1 工程概况

某项目规划装机容量300MW，规划面积约为60km²。本工程为中区风场，装机容量49.5MW（33×1.5MW）。场址区海拔约为1400m～1650m。场址区地形开阔；地形较为复杂，场地呈戈壁景观，有少量耐旱植被生长。南侧约12km为东西向312国道，南侧约13km为东西向连霍高速，东侧约12km为南北向的县乡公路。

本风场计划安装33台1500kW风力发电机组，总装机规模49.5 MW，每台风机配一台箱式变压器。

本工程采用金风70/1500风力发电机组，基础环上法兰直径为4.2米，重量为13T，高度为1650mm，基础环是独立风机基础重要的预埋部件，它承载着风机塔筒及风机等静荷载以及运行时巨大风力动荷载，所以对基础环的安装水平度要求是非常高的，控制在2 mm以内。由于基础环自重，体积较大，同时在基础浇筑时受作业环境影响因素多，所以从基础环进场到最终交接各个施工环节必须严格遵守规范的施工工艺要求。

2 风力发电风机基础环安装装置施工技术分析

2.1 基础环连接

目前，大多数机组塔筒和基础之间采用基础环连接形式，虽然钢筋混凝土耐久性较好，但是基础环连接处刚度突变，传力路径不连续，基础环基础运行过程中出现问题还是比较常见的。由于基础环底法兰处刚度突变、基础环埋深不合理等问题，三角区产生集中裂缝，造成脱开破坏基础环基础的问题归纳起来包括：（1）基础环连接处刚度突变，传力路径不连续，底法兰处刚度突变引起混凝土受拉开裂和受压疲劳破坏问题；（2）基础环开孔少，钢筋穿插困难，基础环筒壁一般不设栓钉，也不与基础钢筋直接焊接；（3）在弯矩作用下，基础环底法兰上下两侧混凝土承担大部分上部荷载，底法兰两侧混凝土开裂后才将外力传给周围竖向钢筋，因此基础结构不连续造成宽度较大的裂缝集中出现：（4）基础环底法兰宽度有限，上下两侧混凝土应变呈三角形分布，在上部塔筒传入的高周疲劳荷载作用下，局部混凝土强度和刚度不断退化，最终混凝土压碎，形成三角形空洞；（5）基础环埋深无确切依据，若参考＜钢结构设计规范》，插入式柱脚插入最小深度为1.5d（d为钢管柱直径），而基础环埋入基础深度一般为0.3-0.4d左右，考虑基础环底法兰的存在，有必要设定分配比例，给出埋深确认方法（即基础环侧壁混凝土抗压）。基础环的连接形式使基础环锚固区混凝土在较高应力水平下工作。机组基础在服役期间在环境侵蚀和荷载长期疲劳效应、突发事变过载效应等因素的综合作用下，基础环锚固区混凝土损伤不断累积，抗力衰减，从而使结构抵抗自然灾害、甚至正常工作荷载的能力下降，甚至发生突发性的破坏事故。

2.2 预应力锚栓连接

采用预应力锚栓连接塔筒和基础，塔筒的荷载通过预埋在基础内的预应力锚栓传递给基础。锚栓贯穿基础整个高度并通过下锚板将锚栓锚固在基础底板，基础混凝土一直处于受压状态，结构连续、无刚度和强度突变。钢筋和锚栓交叉架设，互不影响，施工便利，基础整体性好。因此，预应力锚栓基础整体性较好，具有较好的受力性能。预应力锚栓连接与基础环连接最本质的区别是，前者为预应力结构，后者为非预应力结构。在预应力作用下，连接区域钢筋混凝土处于应力水平较高、应力幅较低的比较有利的受力状态，因此其抗疲劳荷载作用性能较后者好很多。

2.3 基础连接受力对比

基础环锚固于基础钢筋混凝土中，通过底部T型板和侧壁将所受荷载传递至基础钢筋混凝土中，其中弯矩和竖向力由T型板与混凝土的局部压力承受，剪力由基础环与混凝土的侧压力承受，其他荷载分量对基础与混凝土连接产生的荷载效应很小。

预应力是为了改善结构服役表现，在施工期间给结构预先施加的压应力，结构服役期间预加压应力可全部或部分抵消载荷导致的拉应力，避免结构破坏。常用于混凝土结构，是在混凝土结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。预应力锚栓连接仅为塔筒与基础的连接形式，因此基础形式可根据地质情况、受力要求灵活布置，可采用重力式扩展基础、肋梁式扩展基础、岩石锚杆基础、短粧基础等等。此外，预应力锚栓从张拉完毕直

2.4 经济性对比

采用预应力锚栓连接时，锚栓相当于柱墩区域的受拉钢筋，混凝土受“预压”作用，因此该区域混凝土可按预应力混凝土中配置非预应力构造钢筋设计，不存在基础环连接形式存在的基础环与竖向锚固钢筋重复配置问题；由于预应力锚栓将塔底荷载传递到基础底部，因此也不需要像基础环连接形式那样将柱墩直径增加很多；随着机组大型化发展，塔底极限载荷和疲劳载荷越来越大，如仍采用基础环连接，势必要将基础环埋入深度增加、底部T型板加厚，这将造成基础环造价大大提高。

2.5 施工对比

以常见的重力式机组基础为例，机组基础施工包括基础环／锚栓笼安装、钢筋制作与绑扎、模板支护、混凝土浇筑、养护拆模等过程。基础环安装较为简单快捷，锚栓笼包含上下锚板、锚栓及其套管配件等，因此安装需要较多人工；由于锚栓施加预应力之后相当于受拉钢筋、且钢筋穿插锚栓笼较为方便，因此采用预应力锚栓连接时钢筋制作和扎较基础环连接效率高。

3 结束语

从结构安全角度，预应力锚栓连接避免了基础环基础的强度和刚度突变，其安全性在越来越多的工程实践中得到检验。从施工和进度考虑，预应力锚栓组合件可比基础环提前到场一个月，大大提前基础开工时间，为项目尽早投产发电收回投资争取了时间。预应力锚栓基础可避免基础环基础常见的水平度超差难以处理的问题。从经济性比较，预应力锚栓连接可优化塔架与基础连接部位的受力，节约钢筋和混凝土用量，针对不同地质条件设计不同形式的基础，可改善基础受力、节约工程量。