风电超高混凝土塔筒体内预应力施工及监测技术研究

黄汉斌 简铃方 王波 王雄彪 彭渝舒 王晓琳

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2107-5640-0187

摘  要：当前，风电塔筒主要采用钢塔筒或者钢混组合塔筒结构形式，超高型混凝土塔筒作为一种新的结构形式，由于其能够有效地提升整机发电量、降低维护成本，得到快速的发展及推广应用。本文结合新疆哈密某风电场工程项目，对超高混凝土塔筒体体内预应力施工及监测技术应用进行了研究，可为类似结构提供参考。

关键词：高层建筑  框架结构  无缝钢管  管棚加固

中图分类号：TU3                              文献标识码：A                 文章编号：1674-098X（2021）06（b）-0004-03

Research on prestressed construction and monitoring technology in Ultra-high concrete tower of wind power

HUANG Hanbin  JIAN Lingfang  WANG Bo  WANG Xiongbiao  PENG Yushu  WANG Xiaolin

（Liuzhou OVM Machinery Co.， Ltd.， Liuzhou， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 545006  China）

Abstract： At present， wind power tower drum mainly adopts the structure form of steel tower drum or steel-concrete composite tower drum. As a new structure form， ultra-high concrete tower drum is rapidly developed and applied because it can effectively improve the power generation of the whole machine and reduce the maintenance cost. Combined with a wind power plant project in Hami， Xinjiang， this paper studies the application of prestressed construction and monitoring technology in the body of ultra-high concrete tower cylinder， which can provide reference for similar structures.

Key Words： Wind power; Ultra-high concrete tower; Prestressed construction; Monitoring technology

随着风力发电技术的不断突破，风能作为一种成熟利用的可再生清洁能源，得到了国家的大力发展推广。风力塔筒采用超高型混凝土塔筒新型结构可提高整机发电量、降低建设维护成本。塔筒结构在承受外荷载之前，对塔筒内部预应力束进行张拉，以提升塔筒结构的整体刚度，提高整体抗风荷载能力，改善风机组运营过程塔筒结构的耐疲劳性[1]。本文结合实际工程研究120m超高混凝土塔筒的预应力施工工法及监测技术，为类似结构设计与应用提供参考和借鉴。

1  项目工程概括

新疆哈密某风电厂C共采用100台混凝土塔筒，塔筒行间距约260m，排间距约1.6km。混凝土塔筒高120m，共30段，每段高約4m，使用体内预应力连接。单个塔共40束体内预应力索，每束由4根φ15.2钢绞线组成，采用φ60金属波纹管成孔。监测的每个节段预制时预埋安装预应力索索力监测磁通量传感器，单个塔筒安装20台监测点。

2  混凝土塔筒体内预应力方案设计

2.1 体内预应力束的布置

混凝土塔筒采用体内有粘结预应力钢绞线连接，单根钢绞线规格15.2mm，抗拉强度1860MPa。塔筒内共计40个预应力孔道，每个孔道内含有4根钢绞线（1束），预应力孔道（束）布设如图1所示。

2.2 锚具的结构及尺寸

锚具是一种锚固装置，其作用是保持预应力索的拉力并将其传递到混凝土结构上[2]。本项目选用OVM.M15A型锚具结构，结构形式如图2所示，单套锚具应含锚板、夹片、锚垫板/钢垫板、螺旋筋共4种零件。

圆锚的锚垫板上设置有灌浆孔或排气孔。灌浆孔孔位符合灌浆工艺要求，可直接与灌浆管螺纹连接。锚垫板上有4个螺纹安装孔，可在模板上安装定位。

2.3 体内预应力束索力监测设计

根据预应力束特点选用具有测量精度高、长期稳定性好、非接触式测量、使用寿命长等优点的磁通量传感器进行监测，磁通量传感器在节段预制前提前套接在φ60金属波纹管外，数据线缆通过预留孔引出，接入系统测量。磁通量传感器结构及测点布设示意如图3所示。

3  混凝土塔筒体内预应力施工与监测

预应力的施工方案设计主要风电现行相关标准及规范执行[3-5]，主要涉及包括预埋件安装、钢绞线下料、钢绞线穿束、钢绞线张拉、灌浆、封锚等施工工序。

3.1 预埋件安装

预埋件涉及到金属波纹管、锚具、磁通量传感器的安装，在预制塔筒时将预埋件安装在相应的设计位置（如图4所示）。

3.2 钢绞线下料

在各塔底附近利用2T卷扬机牵引下料，要求下料场地平整、无堆积杂物且坚实。下料时地面上应再铺一层彩条布或帆布，以保护钢绞线表面不受损伤或防止弄脏钢绞线。将每4根钢绞线编成一束，等间隔绑扎一道，编好束的钢绞线应平行、顺直、无交叉[3]。

