风力发电机预应力锚栓笼组装控制与案例分析.pdf

2024 年第 2 期24中国高新科技能源电力|ENERGY&POWER风力发电机预应力锚栓笼组装控制与案例分析安永乐北京国电德胜工程项目管理有限公司，北京 100032摘要：文章针对风力发电机组预应力锚栓笼安装过程中的典型问题进行深入分析，从多个角度揭示问题成因及采取合理处置方案,旨在提高风力发电建设施工质量，为类似施工项目提供参考。关键词：风力发电；锚栓笼；组装控制文献标识码：A中图分类号：TU476文章编号：2096-4137（2024）02-24-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.02.04Assembly control and case analysis of prestressed anchor cage for wind turbinesAN YongleBeijing Guodian Desheng Engineering Project Management Co.,Ltd.,Beijing 100032,ChinaAbstract:This article conducts an in-depth analysis of typical problems during the installation of prestressed anchor cages for wind turbines,revealing the causes of the problems from multiple perspectives and adopting reasonable disposal plans,providing reference for similar construction projects,aiming to improve the construction quality of wind power generation.Keywords:wind power generation;anchor bolt cage;assembly control风力发电机的基础在运行过程中需要承受 360重复偏心随机荷载的力，而最主要的受力紧固件就是基础内的预应力锚栓笼。因此，锚栓笼安装质量直接决定了风机安装及运行安全。本文根据作者参建的某风力发电项目及中船某高科的技术资料，收集整理了预应力基础锚栓笼安装的典型问题案例，深入分析问题成因和实际采取的解决方案，为同行单位提供参考。1锚板安装过程测量分析锚板拼接完成后如图 1 所示，分别测量 X1、X2、X3长度，X3与 X1或 X2垂直，3 个尺寸均需满足拼接公差要求。X3X2X1图1分度圆测量法（1）上锚板水平度超差。上锚板水平度出现偏差，多为测量错误、混凝土浇筑不规范所致。每次灌浇混凝土前后均应对水平度进行复测，当出现偏差而调整时应将加固筋断开，防止应力集中。（2）上锚板浇筑后局部偏高或偏低。上锚板局部偏高时应测量出超差区域。面积较小时可对上锚板局部进行打磨补漆处理；面积较大时需将二次灌浆层破除，对上锚板重新调平后再次浇筑。（3）上锚板浇筑后中心合格而内外侧超差。近年来，由于锚板逐渐增宽，原有的中间测量方式易出现锚板中间平，而内外侧高低不平的现象。因此，应取锚板同一位置内外侧两点分别测量。2锚杆及螺母安装控制点2.1锚杆外保护锚杆组件外部由 PE 管包裹，将锚杆与混凝土分隔开以确保正常拉伸。在转运、安装过程中的破损须及时处理。2.2尼龙螺母定位锚杆的尼龙螺母用于支撑、调平上锚板，严禁用钢螺母替代，使用错误将导致锚杆无法张拉。2.3底部六角螺母锚栓笼安装完成后，锚杆底部需旋上六角螺母及垫片并用 300Nm 力矩紧固，否则锚杆张拉过程中会发生转动、伸长量异常，甚至底部螺母脱落而导致锚杆拉出问题。3锚栓张拉典型问题3.1锚杆转动一般在第一次张拉过程中锚杆易出现转动、晃动，大概率是锚杆底部未上螺母，或未进行 300Nm 的力矩紧固。