一种可更换式预应力锚栓风机基础结构及方法与流程

本发明属于风力发电基础结构，尤其涉及一种可更换式预应力锚栓风机基础结构及方法。

背景技术：

1、风机基础在20～30年设计寿命内，需要承受上百万次风致疲劳荷载及海洋腐蚀环境的叠加作用，单根锚栓的锈蚀、断裂或预应力松弛会引发荷载向邻近锚栓转移，造成连锁失效风险。

2、申请号为cn105155571a、cn213014351u的专利申请文件采用通孔螺母锁定式锚栓结构。在基础混凝土内预埋钢管或波纹管，锚栓穿入管内，其下端伸出下锚板的通孔，通过螺母与下锚板底面锁紧，锚栓下端为裸露状态；锚栓上端穿出上锚板，由上螺母张拉锁定。为防止腐蚀，下螺母外侧常设螺母盒并灌注油脂。锚栓与套管间的环形间隙通常灌注水泥浆或环氧浆体，使锚栓与基础粘结为一体。

3、申请号为cn105297766a和cn217998155u的专利申请文件采用底部设操作通道的可更换锚栓基础，在基础本体中设置竖向人孔或操作井、下方形成镂空操作空间，人员下至井底拆装锚栓下端螺母或割断失效锚栓，再从顶部逐段抽出更换。

4、上述现有方案在工程实践中暴露出以下缺陷，尤其对海上风电场运维影响巨大：

5、1、设置通孔螺母的方案无法实现单根锚栓的无损更换：由于锚栓上端被灌浆料浇筑固结在上锚板下方的灌浆层中，锚栓全长与基础粘结成整体，即使下端螺母解除，也无法从顶部抽换。一旦锚栓失效，传统修复方法只能凿除大量基础混凝土，施工周期长、成本高昂，且修复后难以恢复原结构的整体受力性能。

6、2、锚栓下端穿透下锚板，暴露于锚板底面，尽管有螺母盒保护，但在长期地下水或海水浸泡下，螺纹连接处仍是腐蚀薄弱环节，易引发应力腐蚀断裂且日常无法检查。

7、3、底部操作空间方案施工风险大、成本极高：对于海上风机基础，人员进入底部操作井须动用专业船舶、潜水设备，受潮汐、天气窗口严格限制。以某海上风场实际数据为参照，单根锚栓更换动用船舶及潜水作业，单根锚栓更换的综合成本可超过10万元，且人员安全风险显著。同时，底部预留空间削弱了基础底座的整体刚度和抗倾覆能力。

8、4、现有方案在锚栓与套管环形空间内灌浆或留空，均不能兼具长期防腐和保证锚栓可自由抽换的功能，灌浆方案使锚栓无法抽出，留空方案则加速锈蚀。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种可更换式预应力锚栓风机基础结构及方法。

2、本发明通过以下技术方案得以实现。

3、本发明提供的一种可更换式预应力锚栓风机基础结构，包括基础底座，所述基础底座内设置套管、穿设于套管内的锚栓、连接套管下部的下锚板、连接套管上部的上锚板以及连接上锚板的锚固组件。

