風機基礎環(huán)墊板水平度控制的改進方法

陳冰 焦霄杰 王凱 顏慶智

摘 要：在風機基礎施工的過程中，基礎環(huán)的安裝是十分重要的施工環(huán)節(jié)，而基礎環(huán)的水平度控制在風機基礎施工的過程中又是非常重要的一環(huán)?；A環(huán)的安裝不僅要保證安裝方向的正確性，確保基礎環(huán)有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，同時對基礎環(huán)的水平度也有十分高的控制要求。就基礎環(huán)墊板的安裝來講，慣用的施工方法準確性差，效率低，有時還會造成返工。本文基于工程實踐，對風機基礎環(huán)墊板水平度控制的施工方法進行改進，該方法的優(yōu)點是施工簡便，水平度控制精確，大大加快施工進度，降低施工費用，提高施工的安全度。

關鍵詞：風機基礎環(huán);水平度;墊板;地腳調平螺栓;施工工藝

中圖分類號：S216; TU758文獻標識碼：B文章編號：1006-8023（2018）06-0093-03

An Improved Method for Horizontal Degree Control of Fan Base Ring

CHEN Bing， JIAO Xiaojie， WANG Kai， YAN Qingzhi*

（College of Pipeline and Civil Engineering， China University of Petroleum， Qingdao 266580）

Abstract： The installation of fan foundation ring is an important link in the construction of base ring， and the level control of base ring is very important in the process of fan foundation construction. The installation of foundation ring not only ensures the correctness of installation direction， but also ensures that the base ring has sufficient strength， stiffness and stability. At the same time， it also has very high control requirements for the level of the base ring. In terms of the installation of base ring， conventional construction methods are poorly accurate， inefficient， and sometimes can cause rework. Based on the engineering practice， the construction method of the horizontal control of the foundation of the fan foundation is improved. The advantages of the method are simple construction， precise leveling control， greatly speeding up the construction progress， reducing construction cost and improving the safety of construction.

Keywords： Fan foundation ring; level pad; plate foot; leveling bolt; construction technology

0 引言

風能是一種清潔的可再生資源[1]，近年來，我國新建了大量的風電場，但是由于風機建設的施工經驗不足，施工條件十分惡劣，使得施工的質量保證變得十分困難[2]。風機是一種高聳結構，基礎環(huán)的安裝誤差會造成風機塔頂端較大的水平位移，而基礎環(huán)柱下墊板的水平度控制不良，會造成基礎環(huán)的變形，使基礎環(huán)產生較大的安裝誤差。因此墊板的安裝對風機的安裝質量具有重要的影響[3-4]。本文改進了風機基礎環(huán)墊板安裝的施工工藝，該方法比原施工工藝節(jié)約一半時間，同時也提高了施工質量。

1 風力發(fā)電機組基礎工程概況

青島海西風電場250 MW風電工程，安裝26臺，采用上海電氣W200-116-80S型發(fā)電機組，額定功率為2 000 kW，該風電工程的風機基礎為鋼筋混凝土基礎。鋼筋混凝土基礎的圓臺直徑為6 600 mm，基礎環(huán)直徑為4 200 mm，基礎埋深-3 400 mm?；A埋設直徑為4 200 mm的基礎環(huán)，基礎環(huán)下設置3個鋼柱支撐，鋼柱以正三角形分布，每個支柱之間夾角為120°。預埋件布置如圖1所示。

2 風機基礎的施工

2.1 風機基礎施工中的難點

（1）技術難度大：風機塔架為高聳結構，輪轂高80 m，葉輪和機艙總重量138.66 t?；A受到的荷載有慣性力、風荷載等作用[5-8]。

（2）場地地點分散復雜：該工程建設地點主要分布在山地丘陵地區(qū)，風機的布點范圍大且分散，施工機具在每個施工點施工完畢后需要轉場，耗費了大量的時間[9]。

（3）質量要求高：基礎環(huán)墊板的埋設精度要求高，墊板的水平度誤差必須控制在3 mm以內，基礎環(huán)的安裝水平度誤差必須控制在2 mm以內 [10]。

2.2 基礎環(huán)埋設施工工序

首先使用GPS定位基礎環(huán)圓心坐標，按照施工圖放線基礎墊板的位置，進行墊層混凝土的澆筑，澆筑前需核對預埋件的標高，墊層混凝土薄膜養(yǎng)護3 d后開始基礎環(huán)柱腿的焊接。根據施工設計圖對基礎環(huán)鋼柱腿進行焊接[11-12]。

