的近外端下方也具有懸臂梁枕塊3，附圖3中這種懸臂梁枕塊3由固定橫 梁2-1兼作。錨固體5為拉力型錨固體。
地基基礎6中還具有頂向承臺1和/或懸臂梁枕塊3的抗壓樁8 (如附圖1所示) 或抗壓沉井9 (如附圖2所示)。錨桿或錨索4上端與懸臂梁2外端連接形式是在懸臂梁2的外端處開有貫通的 錨桿或錨索孔2-1-1，錨桿或錨索4的上端穿過該孔并牽制住懸臂梁2的外端。錨桿或錨索4上端與懸臂梁2外端另一連接形式是將錨桿或錨索4上端直接焊 接在懸臂梁2外端部的鋼筋網(wǎng)架或鋼結(jié)構(gòu)上，澆筑混凝土后與懸臂梁2構(gòu)成一體。從外形尺寸上來說，懸臂梁2的最外端在圓周上形成的最大直徑與風力發(fā)電機組 7的豎塔的高度之比為0.5 1 1。下面再對照附圖對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)進行進一步的說明。如附圖1至3的風電機基礎，承臺1為階梯形圓柱體，外徑較大的一端位于下方， 該部分可以是圓柱體也可以是多棱柱體，承臺1是現(xiàn)場澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)件，大部分 結(jié)構(gòu)低于地平面或水平面；在以承臺1中心為圓心的外周，均勻?qū)ΨQ地排布了六根懸臂梁 2，承臺1布配的鋼筋網(wǎng)架與懸臂梁2內(nèi)端伸出鋼筋和工字鋼焊接成一體，整體澆筑后承臺 1與六根懸臂梁2成為一個整體。在承臺1的下部有地基基礎6，如附圖1，陸上風電機基礎時通常對其地基基礎6 中設置垂直或與地平面成小夾角的豎向抗壓樁8，可采用混凝土樁或鋼樁，樁頂可以做成專 門的鋼帽，也可是伸出鋼筋以便與承臺或懸臂梁枕塊連接。如附圖2，水上風電機基礎通常 在地基基礎6中使用抗壓沉井9。懸臂梁2為在工廠內(nèi)生產(chǎn)的預制件，如附圖4，陸上基礎通常采用預應力鋼筋混凝 土梁或鋼筋混凝土復合梁，而在水上基礎通常采用鋼——混凝土組合梁。在懸臂梁2的布配 的鋼筋網(wǎng)架中，有多根鋼筋和/或工字鋼從其內(nèi)端面伸出，當采用鋼——混凝土組合梁時， 也有鋼結(jié)構(gòu)從懸臂梁的內(nèi)端面伸出，這些伸出的鋼鐵材料與承臺1布配的鋼筋網(wǎng)架連接成 一個整體；優(yōu)選方法是懸臂梁2的截面為上小下大的梯形，靠近承臺1 一端的截面積大于外 端的截面積。陸上基礎通常在懸臂梁2的外端設有與其連為一體的固定橫梁2-1，固定橫梁2-1 位于懸臂梁2的外端的下方，在懸臂梁固定橫梁2-1的兩側(cè)對稱地排布了偶數(shù)個貫穿錨桿 或錨索4的錨桿或錨索孔2-1-1 (此時，固定橫梁2-1也相當于兼作了懸臂梁枕塊3)，錨桿 或錨索孔2-1-1與懸臂梁2安裝平面相互垂直(如附圖7)或適當向外傾斜(如附圖8)； 其中垂直孔多用于地質(zhì)條件較好且施工場地面積較小的場合，而向外傾斜孔則常用于軟地 基的場合。懸臂梁2在安裝就位時，錨桿或錨索4穿過錨桿或錨索孔2-1-1與錨固體5相 聯(lián)接。水上基礎的懸臂梁2外端通常是將一圓環(huán)狀的錨環(huán)2-2焊接在懸臂梁2的鋼筋網(wǎng)架 或鋼結(jié)構(gòu)上，錨環(huán)2-2適于與錨索連接，如附圖2和6。懸臂梁枕塊3為工廠預制或現(xiàn)場澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)件，設置在懸臂梁2中部 安裝平面的下方，起到支撐懸臂梁2的作用，一根懸臂梁2下可設有1至多個懸臂梁枕塊3， 在懸臂梁枕塊3的下部有豎向抗壓樁8或抗壓沉井9。錨桿或錨索4為具有足夠抗拉強度金屬材料制作而成，陸上基礎通常使用錨桿， 是在錨桿的一端加工螺紋，另一端直接或通過絞繩與錨固體5相聯(lián)接。在地質(zhì)條件較好的 情況下，錨桿可垂直于地平面向下延伸，而在地質(zhì)條件不夠好的情況下，錨桿將以一定的傾 斜角向外下方延伸，每根懸臂梁2至少有一根錨桿和與之相連的錨固體5。
