风机基础环垫板水平度控制的改进方法

陈冰 焦霄杰 王凯 颜庆智

摘 要：在风机基础施工的过程中，基础环的安装是十分重要的施工环节，而基础环的水平度控制在风机基础施工的过程中又是非常重要的一环。基础环的安装不仅要保证安装方向的正确性，确保基础环有足够的强度、刚度和稳定性，同时对基础环的水平度也有十分高的控制要求。就基础环垫板的安装来讲，惯用的施工方法准确性差，效率低，有时还会造成返工。本文基于工程实践，对风机基础环垫板水平度控制的施工方法进行改进，该方法的优点是施工简便，水平度控制精确，大大加快施工进度，降低施工费用，提高施工的安全度。

关键词：风机基础环;水平度;垫板;地脚调平螺栓;施工工艺

中图分类号：S216; TU758文献标识码：B文章编号：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

风能是一种清洁的可再生资源[1]，近年来，我国新建了大量的风电场，但是由于风机建设的施工经验不足，施工条件十分恶劣，使得施工的质量保证变得十分困难[2]。风机是一种高耸结构，基础环的安装误差会造成风机塔顶端较大的水平位移，而基础环柱下垫板的水平度控制不良，会造成基础环的变形，使基础环产生较大的安装误差。因此垫板的安装对风机的安装质量具有重要的影响[3-4]。本文改进了风机基础环垫板安装的施工工艺，该方法比原施工工艺节约一半时间，同时也提高了施工质量。

1 风力发电机组基础工程概况

青岛海西风电场250 MW风电工程，安装26台，采用上海电气W200-116-80S型发电机组，额定功率为2 000 kW，该风电工程的风机基础为钢筋混凝土基础。钢筋混凝土基础的圆台直径为6 600 mm，基础环直径为4 200 mm，基础埋深-3 400 mm。基础埋设直径为4 200 mm的基础环，基础环下设置3个钢柱支撑，钢柱以正三角形分布，每个支柱之间夹角为120°。预埋件布置如图1所示。

2 风机基础的施工

2.1 风机基础施工中的难点

（1）技术难度大：风机塔架为高耸结构，轮毂高80 m，叶轮和机舱总重量138.66 t。基础受到的荷载有惯性力、风荷载等作用[5-8]。

（2）场地地点分散复杂：该工程建设地点主要分布在山地丘陵地区，风机的布点范围大且分散，施工机具在每个施工点施工完毕后需要轉场，耗费了大量的时间[9]。

（3）质量要求高：基础环垫板的埋设精度要求高，垫板的水平度误差必须控制在3 mm以内，基础环的安装水平度误差必须控制在2 mm以内 [10]。

2.2 基础环埋设施工工序

首先使用GPS定位基础环圆心坐标，按照施工图放线基础垫板的位置，进行垫层混凝土的浇筑，浇筑前需核对预埋件的标高，垫层混凝土薄膜养护3 d后开始基础环柱腿的焊接。根据施工设计图对基础环钢柱腿进行焊接[11-12]。

在墊层混凝土的强度到达设计强度70%以后进行基础环吊装作业。依据风机基础环的直径、质量以及施工现场环境，选用适当的施工机具以及施工方案[13]。

基础环的调平按照以下3个步骤进行：①粗调，首先在法兰上平面选择对应柱腿位置编号为1、4、7，控制这3个点在同一水平面上，每两个点之间再插入两个点。使用两个千斤顶进行粗调，使1、4、7这3个点的水准仪读数相同。②微调，利用电子水准仪对基础环上表面均匀布置的9个控制点，调节千斤顶使基础环上平面水平度的误差值控制在设计的允许范围内。③精调，在微调后对基础环上9个控制点进行重复测量，并调节基础环高度，使得误差值达到极限误差的最小值。将基础环上下螺栓拧紧撤去千斤顶，然后对9个点核算[15-16]。控制点示意图如图2所示。

3 基础环垫板的安装

3.1 基础环垫板的施工要求

基础环垫板的埋设是一项基础却十分重要的施工流程，在该风电工程使用的垫板规格尺寸为400 mm× 400 mm × 20 mm，垫板底面焊接4个钢筋撑脚，与钢筋网片一起埋设。按施工图进行放线出垫板位置，安装预埋件时必须控制其水平度范围在3 mm以内。在浇筑垫层混凝土时，必须设专人利用水平仪对预埋件的标高实施过程监控[17]。预埋件垫板安装实例如图3所示。

3.2 风机基础环垫板原施工工艺

使用电钻在预埋件位置钻孔，然后插入支撑钢筋，用大锤进行锤击，每锤击2 ～ 3下，测量其标高，直至钢筋顶端标高达到设计要求的标高为止。由于施工地区地质情况为风化岩[18]，锤击的力度不易控制，使得钢筋支撑的标高质量也不易控制，通常需要三四个小时完成安装，而且返工情况比较严重。

3.3 风机基础环垫板改进施工工艺

将钢筋支撑改用为图4的地脚调平螺栓，L1尺寸根据电钻的型号确定，L2为垫层厚度减去预埋件钢板的厚度，预制长度为L（L = L1 + L2 -30）的螺杆。螺母可上下拧动有30 mm的调整空间，当螺栓不易调整到规定的误差时，可对L1进行调整，直至到要求误差以内，垫板改进施工工艺如图4所示。

4 结束语

基础环的水平度控制在风电基础施工过程中是一个重要控制环节。在青海海西风电场250 MW风电工程的基础施工中，对标号7 ～ 25的风电基础采用了改进后的施工工艺，平均施工时间较原方法缩短了2 h左右，施工质量得到了提高，杜绝了返工情况的发生，保证了项目的施工进度，创造了较大的经济效益。通过实践，本文提出的风机基础环垫板水平度控制的改进方法可在今后的风场基础施工中推广应用。

【参 考 文 献】

[1]王炽欣， 王浩， 梁瑞庆.风力发电机组基础的力学性能有限元分析[J].武汉大学学报（工学版）， 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]卢善云.试论风力发电风机基础环安装装置施工工艺[J].中国高新技术企业，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]刘超， 杨树耕， 田男. 基于ANSYS的海上风机塔筒的自振特性分析 [J].天津理工大学学报， 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]闻洋， 孙海磊. 风力发电机塔筒受力性能的试验[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版）. 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]包国梁， 韩英， 赵钱.风电场风力发电机基础的土建施工[J]. 包钢科技， 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， 邓宗伟， 高乾丰，等.风机塔筒流固耦合分析与受力监测研究[J]. 工程力学， 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]刘大忠. 风机安装工艺及质量控制方法[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]杨新跃， 王建波. 风力发电风机基础环安装装置施工工艺  [J]. 云南水力发电， 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]高鹏飞， 王静. 分散式风电场风机基础施工技术[J]. 四川水力发电， 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. 浅谈风力发电基础环施工方法及工艺措施[J]. 甘肃科技，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]郑常伟， 乔秋峰，吴瑾. 谈风力发电机基础施工控制[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]高继峰， 刘蒙蒙， 张文纶. 风机基础施工关键点的控制[J]. 甘肃科技， 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.热能中心主引风机电机人机界面的功能完善[J].林业机械与木工设备，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. 浅谈风力发电基础环施工方法及工艺措施[J].广东科技， 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.