在墊層混凝土的強度到達設計強度70%以后進行基礎環(huán)吊裝作業(yè)。依據風機基礎環(huán)的直徑、質量以及施工現(xiàn)場環(huán)境，選用適當?shù)氖┕C具以及施工方案[13]。

基礎環(huán)的調平按照以下3個步驟進行：①粗調，首先在法蘭上平面選擇對應柱腿位置編號為1、4、7，控制這3個點在同一水平面上，每兩個點之間再插入兩個點。使用兩個千斤頂進行粗調，使1、4、7這3個點的水準儀讀數(shù)相同。②微調，利用電子水準儀對基礎環(huán)上表面均勻布置的9個控制點，調節(jié)千斤頂使基礎環(huán)上平面水平度的誤差值控制在設計的允許范圍內。③精調，在微調后對基礎環(huán)上9個控制點進行重復測量，并調節(jié)基礎環(huán)高度，使得誤差值達到極限誤差的最小值。將基礎環(huán)上下螺栓擰緊撤去千斤頂，然后對9個點核算[15-16]?？刂泣c示意圖如圖2所示。

3 基礎環(huán)墊板的安裝

3.1 基礎環(huán)墊板的施工要求

基礎環(huán)墊板的埋設是一項基礎卻十分重要的施工流程，在該風電工程使用的墊板規(guī)格尺寸為400 mm× 400 mm × 20 mm，墊板底面焊接4個鋼筋撐腳，與鋼筋網片一起埋設。按施工圖進行放線出墊板位置，安裝預埋件時必須控制其水平度范圍在3 mm以內。在澆筑墊層混凝土時，必須設專人利用水平儀對預埋件的標高實施過程監(jiān)控[17]。預埋件墊板安裝實例如圖3所示。

3.2 風機基礎環(huán)墊板原施工工藝

使用電鉆在預埋件位置鉆孔，然后插入支撐鋼筋，用大錘進行錘擊，每錘擊2 ～ 3下，測量其標高，直至鋼筋頂端標高達到設計要求的標高為止。由于施工地區(qū)地質情況為風化巖[18]，錘擊的力度不易控制，使得鋼筋支撐的標高質量也不易控制，通常需要三四個小時完成安裝，而且返工情況比較嚴重。

3.3 風機基礎環(huán)墊板改進施工工藝

將鋼筋支撐改用為圖4的地腳調平螺栓，L1尺寸根據電鉆的型號確定，L2為墊層厚度減去預埋件鋼板的厚度，預制長度為L（L = L1 + L2 -30）的螺桿。螺母可上下擰動有30 mm的調整空間，當螺栓不易調整到規(guī)定的誤差時，可對L1進行調整，直至到要求誤差以內，墊板改進施工工藝如圖4所示。

4 結束語

基礎環(huán)的水平度控制在風電基礎施工過程中是一個重要控制環(huán)節(jié)。在青海海西風電場250 MW風電工程的基礎施工中，對標號7 ～ 25的風電基礎采用了改進后的施工工藝，平均施工時間較原方法縮短了2 h左右，施工質量得到了提高，杜絕了返工情況的發(fā)生，保證了項目的施工進度，創(chuàng)造了較大的經濟效益。通過實踐，本文提出的風機基礎環(huán)墊板水平度控制的改進方法可在今后的風場基礎施工中推廣應用。

【參 考 文 獻】

[1]王熾欣， 王浩， 梁瑞慶.風力發(fā)電機組基礎的力學性能有限元分析[J].武漢大學學報（工學版）， 2009，42（S1）：292-294.

WANG C X， WANG H， LIANG R Q. Finite element analysis of mechanical properties of wind turbine generator set foundations[J]. Engineering Journal of Wuhan University， 2009， 42（S1）：292-294.

[2]盧善云.試論風力發(fā)電風機基礎環(huán)安裝裝置施工工藝[J].中國高新技術企業(yè)，2016（16）：128-129.

LU S Y. Discussion on construction technology of wind turbine foundation ring installation device[J]. China Hi-Tech Enterprise， 2016 （16）：128-129.

[3]劉超， 楊樹耕， 田男. 基于ANSYS的海上風機塔筒的自振特性分析 [J].天津理工大學學報， 2014，30（4）：24-27.

LIU C， YANG S G， TIAN N. The vibration characteristics analysis of offshore wind turbine tower based on ANSYS[J]. Journal of Tianjin University of Technology， 2014，30（4）：24-27.