錨固體5為拉力型錨固體，陸上基礎可使用挖掘或鉆孔的方法形成錨固孔，錨固 體5深入地層并錨固在地基內(nèi)，錨固體可采用圓柱型錨桿，局部擴大型錨桿、連續(xù)球體錨桿 和螺旋錨桿，錨固體與錨桿連接，一個錨固體5只與一根錨桿相連。水上基礎的通常使用錨 索，采用永久性系泊錨的形式，這種系泊錨可有多種形式，一種優(yōu)選方案是使用負壓吸力錨 (樁)；錨固體5與錨索相連，并給錨索加載預張力。下面再介紹一下本發(fā)明的實施過程。本實施例圖1所示的用于陸上風力發(fā)電機組的基礎，首先在預定的位置打入若干 個豎向抗壓樁8，使用錨桿鉆機在適當?shù)奈恢勉@孔，下管注漿、安放錨桿、注槳、安放錨具，張 拉鎖定后完成錨桿和錨固體5的施工。然后開挖承臺基礎，在豎向抗壓樁8上澆筑或放置 懸臂梁枕塊3，將懸臂梁2放置在預定的位置，使臂梁枕塊3墊于懸臂梁2下；將錨桿插入 并穿過錨桿孔。在承臺基礎內(nèi)布配鋼筋，將懸臂梁2內(nèi)端面預留的鋼筋和工字鋼與所布配 的鋼筋網(wǎng)架焊接在一起，現(xiàn)場澆筑混凝土，經(jīng)過適當時間的養(yǎng)護后，錨桿伸出部安裝墊鐵， 旋緊固定螺母(此處如圖7和8所示)。本實施例二如圖2所示的用于水上風力發(fā)電機組的基礎，首先在預定的位置構(gòu)筑 抗壓沉井9和錨固體5，錨固體5為永久性系泊錨(如附圖2右側(cè)的錨的形式)或負壓吸力 錨(如附圖2左側(cè)的錨的形式)；在抗壓沉井9上澆筑或放置懸臂梁枕塊3，將懸臂梁2放 置在預定的位置，使臂梁枕塊3墊于懸臂梁2下；在抗壓沉井9內(nèi)布配承臺1的鋼筋，將懸 臂梁2內(nèi)端面預留的鋼筋和工字鋼與所布配的鋼筋網(wǎng)架焊接在一起，現(xiàn)場澆筑混凝土，并 進行養(yǎng)護，這種沉井基礎的型式可以是吸力式桶形基礎也可以是重力固定式基礎。在適當 的地點將永久性系泊錨或負壓吸力錨(即錨固體5)放入水中，在系泊錨上連錨索，將錨索 穿過錨環(huán)2-1的環(huán)內(nèi)，拉緊錨索為其加載適當?shù)念A張力。根據(jù)申請人的介紹，應當可以理解，以上所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明， 并不用于限定本發(fā)明。由本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動應被理解仍處于 本發(fā)明的保護范圍之中。
權(quán)利要求
一種風力發(fā)電機組的基礎，其特征在于具有承臺(1)、懸臂梁(2)、懸臂梁枕塊(3)、錨桿或錨索(4)、錨固體(5)和地基基礎(6)；承受風力發(fā)電機組(7)主要傾覆彎矩的至少三根懸臂梁(2)放射狀分布于承受風力發(fā)電機組(7)主要垂直荷載的承臺(1)的四周；懸臂梁枕塊(3)位于懸臂梁(2)的下方、并且設置在懸臂梁(2)的外端與承臺(1)之間；錨桿或錨索(4)的上端連接于懸臂梁(2)的外端，錨桿或錨索(4)的下端連接于埋入巖土或拋設在水中的錨固體(5)上；承托在承臺(1)和懸臂梁枕塊(3)下方的所述的地基基礎(6)為整片相連的基礎或只需對應于承臺(1)位置和懸臂梁枕塊(3)位置的分塊的基礎。