预应力钢混结构风力发电机组基础施工

预应力钢混结构风力发电机组基础施工

屈浩

西北水利水电工程有限责任公司

摘要：在现代能源结构转型的驱动下，风力发电作为可再生能源的重要组成部分，其发电机组的建设与施工技术愈发关键。其中，预应力钢混结构在风力发电机组基础施工中的应用，因其高效、稳定和环保的特性，引起了业界的广泛关注。本文将深入探讨预应力钢混结构在风力发电机组基础施工中的具体实施策略，以及其对项目质量和效率的提升作用。

关键词：预应力钢混结构；风力发电机组；基础施工

一、引言

随着全球对可再生能源需求的日益增长，风力发电作为清洁、可再生的能源形式，其在能源结构中的比例正在不断提高。在风力发电系统中，风电机组的塔筒和基础结构承担着至关重要的角色，它们不仅要承受巨大的动态载荷，如风力、地震力以及机械载荷，还需要保证在极端气候条件下的长期稳定运行。预应力钢混结构作为一种创新且高效的塔筒和基础设计，逐渐成为提升风力发电机组安全性和经济性的关键技术。

二、预应力钢混结构基础设计

预应力钢混结构基础设计是整个风力发电机组安全运行的基石。这一设计过程必须遵循严谨的科学原则，确保结构在各种工况下的稳定性和耐久性。本节将深入探讨预应力钢混结构基础设计的关键要素，包括设计原则、计算方法以及影响结构性能的关键参数。

1.设计原则

在预应力钢混结构基础设计中，首要原则是满足结构的安全性，同时兼顾经济性和施工便利性。设计过程中，需遵循以下原则：

承载能力极限状态设计：结构应能在正常使用条件下承受包括风载、地震载等在内的所有预期荷载，且不发生破坏。

正常使用极限状态设计：结构在预期的使用条件下，有足够的耐久性和适用性，如裂缝宽度、挠度等不得超过允许限值。

经济性原则：在满足安全和使用要求的前提下，优化结构设计，减少材料和施工成本。

施工可行性：设计应考虑到施工技术的成熟度，确保混凝土浇筑等工艺的顺利进行。

2.计算方法

预应力钢混结构的计算方法主要包括结构分析和连接设计。其中，结构分析主要依据《陆上风电机组混凝土-钢混合塔筒和基础设计标准》和《风力发电机组预应力混凝土塔筒与基础结构设计标准》等，采用有限元分析法对结构进行内力、位移和应力的预测。连接设计则关注塔筒与基础、钢与混凝土的连接部位，确保在受力状态下能够协同工作。

3.关键参数

设计过程中，关键参数的确定对结构性能有直接影响：

混凝土的强度和性能：混凝土的抗压强度、收缩性、徐变以及抗裂性等参数，对结构的承载能力和耐久性有决定性影响。

钢混结合部位的设计：混塔结合部位的连接形式、接触面处理和预应力传递方式，对结构的受力性能至关重要。

锚固体系：锚固体系的强度和稳定性，直接影响预应力筋的锚固效果，从而影响整个结构的承载力。

4.案例分析

以吴起蓝奥风电项目为例，本工程风机基础采用桩承台式基础，风机基础工程依据《风力发电工程施工与验收规范》（GB/T 51121-2015）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2015）、《大体积混凝土施工标准》（GB 50496-2018）《风电机组混凝土-钢混合塔筒施工规范》NB/T 10908-2021等相关规范标准施工。

本工程承台基础体型外轮廓线直径为20.6m，垫层外扩10cm，共分为Ⅰ、Ⅱ区布置，Ⅰ区内径为10.78m，Ⅱ区内径为8.3m，共有30个预埋预应力管道。本承台基础主要工程量有：挖方量1338m³，垫层C20混凝土49m³，基础C40混凝土589m³，其中Ⅰ区100m³，Ⅱ区489m³。基础混凝土可整体一次浇筑或分区浇筑。若采用分区浇筑，两区间留有施工缝，浇筑上层混凝土之前应进行凿毛处理。II 区基础混凝土或整体浇筑基础混凝土应一次浇筑完成， 浇筑时间应控制在12h以内。施工空腔底板向集水坑做坡2%。为保证承台基础施工质量，本工程前期计划分区浇筑，当施工技术成熟后，考虑采用一次整体浇筑。