钢绞线下料长度计算公式：

L=L0+A1+A2+L1+L2 （1）

式（1）中：L0表示上端锚垫板顶面与下端锚垫板底面间距（mm）;A1表示张拉端锚具厚度（mm）;A2表示固定端锚具厚度（mm）;L1表示张拉端钢绞线工作长度（mm）;L2表示固定端钢绞线外露长度（mm）。

3.3 钢绞线穿束

考虑到安全性及便捷性，项目钢绞线选用底部穿束的方式。如图5所示，步骤及要求如下。

（1）穿束前用空压机的压缩空气将波纹管内的细小杂物清除。

（2）将3T卷扬机布置于塔筒基础附近，将吊架吊到塔筒相应节段并固定好，将钢丝绳顺着预埋波纹管下放至塔筒底部与钢绞线束连接，吊装系统将钢绞线束从下往上牵引。

（3）牵引到位后固定好两端锚具，保证下端外露钢绞线工作长度，用夹片将其锁住，并用240Q型千斤顶对单根进行预紧。

（4）安装卷扬机固定于每个塔的塔底附近，上端分别利用自加工临时吊架作为临时反力点，布置导向滑轮。

重复上述操作，直至将全部孔道内的钢绞线穿束完成。

3.4 钢绞线张拉

3.4.1 张拉总体要求

混凝土试块强度达到设计要求后，才能开始张拉。张拉工艺如下：采用单端张拉、分级张拉工艺，在塔基础位置按2个点同时对称张拉。预应力筋张拉以“双控”控制，即以应力控制为主，伸长值作为校核。张拉过程中实际伸长值与计算伸长值的需要控制在±5%[4-5]。

3.4.2 张拉前准备

张拉设备的选择采用OVM公司生产的YCW100B千斤顶及匹配的电动油泵。油泵和千斤顶一一对应标定，使用过程中不得串换[2]。张拉前需保证锚具槽内、锚板、夹片等的清洁，检查锚具及千斤顶的安装准确性。

3.4.3 张拉控制与监测

张拉采用控制应力与伸长值双控进行，按设计力的10%、30%、50%、70%、100%分5级进行张拉。在分级张拉过程中，要使油泵上升速度稳定同步，以保证钢束受力均匀，摩阻损失较小;张拉速度不宜过快，严禁猛打油压，操作人员送油均匀，使油压值稳步缓慢两端同步上升[6]。分级张拉过程中需同步磁通量传感器监測体内预应力索力，张拉到位后需连续监测3d索力值变化情况。

3.5 灌浆

预应力张拉作业完成后7d内必须完成灌浆[6-7]。灌浆前切除多余钢绞线，钢绞线露出夹片外长度必须不小于40mm。其中对灌浆设备、灌浆材料以及灌浆实施工艺如下：灌浆设备主要选择高速搅拌机和柱塞式灌浆泵。根据设计灌浆材料参数配比，将灌浆料和水按照比例倒入搅拌罐内，保证浆体搅拌均匀后，打开搅拌罐阀门让浆体经过网筛后流入储浆罐，保证灌浆时的连续性，并且浆体从拌制完成到灌浆完成时间不多于40min。

3.6 锚固端封端保护

预应力灌浆完成后上好保护罩，对预应力两端保护罩及外露锚垫板进行防腐刷漆以完成安装。

4  结语

本文结合120m超高混凝土塔筒的结构特性，对塔筒体内预应力施工安装及监测技术进行了专项研究设计，项目中采用底部穿束方式提升施工效率，采用控制应力和伸长值双控模式保证预应力束张拉质量，确保预应力有效地施加到塔筒结构中，保证项目施工进度与质量，可为类似工程提供借鉴经验。

参考文献

[1] 朱元，温朝臣，苏韩，等.混凝土塔筒用体内式预应力方案设计及应用分析[J].风能，2019（12）：80-84.

[2] 闫云友，庞维林，等.OVM250钢绞线斜拉索锚固系统可靠性研究[C].预应力学术交流会，2018（5）：3-6.

[3] 住房和城乡建筑部，国家质量监督检验检疫总局.混凝土结构工程施工规范：GB 50666-2011[S].2011.

[4] 国家电力企业联合会.风力发电机组预应力现浇式混凝土塔筒技术规范：T/CEC 5007-2018[S].2018.

[5] 王长军，李鹤飞，胡邵凯，等.应力钢-混凝土超高风电塔架数值模型及计算分析[J].建筑结构，2019，49（S1）： 955-958.

[6] 安玉民.风机混凝土塔筒力学性能及底部隔震研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.

[7] 赵干明，李海民，双塔钢箱木行梁斜拉桥斜拉索安装施工技术[J].工程建设与设计，2020（3）：239-240，243.