“风机锚栓基础结构设计及锚栓组件材料采购打捆”的设计管理

田伟辉，张 锋，崔振磊

(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065；2.华电国际宁夏新能源发电有限公司,银川 750002 )

0 前 言

风机基础与塔筒的连接形式有多种，最具代表性为基础环与锚笼环2种。据不完全统计，目前中国已经建成风电场风机塔筒与基础连接95%以上采用的基础环形式，该种连接方式被认为是安全可靠的。随着部分风电场陆续出现基础环松动问题，风机供应商、设计单位、施工单位等各方专家通过多次会诊，目前已基本达成如下共识：基础环直径较大、埋深不足、基础环与周边混凝土连接不可靠，其受力特性相比锚笼环要差。从设计角度来讲，单机容量1.5 MW及以上容量的风机塔筒与基础连接宜采用锚笼环[1-3]。但是，由于当前用于风机塔架与基础连接的锚栓存在材质无相应规程规范、防腐难度大、锚栓断裂不易更换等问题，由此增加的风险成本，风机供应商和设计单位都在回避。

在此前提下，业主推出“风机锚栓基础设计及锚栓组件材料采购打捆”的招标采购形式，相当于EP(设计+采购)承包，投标主体必须是设计院。根据目前市场环境条件，设计单位应充分掌握锚笼环的市场前景，本着尽最大可能的占领市场份额和为业主服务的目标，积极参与投标。只要做好锚栓材料市场调研，进行充分研究，详细设计，发现风险点，做好风险控制和转移，精工细作，做好设计优化工作，就能在新的市场条件下占据主动。

设计单位既要作为设计的主体，同时又是采购的主体，除了要保证结构设计的可靠以外，还应对所需采购锚栓及组件材料的市场情况充分了解，这样才能保证整个项目的风险可控，以使效益最大化。因此，作者针对该新的市场环境条件，对风电项目中“风机锚栓基础设计及锚栓组件材料采购打捆”的设计管理进行简单论述。

1 产品调研

锚笼环高度一般在3.0 m以上，除外露30 cm左右之外，其余部分埋入风机基础混凝土,见图1～2。

图1 锚笼环图

图2 基础图

锚栓组件最重要的承力构件是高强预应力锚固螺栓及替代品，其不同于一般的高强预应力锚固螺栓，且中国没有专门针对风电机组的锚栓设计规程，造成目前市场材料供应良莠不齐。经资料收集整理，目前市场上主要有中船重工713、江苏金海、青海金阳光等单位生产的高强预应力锚固螺栓，以及天津二轧生产的精轧钢筋。

通过掌握资料，首先应由项目负责人通过电话向供货商了解其产品基本性能，产品应用业绩，目前市场价格等，并初步了解其合作意向。

其次，以公司名义向有意向参与合作的供应商发正式询价函件，由供货商按要求填写供货清单、各组件单价、锚栓组件总价，并签字盖章正式回函，承诺只要中标后合作，且价格不会上浮。要求各供应商随同正式回函附带产品性能说明、试验证明材料、认证证明材料、同类业绩证明材料等。

最后，整理供货商回函，对比分析各家业绩及产品性能、价格，以百分制形式进行排序，选出合适的合作单位。由于时间较紧，无法做到对每家供货公司进行实地考察，只能采取有选择性的进行考察调研，落实其公司实力、生产能力、供货能力等。同时，采取与材料供应公司技术人员就设计过程中关注的重点、难点，像螺杆工程面积、屈服强度、抗拉强度、伸长率、材料主要组成成分、防腐措施等进行面对面交流，由技术人员当面进行解答，并反复沟通，做到心中有数。再就是与供货厂家主要负责人当面沟通，表达合作的诚意，落实联络人员，提高后续工作效率和力度。

2 风险控制与转移

高强预应力锚固螺栓本身应用可以说非常成熟，由于其使用条件决定其断裂或松弛无法更换，或处理代价极高，要求设计要加强风险控制。总体来说可以从以下几个方面来控制和转移风险。

2.1 要求共同设计

目前，高强预应力锚固螺栓供应商均具有设计计算的能力，有些厂家还有着十分丰富的经验。因此，设计单位根据风机荷载资料和风电场地形地质条件拟定合理的基础体型，作为锚栓组件设计的依据，要求各家材料供应厂家进行锚栓组件设计，并提供计算分析报告，报告中应包括高强预应力锚栓等级、长度、公称直径、预张拉力级别及取值标准、材料性能、防腐措施等。由于中国目前没有专门用于风力发电机组超长高强预应力锚固螺栓的荷载规范和设计规程，缺乏统一指导，单独一家设计容易出现偏颇。通过多家进行设计，充分展示各自设计理念，设计单位对所提供计算分析成果进行复核对照，查漏补缺，取长补短，更能保证设计安全可靠，经济合理，以降低风险。