项目中，通过精确的计算和优化设计，不仅保证了结构的安全性，而且大大节省了施工时间和成本。

预应力钢混结构基础设计是通过科学原则指导，结合严谨的计算方法和精确的参数控制，以实现风力发电机组基础的高效、安全、耐久。在实际应用中，设计师需要根据项目特点灵活运用设计原则和方法，以确保基础结构在各种工况下稳定可靠，从而促进风力发电事业的持续发展。

三、施工技术与流程

在预应力钢混结构风力发电机组基础施工中，严谨的流程和精湛的工艺是确保结构安全和性能的关键。这一过程涵盖了多个步骤：混凝土灌注桩施工、基础开挖、垫层浇筑、破桩头、承台基础钢筋绑扎、预应力穿线管安装、承台基础模板支设及预埋件安装、承台基础混凝土浇筑、检验验收、基础回填。我们将详细梳理这些步骤，并介绍其中的关键技术与质量控制措施。

1.混凝土灌注桩施工

混凝土灌注桩施工是风力发电机组基础施工的关键环节。首先，根据设计图纸确定桩位，进行桩基定位。然后，采用钻孔或静压法进行成孔，确保孔径和孔深符合设计要求。在成孔过程中，要严格控制泥浆质量，防止塌孔。成孔后，进行清孔，清除孔内泥浆和杂物。接着，进行钢筋笼制作和安装，钢筋笼应按照设计要求进行焊接，确保其位置准确。最后，进行混凝土灌注，采用连续灌注法，确保混凝土密实，无空洞。

2.基础开挖

基础开挖前，需对场地进行平整，清除地表杂物。根据设计图纸，确定基础开挖范围和深度。采用机械开挖，确保开挖尺寸准确。在开挖过程中，要注意保护地下管线和设施，防止损坏。开挖完成后，对基础坑底进行平整，清除松散土层，确保基础坑底坚实。

3.垫层浇筑

在基础坑底平整后，进行垫层浇筑。垫层材料通常采用C15混凝土，厚度根据设计要求确定。浇筑前，对基础坑底进行清理，确保无杂物。采用平板振动器进行振捣，确保垫层混凝土密实。

4.破桩头

桩基施工完成后，需对桩头进行处理。根据设计要求，采用切割、爆破等方法破除桩头。破桩头过程中，要注意安全，防止发生意外。

5.承台基础钢筋绑扎

承台基础钢筋绑扎是确保基础结构稳定的关键环节。根据设计图纸，确定钢筋规格、间距和绑扎方式。采用绑丝、焊接等方法进行钢筋绑扎，确保钢筋位置准确、牢固。

6.预应力穿线管安装

预应力穿线管安装是预应力钢混结构的关键技术之一。根据设计要求，确定穿线管规格和位置。采用机械或人工方法进行穿线管安装，确保其位置准确、牢固。

7.承台基础模板支设及预埋件安装

承台基础模板支设是确保混凝土成型质量的关键环节。根据设计图纸，确定模板规格和支设方式。采用钢模板、木模板等材料进行支设，确保模板牢固、平整。同时，进行预埋件安装，确保其位置准确。

8.承台基础混凝土浇筑

承台基础混凝土浇筑是确保基础结构质量的关键环节。根据设计要求，确定混凝土配合比和浇筑顺序。采用泵送或人工浇筑方法进行混凝土浇筑，确保混凝土密实、无空洞。

9.检验验收

混凝土浇筑完成后，进行检验验收。检查混凝土强度、钢筋位置、模板拆除情况等，确保基础结构符合设计要求。

10.基础回填

基础回填是确保基础稳定性的关键环节。根据设计要求，选择回填材料，如砂石、土等。采用分层回填、压实等方法，确保基础回填密实。

通过精准的施工流程和严格的质量控制，预应力钢混结构风力发电机组基础能够确保在极端环境和长时间运行下的安全稳定。随着技术的进步，施工工艺的不断优化，预应力钢混结构在风力发电领域的应用将更加广泛，为推动绿色能源的可持续发展提供强有力的技术支撑。

结束语

总而言之，预应力钢混结构在风力发电机组基础施工中的应用，不仅优化了施工工艺，提高了基础的承载能力和耐久性，还为降低整体工程成本和环境影响提供了可能。随着技术的不断进步和经验的积累，我们有理由相信，预应力钢混结构将在未来风力发电领域发挥更加重要的作用，助力绿色能源的可持续发展。