可采取先张拉而不旋紧螺母，直至卸掉拉力后测量锚杆长度不变化。3.2锚杆张拉失稳结合张拉前后数据与记录排查如下问题：（1）确认锚杆热处理批次，核对锚杆检验报告，对问题锚杆进行硬度复测，判断是否为锚杆材料热处理问题，若锚杆材料不达标或已达到材料屈服应报废处理。2024 年第 2 期25中国高新科技ENERGY&POWER|能源电力（2）对张拉流程、张拉力值、张拉设备等进行复核，判断锚杆张拉是否达到屈服强度。（3）查验浇筑的混凝土是否合规，养护周期是否达标。必要时对失稳区域钻孔探测，是否存在夹杂、空腔、塌方等问题。3.3锚杆张拉伸长量不足伸长量不足时应分析张拉力值、拉伸设备、压力换算值是否有异。若定位锚杆使用了钢螺母，可将二次灌浆破除后更换螺母。若伸长量未达到理论长度应对锚杆材料本身判断，或是混凝土浇筑中锚杆外保护套破损所致。3.4锚杆预留张拉尺寸不足定制张拉器；分段多次张拉，每次加压 10%，旋紧螺母泄压后将张拉器继续往下拧紧再加压紧螺母，重复该步骤直至张拉完成。施工时应注意张拉头飞崩的安全问题；可将二次灌浆破除，将上锚板下移后重新浇筑。3.5锚杆过张拉及时将张拉力卸去，核对张拉力值、张拉设备型号、设备换算表对锚杆进行屈服评估，判断锚杆是否发生塑性变形，能否继续使用。4案例分析4.1锚板拼接超差导致塔筒底端法兰无法对接4.1.1塔筒底段吊装时法兰孔与基础锚杆顶端无法对中锚杆端头均向内侧倾斜：锚栓笼内侧锚杆约 1/3 数量的锚杆满足吊装尺寸要求，约 8 10 组锚杆安装偏差约为 5 8mm，其余锚杆组安装误差在 2 3mm 之间，上锚盘的锚杆根部均满足安装要求，而锚杆顶端向内侧倾斜。4.1.2原因分析假设 1：锚杆出厂、运输、保存过程中出现变形。分析：若锚杆在组装前存在变形问题，由于安装方向的不确定性，浇筑完成后锚杆应呈现随机倾斜状况，而不应均向内侧倾斜。故此假设不成立。假设 2：锚栓笼底部螺母力矩值不足，在浇筑混凝土时导致锚杆倾斜。分析：在基础浇筑过程中若锚笼中心一次浇筑较高，会导致锚杆底部内侧受挤压力较大，且锚杆底部螺母力矩不足时锚杆中部向外弯曲，进而锚杆顶端向内倾斜，而外部锚杆受影响较小，故上部顶端倾斜较小。该分析与现场测量结果最为接近，故此假设成立，且为主要原因。4.1.3处理方案方案 1：锚杆端头打磨倒角。根据向内倾斜状态将锚杆端头内侧用角磨机打磨倒角。注意事项：保证张拉余量，倒角高度不能超过 10mm，以保证顺利张拉。工具需角磨机、磨片。24人，耗时0.5天。优点：耗时短，费用低，操作简单。圆弧锚杆牙型饱满，摩擦法兰孔壁时不易损伤，可尝试该方法，但三角螺纹不建议选择本方案。缺点：打磨长度过大可能导致螺纹数量减少，进而影响张拉器锚固，需严格控制倒角高度不能超过 10mm。方案 2：修改法兰孔径，扩大法兰内孔。将法兰放置锚杆上方，旋转对正至最佳位置，标出错位锚杆实际错位量，对法兰孔进行定向定量扩孔处理。注意事项：保证尽可能多的锚杆对正，减少需要修的孔数。需耗时 15 30 天，费用 5 万 10 万元。优点：不磨损锚杆，吊装能顺利安装。缺点：耗时长、费用高；法兰扩孔后与锚杆间隙变大，后期运行过程中可能导致震动较大。上述两个方案应结合使用，优先选择方案 1。当无法满足需要时，结合方案 2 进行纠正。4.1.4后续施工控制措施（1）加强原材料监管，在施工过程中按要求对锚杆、锚板进行测量，严格要求锚杆底部力矩，发现问题及时处理。（2）施工过程中严格按照混凝土浇筑规范操作，切勿对锚笼周围和局部大量偏置堆浇混凝土。（3）采取加固措施，在施工过程中将锚杆临时保护套安装插进上锚板孔内（需注意上锚板及螺母保护，防止沾上水泥浆液）。4.2某项目基础底部塌方造成锚杆失稳4.2.1事件背景及原因在完成塔筒首段吊装后进行 50%拉伸未发生任何问题，完成整体吊装开始进行底段 100%拉伸过程中，对内圈拉伸时发现内圈螺栓有松动现象，部分螺母可以用手拧动，部分在 40MPa 左右就可以拧动（100%标准值 81MPa）。