浅谈风机基础环施工方法及处理措施

(中国水利水电第四工程局有限公司西南分局，成都，610091)

1 前言

风机属于高耸建筑物，基础环在水平方向上有较小的倾斜，都将引起塔筒顶端较大的水平偏心距。根据1500kW风机的相关参数，可以计算出塔筒顶部的水平偏心距约为基础环竖向最大偏差的17倍。基础环安装平整度成为各施工单位的一大难点和质量控制重点，而风电施工现场往往气候环境恶劣，相邻风机间距较大，作业面广，使得风机基础施工困难，造成基础环施工质量参差不齐，严重影响了风机的正常安全运行，风机基础环的施工质量成了保证风力发电机组能否正常运行的重要影响因素。

2 工程概况

新疆哈密三塘湖弘毅风电场一、二期工程，建设装机规模为99MW，安装66台单机容量1500kW的风电机组。风机基础型式为钢筋混凝土扩展基础。基础直径16.5m，基础圆台直径6.2m，基础埋深2.65m，基础混凝土采用C40F150，一个基础的混凝土量约343m3。外径4.2m，重约6.7t。基础环下均设3个钢制支腿，3个支腿呈正三角形布置。支腿采用长度为1.53m的175mm×175mm×7.5mm×11mmH型钢制作，H型钢两端焊接20mm厚钢板，支腿下部焊接固定在垫层内预埋的20mm垫板上，上部通过M30螺栓与基础环连接。

3 施工特点

3.1 技术难度大

基础环为支撑高耸结构的基础设备预埋件，埋件上固定支撑塔筒高度一般在40m～80m；其顶部装有较大垂向机组荷载可达60t～90t；侧向又有较大的风荷载作用。

3.2 建设地点分散、施工机具移动频繁

由于风电场规模较大，风机布点范围大而分散，每台风机的施工作业完成后，需立即转场至另一施工点，建设地点分散、施工机具移动频繁，为此，需要合理安排分部分项工程及工序交叉作业。

3.3 质量要求高

风机基础的施工质量直接关系到风机的顺利安装并投入正常使用，质量要求较高。因此，要求基础环安装必须达到设计要求的水平精度(基础环安装水平度要求允许误差在2mm以内，混凝土浇筑完成后基础环水平度要求允许误差在3mm以内)，方能保证基础环以上塔筒的垂直度符合规范要求。

4 施工方法

施工工艺流程：成品验收→垫板埋设→基础环支柱焊接→基础环吊装→基础环的粗调及固定→基础浇筑过程中的反复校正→基础环安装后的最终复核。

4.1 成品验收

(1)基础环规格型号与设计相符，表面涂层完整无损，上法兰表面平整度达标(±1.5mm以内)；

(2)支腿长短一致，H型钢无扭曲变形，并与两端钢板焊接牢固，焊缝饱满；

(3)预埋垫板规格与设计相符；

(4)螺栓螺帽配套，丝扣完好无损。

4.2 垫板埋设

(1)预埋钢板规格为300mm×300mm×20mm。该垫板由厂家提供，质量应合格，并提前进场，以满足施工所需；

(2)每一基础均设3块垫板，基础环埋件的安装在浇筑垫层前应先根据图纸设计几何尺寸及具体位置进行预埋，先在基坑内设南北向与东西向相互垂直的两条控制线，并埋入控制木桩，同时将垫层顶标高引测到木桩上；

(3)3块垫板呈正三角形布置，埋设时必须按设计位置定位准确。为准确控制3块垫板的相对位置，采用三根<φ14的钢筋焊接成一个正三角形作为定位模具，其边长即为相邻二块垫板的中心距离，同时在垫板表面画出十字交叉中心线；

(4)先定出第一块垫板的位置(正南或正北)，然后采用定位模具测定另外两块垫板的位置；

(5)垫板就位后，先将第一块垫板准确定位，采用手锤轻击垫板表面，使四角水平，表面标高与垫层顶标高一致(水准仪观测)后将垫板固定牢靠。随后采用定位模具精确测定另外两块垫板的平面位置(垫板中心与模具顶点重合)，采用水准仪测定其表面高差小于1mm后予以固定；

(6)垫板固定后再浇筑垫层混凝土，垫层顶标高与垫板顶标高一致，混凝土浇筑时不得碰撞扰动垫板。

4.3 基础环支柱焊接

基础环支柱焊接应在垫层浇筑完毕养护3d后进行，首先校对预埋件的标高，并依据设计基础支柱中心线现场放样，然后进行焊接，要求焊缝质量符合焊接规范。为了保证支柱绝对垂直，焊接时在支柱两个侧面固定水平尺进行控制。焊缝饱满连续，焊渣清除干净。

4.4 基础环吊装

(1)垫层混凝土达到70%设计强度(浇筑后约7d)后进行基础环吊装作业。为抢赶施工进度，在不破坏垫层混凝土的前提下，可将吊装时间适当提前，但时间间隔不宜少于3d，提出申请报监理审批；

(2)吊装前先用水准仪复核预埋件表面标高，其高差不应大于1mm；

(3)基础环的吊装宜优先选用二点起吊法，即采用二台25t汽车吊在基础环的两个方向同时抬吊。在抬吊前先由一台汽车吊在合理的位置就位，将基础环吊装至基础内，然后再将另一台汽车吊在相对的地方就位，要求两台汽车吊基本形成120°夹角。在汽车吊就位过程中，安排作业人员将基础环吊点均分，三点挂牵引绳，再进行起吊。起吊时力求二台汽车吊同时拨杆，保证基础环基本平稳。以基础环三根支柱中心点为参照匀速水平旋转推移，待吊至支柱上顶面后，再由操作工人拉牵引绳配合汽车吊进行缓慢旋转，直至基础环下孔基本与支柱螺栓点对中，然后在操作平台上部每点二人进行牵引，使基础环下孔完全与螺栓吻合再发号施令匀速安全降落，之后立即对螺栓进行紧固。该环节施工的要点侧重于：统一指令，起吊同步，沉稳细心，配合密切，干净利落。