4、优选地，所述下锚板底面对应锚栓的位置设置连接套筒以及用于锚栓贯穿的通孔，连接套筒上设置内螺纹盲孔。

5、优选地，所述锚栓下端设有与内螺纹盲孔配合的外螺纹段，锚栓的下端设置无螺纹的锥形导向头。

6、优选地，所述下锚板底面设置内螺纹盲孔。

7、优选地，对应所述内螺纹盲孔的下锚板底面设置凸台。

8、优选地，所述内螺纹盲孔的孔口设置锥形导向倒角。

9、优选地，所述套管上设置注脂嘴，套管内壁与锚栓之间存在间隙。

10、优选地，所述套管上设置调平螺母，所述调平螺母位于上锚板下方，所述调平螺母置于基础底座上的放置槽内。

11、一种可更换式预应力锚栓风机基础结构的施工方法，包括以下步骤：

12、s1：将下锚板、套管焊接成预埋组件，吊装预埋组件并固定在基础钢筋笼内，在套管上方安装调平螺母；

13、s2：将上锚板安放于调平螺母上，旋转调平螺母调整上锚板为水平；

14、s3：使用混凝土浇筑基础底座，并在基础底座上设置放置槽，在放置槽内灌注包裹调平螺母的浆料，形成灌浆料层；

15、s4：待基础底座达到设计强度后，从套管的顶部穿入锚栓，使锚栓滑入内螺纹盲孔内，旋转锚栓，在螺纹连接作用下锚栓与内螺纹盲孔拧紧；

16、s5：通过注脂嘴向间隙内泵注防腐润滑脂至注满套管；

17、s6：安装锚固组件，然后进行预应力张拉、锁定。

18、一种可更换式预应力锚栓风机基础结构的维护方法，包括以下步骤：

19、s7：将千斤顶套在锚栓上端，千斤顶的底座压在上锚板上，千斤顶前端工具锚夹紧锚栓上端头，加压顶升，将锚栓的预拉力转移至千斤顶；

20、s8：卸除锚栓上端的锚固组件；

21、s9：千斤顶回油卸载至零，反向旋转锚栓的上端，使其下端的外螺纹段从内螺纹盲孔中完全旋出并松脱；

22、s10：将锚栓沿套管竖直向上抽出；

23、s11：将新的锚栓沿原路径穿入套管，旋转锚栓使其下端的外螺纹段与内螺纹盲孔拧紧至设计扭矩；

24、s12：通过注脂嘴向套管内补充损耗的防腐润滑脂；

25、s13：重新安装锚固组件，张拉至设计预应力并锁定锚固组件。

26、本发明的有益效果在于：

27、1、单根锚栓更换完全脱离水下作业：将海上风机锚栓更换场景从船舶、潜水施工的方式转变为基础底座顶面的常规操作，锚栓更换综合成本由逾10万元1根降低至数千元1根，降幅达90%以上；更换时间可由数日（等天气窗口）压缩至4小时内，极大提升了海上风电场的可用率和全寿命经济性。

28、2、基础底座整体性不削弱：因无需设置任何底部操作井或镂空空间，基础底座仍为完整实心体，抗倾覆承载能力和耐久性与传统基础一致，且减少了结构薄弱环节。

29、3、杜绝锚栓腐蚀通道：通过锚栓与内螺纹盲孔的连接方式从根源上消除了传统通孔带来的外露螺纹腐蚀点，配合充满润滑脂的密闭环形间隙，锚栓全生命周期处于油膜保护中，腐蚀断裂风险大幅降低，预期可满足30年以上的寿命要求。

30、4、施工调平精准便捷：套管上的调平螺母可精细调节上锚板的高度和水平度，操作简单、精度高，且调平螺母不影响锚栓的更换。

31、5、高可靠性与易维护：连接套筒与下锚板焊接成整体，传力直接；防腐润滑脂长期稳定；注脂嘴支持定期补充油脂；所有操作均有成熟工具适配，现场推广门槛低。

1.一种可更换式预应力锚栓风机基础结构，其特征在于：包括基础底座（1），所述基础底座（1）内设置套管（2）、穿设于套管（2）内的锚栓（3）、连接套管（2）下部的下锚板（5）、连接套管（2）上部的上锚板（10）以及连接上锚板（10）的锚固组件（4）。

2.如权利要求1所述的一种可更换式预应力锚栓风机基础结构，其特征在于：所述下锚板（5）底面对应锚栓（3）的位置设置连接套筒（6）以及用于锚栓（3）贯穿的通孔，连接套筒（6）上设置内螺纹盲孔（7）。

3.如权利要求2所述的一种可更换式预应力锚栓风机基础结构，其特征在于：所述锚栓（3）下端设有与内螺纹盲孔（7）配合的外螺纹段（31），锚栓（3）的下端设置无螺纹的锥形导向头（32）。

4.如权利要求1所述的一种可更换式预应力锚栓风机基础结构，其特征在于：所述下锚板（5）底面设置内螺纹盲孔（7）。

5.如权利要求4所述的一种可更换式预应力锚栓风机基础结构，其特征在于：对应所述内螺纹盲孔（7）的下锚板（5）底面设置凸台（51）。

6.如权利要求2或4所述的一种可更换式预应力锚栓风机基础结构，其特征在于：所述内螺纹盲孔（7）的孔口设置锥形导向倒角（12）。

7.如权利要求1所述的一种可更换式预应力锚栓风机基础结构，其特征在于：所述套管（2）上设置注脂嘴（22），套管（2）内壁与锚栓（3）之间存在间隙（8）。

8.如权利要求7所述的一种可更换式预应力锚栓风机基础结构，其特征在于：所述套管（2）上设置调平螺母（21），所述调平螺母（21）位于上锚板（10）下方，所述调平螺母（21）置于基础底座（1）上的放置槽（11）内。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的可更换式预应力锚栓风机基础结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种如权利要求1-8任一项所述的可更换式预应力锚栓风机基础结构的维护方法，其特征在于，包括以下步骤：