[4]聞洋， 孫海磊. 風力發(fā)電機塔筒受力性能的試驗[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版）. 2013，29（5）：913-918.

WEN Y， SUN H L. Experimental study of wind turbine tower by force performance[J]. Journal of Shenyang Jianzhu University （Natural Science）， 2013，29（5）：913-918.

[5]包國梁， 韓英， 趙錢.風電場風力發(fā)電機基礎的土建施工[J]. 包鋼科技， 2012，38（5）：73-74.

BAO G L， HAN Y， ZHAO Q. Civil construction for foundation of wind turbines in wind farms[J]. Science and Technology of Baotou Steel， 2012，38（5）：73-74.

[6]LI Q A， MAEDA T， KAMADA Y， et al. Analysis of aerodynamic load on straight-bladed vertical axis wind turbine[J]. Journal of Thermal Science， 2014，23（4）：315-324.

[7]彭文春， 鄧宗偉， 高乾豐，等.風機塔筒流固耦合分析與受力監(jiān)測研究[J]. 工程力學， 2015，32（7）：136-142.

PENG W C， DENG Z W， et al. Fluid-solid interaction analysis and stress monitoring research of wind turbine tower[J]. Engineering Mechanics， 2015，32（7）：136-142.

[8]劉大忠. 風機安裝工藝及質量控制方法[J]. 山西建筑， 2012，38（36）：106-107.

LIU D Z. The installation process and quality control method of fans[J]. Shanxi Architecture， 2012，38（36）：106-107.

[9]WANG X F， ZENG X W， YANG X， et al. Feasibility study of offshore wind turbines with hybrid monopile foundation based on centrifuge modeling[J]. Applied Energy， 2018，209：127-139.

[10]楊新躍， 王建波. 風力發(fā)電風機基礎環(huán)安裝裝置施工工藝? [J]. 云南水力發(fā)電， 2014，30（3）：69-70.

YANG X Y， WANG J B. Construction technology of wind turbine foundation ring installation device[J]. Hydroelectric Power in Yunnan， 2014， 30（3）：69-70.

[11]高鵬飛， 王靜. 分散式風電場風機基礎施工技術[J]. 四川水力發(fā)電， 2016， 35 （4）：137-138.

GAO P F， WANG J. Decentralized wind farm fan foundation construction technology[J]. Sichuan Water Power， 2016， 35（4）：137-138.

[12]ZHANG X W， ZHANG L， WANG F， et al. Research on the unsteady hydrodynamic characteristics of vertical axis tidal turbine[J]. China Ocean Engineering， 2014，28（1）： 95-103.

[13]董志勇. 淺談風力發(fā)電基礎環(huán)施工方法及工藝措施[J]. 甘肅科技，2010，26（19）：131-134.

DONG Z Y. Discussion on construction method and technical measures of foundation ring of wind power generation[J]. Gansu Science and Technology， 2010，26（19）：131-134.

[14]鄭常偉， 喬秋峰，吳瑾. 談風力發(fā)電機基礎施工控制[J].山西建筑.2015，41（26）：102-103.

ZHENG C W， QIAO Q F， WU J. Discussion on the construction control of wind turbine foundation[J]. Shanxi Architecture， 2015， 41（26）：102-103.

[15]高繼峰， 劉蒙蒙， 張文綸. 風機基礎施工關鍵點的控制[J]. 甘肅科技， 2012， 28（15）：78-79.

GAO J F， LIU M M， ZHANG W L. Control of key points in foundation construction of fans[J]. Gansu Science and Technology， 2012， 28（15）：78-79.

[16]黃武立.熱能中心主引風機電機人機界面的功能完善[J].林業(yè)機械與木工設備，2016，44（11）：45-47.

HUANG W L. Perfection of HMI function of main induced draft fan motors in the heat energy center[J]. Forestry Machinery & Woodworking Equipment，2016，44（11）：45-47.

[17]胡敏凡. 淺談風力發(fā)電基礎環(huán)施工方法及工藝措施[J].廣東科技， 2012，（19）：69-70.

HU M F. Discussion on construction methods and technological measures of foundation ring of wind power generation[J]. Guangdong Science and Technology， 2012（19）：69-70.

[18]SHI Z M， JIANG T， JIANG M J， et al. DEM investigation of weathered rocks using a novel bond contact model[J]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering， 2015， 7（3）：327-336.