4.5 基础环的调平

(1)基础环吊装就位后，由技术员汇同监理单位、测量人员与调平人员对该基础环进行粗调。基坑上口架设二台水准仪，粗调前预备3个1.5t～2.0t的小型液压千斤顶，配制专用工具，指定2个专人进行调平。首先采用三点调平，即在三个支柱相对应的基础环上部安放加工好的测尺，由测量人员逐点观测水平高差并记录数据，在三点观测中可视任意点为基准点，观测基础相对正负误差，对高点原则上不动，对低点顶升。顶升时，先行旋松紧固螺母，然后安放千斤顶，匀速顶升。一般来说，每一丝扣约为2mm，顶升过程中以丝扣为参照物进行调节，待认为达到可调范围之后，再匀速降低千斤顶，采用扳手上下紧固丝杆螺母，再行观测直至三点基本水平，此为粗调；

(2)精确调平是将基础环按圆周均分为12点，在每点上依次编号做好标记。先调1、5、9点使其三点相对误差控制在1mm范围之内；再调3、7、11点使该三点与1、5、9点相对水平误差控制在1mm范围内；使该六点高低差均控制在1mm范围内；最后再调2、4、6、8、10、12点。在调平过程中不论观测何点，均以1、5、9点基座处丝杆进行调平。以丝杆的丝扣为准，由二丝变调为一丝，由一丝变调为半丝，使误差控制在±1mm允许偏差范围之内。最终固定，使丝杆螺母上下均紧固；

(3)在钢筋绑扎完成，混凝土浇筑之前，再次观测各点。观测其水平差是否变化。如果变化，再次用同样方法调平。一般来说，在第一次精确调平紧固丝杆螺母后，其水平度不会变化。但是为确保基础环成型后的水平度，在混凝土浇筑至基础环下部丝杆处时暂停浇筑，由项目技术员会同监理单位现场负责人，再次观测记录基础环水平度，确认水平度是否控制在允许范围之内，确认无误后再行浇筑，保证基础环埋设满足设计要求。

4.6 基础浇筑过程中的校核

跟踪观测，为保证最终的安装结果准确无误，混凝土施工中应用全站仪及水准仪进行跟踪测量，使基础环上法兰平整度达到2mm的精度要求。浇筑混凝土时应控制混凝土布料均匀上升，避免混凝土由于上升高度不一致对支撑螺栓产生侧压力，且振捣时避免振捣棒碰撞支撑件。

4.7 基础混凝土浇筑成型后的最终复核

在基础浇筑成型后，经养护、防腐、基础回填后，在塔筒安装前应会同监理单位、安装单位对基础环进行质量检查，复测验收，并记录数据，作为二次安装的参考数据。

5 影响基础环平整度的原因及平整度超标处理措施

5.1 影响平整度的原因

(1)基础环自身的出厂平整度达不到设计要求；

(2)基础基坑碾压不实，垫层在基础环安装后产生不均匀沉降；

(3)钢筋绑扎过程中，人为碰撞丝杆，扭动支柱；

(4)基础混凝土浇筑过程中，混凝土布料不均，或振动棒、布料管撞击基础环，造成水平度变化；

(5)基础环在调平时操作不认真，出现人为误差或调平后丝杆上下螺母紧固不到位。

5.2 平整度超标处理措施

当风机基础混凝土浇筑完成后，发现基础环水平度偏差超过设计允许值时，采用凿除重建显然对工期要求和经济效益来说都是不可取的，应按照设计要求对风机基础环或者塔筒进行严格处理，以保证风机塔筒的最终竖直度，特提出两种处理措施：

(1)打磨基础环上法兰。对绝对高差小于5mm的基础环采用人工打磨，满足打磨后基础环的水平度小于±2mm的设计要求。具体打磨方法如下：

①复测数据，在基础环法兰面上分24等分内外划线确定打磨量；

②用刚玉砂轮人工粗打磨留线，保持好打磨面平整度；

③测量水平面，每点做好记录后进行细打磨，确保达到水平度要求的基准面；

④以24个基准面为基准打磨其它平面，反复测量打磨以达到水平度要求，同时注意保持好内倾角。

(2)配对加工底段塔筒下法兰或法兰垫圈。对绝对高差大于5mm的基础环，采用在工厂机加工方式一对一地配对塔筒下法兰或单独加工法兰垫圈，具体处理方法为：根据现场基础环法兰的水平度测量，确定塔筒下法兰或法兰垫圈加工尺寸并一对一地编号到加工图。由于塔筒下法兰或法兰垫圈做了特殊加工，理论上该对法兰结合面有轻微倾斜，建议对法兰面采用钢质修补剂替代普通密封胶，以增加法兰结合面的摩擦力和稳定性能。

6 结语

风电作为开发可再生能源，对改善能源结构、缓解资源供需矛盾、保护生态坏境，实现经济、社会和自然的协调健康可持续发展，具有十分重要的意义。在方兴未艾的风电市场上，积累风电建设施工技术管理经验，抓住风电开发良机，拓展工程局的风电市场，其意义重大。