对进行内圈 100%第二次拉伸后，再对外圈检查时发现外圈又出现了螺母松动。与第一次拉伸情况相同，并且内圈锚杆外露长度已达到拉伸器正常行程上限。分析原因如下：（1）锚杆弯曲变形，安装时锚杆顶部齐平但下部螺母外露较短，张拉至 81MPa 后，锚杆徐变导致应力释放发生螺母松动现象；（2）因地质原因基础底部土体产生不均匀沉降、塌陷，致使该部位锚杆底部、下锚板上方附近混凝土产生空腔，张拉过程中下锚板变形，锚杆被拉出；2024 年第 2 期26中国高新科技能源电力|ENERGY&POWER（3）该部位锚杆底部、下锚板上方附近混凝土振捣不密实，基础内部有空隙，在张拉过程中下锚板变形，锚杆被 拉出；（4）该部位锚杆质量不合格，导致锚杆张拉时螺母松动。以上原因每种都有可能存在，甚至同时存在。针对第（1）、（4）种原因，现场检查锚杆强度和锚杆宽带变换量，确定锚杆不存在质量问题，对拉伸器行程进行测量后也在正常范围。为验证第（2）、（3）种原因，采取无损伤钻孔+内窥镜成像检查方案，对风机承台周围混凝土进行钻孔检查。4.2.2检测工序（1）基础本体钻孔。选择孔径 32mm 水钻法，具体钻孔参数如表 1 所示，具体布置如图 2 所示。表1钻孔参数表编号深度（mm）钻孔与上锚板距离（mm）开转时间终孔时间13200158：5511：202335011：2012：303342013：3015：50434208：409：45536008：409：506370013：0016：25733708：5511：00注：塔筒门正下方螺栓为 1#螺栓。图2钻孔位置示意（2）内窥镜检查，结果如下：1 号孔混凝土无空腔、裂隙，2.5m 处遇返水；2 号孔 3.3 3.4m 处下锚板上下部存在较大空腔，空腔内含淤泥；3 号孔混凝土无空腔、裂隙，2.7m 处遇返水，返水速度较快；4 号孔内壁存在小部分蜂窝状气孔，2m 处遇返水，返水速度较快；5 号孔内泥浆较多，1.6m 处遇返水、泥浆；6 号孔混凝土无空腔、裂隙，1.5m 处遇返水、泥浆；7 号孔混凝土无空腔、裂隙，1.4m 处遇返水，返水速度较快。（3）高压注气连通性检测：7 号孔为注气孔，高压注气时其余钻孔均排出积水，同时承台周边水塘有大量气泡产生。钻孔内部积水排空后，孔内出现返水、返浆现象。孔内水位上升至基础面向下 1.2m处（与水塘水位持平）后停止。初步判断 1 7 号孔均为贯通且存在外渗点。4.2.3检测结论（1）钻孔内壁无空腔、裂纹，混凝土不密实等情况。排除基础混凝土浇筑过程中因振捣不密实导致基础内部产生空隙，在张拉过程中下锚板变形，锚杆被拉出的情况；（2）基础底部存在外渗点，锚笼下锚板周圈部位存在地下水，并和周边水塘连通，下锚板上下部有泥浆沉积现象。初步判断为在风机基础浇筑过程中，垫层以下土体发生沉降、塌陷等情况，致使在下锚板附近混凝土形成空腔，导致在锚杆张拉过程中下锚板变形，锚杆拉伸长度超过规定。4.2.4处理结果经各方专家评估后释放部分锚杆预紧力，减小下锚板形变量；对基础底部进行清淤后，将与地下水连通点进行填堵，加压灌注特制灌浆料。养护期结束后再进行预应力试拉即满足设计要求。5结语本文通过对锚栓笼安装过程的测量监控，以实际案例进行原因分析并提出处理解决方案，为同类施工项目的类似问题排查提供参考依据。同时提醒参建单位应加强对锚栓笼构件的存放、保管环境提高重视，确保锚杆及紧固件的存放质量和可追溯性。作者简介：安永乐（1983-），男，河北石家庄人，北京国电德胜工程项目管理有限公司项目经理、工程师、经济师、一级建造师、一级造价师、项目副经理、总工程师，研究方向：发电工程施工管理。参考文献1 徐惠.风力发电机后张法无粘接预应力锚栓失效原因分析及对策 J.安装，2017（11）：59-61.2 黄冬平，何桂荣.风力发电塔基础预应力锚栓的抗疲劳性能研究 J.特种结构，2011，28（5）：13-15.（责任编辑：葛佳）