2.2 严把材料性能关

根据国内外相关应用经验以及相关规范，对采购的锚栓材料等要有详细严格的要求，主要包括锚栓的外形尺寸、外观质量、材料性能、互换性能、防腐性能等。对于采购的锚栓组件，应参考GB/T 20123-2006、GB/T 20125-2006、GB/T 228.1-2010、GB/T 10120-1996、GB/T 3075-2008、GB/T 229-2007等相关要求，对材料进行无损检测试验、力学性能试验、静载张拉试验、满载张拉试验、应力松弛试验、疲劳荷载试验和低温冲击试验，满足要求的才能够采购加工，从源头上保证的锚栓组件的安全性能[4-9]。

2.3 百分之百出厂检验

锚栓组件中的主要构件无疑是超长高强预应力锚固螺栓，其具有应力高、应变大、张拉困难、断裂补救困难大的特点，给设计工作带来高风险。2011—2013年期间，中国已经发生多个风电场同类受力构件断裂的事故，给设计市场带来巨大冲击。但是，经综合分析，发生事故的风电场无一例外都是材料采用不当(此类材料目前基本已经退出风电市场)，且多数事故发生在张拉过程中。鉴于此，为降低和规避风险，要求材料供应厂商在材料出厂前做到百分之百无损探伤，高强预应力锚固螺栓做到百分之百现场同等条件预张拉，并组织建设方和设计单位联合建造，保证出厂产品安全可靠。

2.4 提供业绩证明

提供业绩证明主要有2个目的：其一是证明其市场认可度，侧面证明其材料质量的可靠性，价格合理；其二是附带提供工程经验，包括施工安装流程、张拉器选择、加载措施、伸长量统计、多年运行应力损失统计、螺杆腐蚀破坏情况和补救措施等，为设计提供参考，降低设计及施工过程中的风险。

2.5 提供认证证明

锚杆质量需要经过行业内第三方认证。这样能进一步规避风险，保证项目的安全性。

3 优化设计

“风机锚栓基础设计及组件材料采购打捆”的招标采购形式，相当于EP承包模式，其本身就是业主为通过竞价控制投资和风险转移所采取的策略。高风险就要有高回报，也就是追求利润最大化。EP承包形式，利润来自设计和采购，设计费数额较小，重在设计优化，在安全可靠的前提下降低工程量；采购主要是经过合同谈判达到材料供应方让利。两者相比，重在设计优化。

(1) 应根据荷载资料和地形地质条件，拟定切实可行的基础体型，包括基础埋置深度、基础直径、底板边缘厚度、基础上台柱直径等，保证基础设计国内领先，具有降低工程造价的竞争优势，提高投标中标的可能性。拟定安全可靠、经济合理的基础体型不是一蹴而就的，需要进行多方案比选。在厂家确定螺杆数量和公称法兰开孔尺寸的前提下，基础埋置深度会带动基础混凝土总量、螺杆长度(影响重量)、基础配筋等多方面变化，投资随之变化，需要进行重复计算以确定最优基础体型，既增加投标竞争优势，同时又要保证中标总价的利润空间。

(2) 重点研究螺杆设计，在保证基本遵守国内相关规范的前提下，认真分析国内规范和国外规范的相同和不同之处，求同存异，借助招标文件中关于国外规范使用的说明，在参数取值方面寻找平衡点，在做到基础设计安全可靠的前提下，争取最大利润空间。

4 结 语

风电设计市场准入门槛较低，竞争非常激烈，对于常规设计各设计单位之间已经无优势可言，只有不断创新和勇于承担风险才能争取更大的市场份额。风险是可控的，风险与利润同在，只要加强设计管理，精心组织，精心设计，就能做到风险可控，就能争取最大的利益，就能保证设计单位在新的市场条件之下，在竞争中处于优势地位。

参考文献:

[1] 李振作.中欧预应力重力式风机基础设计方法分析与比较[J].山西建筑,2014,(21)40，69-71.

[2] 马人乐,孙永良,黄冬平.风力发电塔井格梁板式预应力锚栓基础设计研究[C]//全国结构工程学术会议,2009,434-438.

[3] 张万祥,刘洪海,于春来.新型风力发电机组梁板式预应力锚栓基础应用[J].风能,2012,(05),84-86.

[4] GB/T 20123-2006,钢铁总碳硫含量的测定.高频感应炉燃烧后红外吸收法.(常规方法)[S].北京：中国标准出版社，2006.

[5] GB/T 20125-2006,低合金钢多素的测定 电感耦合等离子体发射光谱法[S].北京：中国标准出版社，2006.

[6] GB/T 228.1-2010,金属材料拉伸试验 第1部分：室温试验方法[S].北京：中国标准出版社，2011.

[7] GB/T 10120-2013,金属应力松弛试验方法[S].北京：中国标准出版社，2013.

[8] GB/T 3075-2008,金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法[S].北京：中国标准出版社，2008.

[9] GB/T 229-2007,金属材料夏比摆锤冲击试验方法[S].北京：中国标准出版社，2008.