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電機組的基礎，其特征在于所述承臺(1)采用 整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，布配在承臺內(nèi)的鋼筋網(wǎng)架與懸臂梁(2)內(nèi)端伸出的鋼筋或鋼結(jié) 構(gòu)件焊接在一起，整體澆筑后承臺(1)與多根懸臂梁(2)成為一個整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種風力發(fā)電機組的基礎，其特征在于所述懸臂梁(2) 為預制的鋼筋混凝土梁或鋼筋混凝土復合梁或鋼——混凝土組合梁，在懸臂梁(2)的外端 具有可與錨桿或錨索(4)連接的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電機組的基礎，其特征在于所述位于單個懸臂 梁(2)下方的懸臂梁枕塊(3)為1個或多個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電機組的基礎，其特征在于所述懸臂梁(2)的 近外端下方也具有懸臂梁枕塊(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電機組的基礎，其特征在于所述錨固體(5)為 拉力型錨固體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電機組的基礎，其特征在于所述地基基礎(6) 中還具有頂向承臺(1)和/或懸臂梁枕塊(3)的抗壓樁(8)或抗壓沉井(9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電機組的基礎，其特征在于所述錨桿或錨索(4) 上端與懸臂梁(2)外端連接形式是在懸臂梁(2)的外端處開有貫通的孔，錨桿或錨索(4) 的上端穿過該孔并牽制住懸臂梁(2)的外端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電機組的基礎，其特征在于所述錨桿或錨索(4) 上端與懸臂梁(2)外端另一連接形式是將錨桿或錨索(4)上端直接焊接在懸臂梁(2)外 端部的鋼筋網(wǎng)架或鋼結(jié)構(gòu)上，澆筑混凝土后與懸臂梁(2)構(gòu)成一體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風力發(fā)電機組的基礎，其特征在于所述的懸臂梁(2) 的最外端在圓周上形成的最大直徑與所述的風力發(fā)電機組(7)的豎塔的高度之比為0.5 `1 Io
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風力發(fā)電機組的基礎，特別是涉及一種更適用于地質(zhì)條件差的區(qū)域如灘涂或淺海、更能防止風電機組傾覆的大功率風力發(fā)電機組基礎，其結(jié)構(gòu)是承受風力發(fā)電機組主要傾覆彎矩的至少三根懸臂梁放射狀分布于承受風力發(fā)電機組主要垂直荷載的承臺的四周；懸臂梁枕塊位于懸臂梁的下方、并且設置在懸臂梁的外端與承臺之間；錨桿或錨索的上端連接于懸臂梁的外端，錨桿或錨索的下端連接于埋入巖土或拋設在水中的錨固體上；承托在承臺和懸臂梁枕塊下方的地基基礎為整片相連的基礎或只需對應于承臺位置和懸臂梁枕塊位置的分塊的基礎。該基礎除承臺以外的部分可以工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場施工方便，降低了建筑成本。
文檔編號E02D27/42GK101886400SQ201010220039
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者章瑋, 趙文, 郭廷福 申請人:江蘇新譽重工科技有限公司