本發明涉及一種空心圓臺重力式柔性風機基礎及其施工方法。屬于風力發電機基礎技術領域。
背景技術：
重力式風力發電機基礎是一種基本的基礎形式，它依靠基礎表面覆蓋的土層和混凝土自重來抵抗極端風荷載工況下產生的傾覆力矩，具有力學模型簡單、結構整體性好、埋深較淺、對地基土的適用范圍廣、施工工藝成熟、施工周期短等優點，是一種主要的陸上風電基礎類型。據調查，國內已建風電場工程廣泛采用的基礎形式是重力式基礎。近年來，國內風電產業一直處于迅速增長態勢，隨著風能產業的迅猛發展，重力式基礎的廣泛采用也使得其弊端越來越突出，出現基礎整體被拔出及錨固鋼筋斷裂導致風機倒塔的事故也頻有發生，其結構形式暴露出來的其它缺點主要有：
1、鋼筋使用量較大，鋼筋布筋過程工作量大，基礎環的連接也是通過鋼筋連接，在循環載荷作用下，連接部位容易產生裂縫或發生疲勞斷裂，同時混凝土用量大，至少達250m3；
2、澆筑施工屬于大體積混凝土施工，施工工藝要求高，由于早期水化熱產生的溫度應力等原因容易使基礎混凝土產生裂縫，降低基礎的整體剛度，影響基礎的可靠性；
3、基礎占地面積較大，地基開挖產生大量的廢石渣，由于山區運輸不方便等原因一般處理方法為就近廢棄，對環境造成污染；
4、基礎剛性大，底部受到較大的彎矩作用，可靠性低，需要使用較多鋼筋和混凝土對基礎進行加固，以保證基礎的可靠性，建設成本高；
5、基礎在淺層地質較軟的地區使用時，例如沿海或者近海等地區，地基體積及重量過大，易于在土壤中發生沉降，使基礎水平度發生變化，影響風電設備的運行。
技術實現要素：
本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種空心圓臺重力式柔性風機基礎。
本發明還提供了上述柔性風機基礎的施工方法。
為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：
一種空心圓臺重力式柔性風機基礎，包括下部和上部兩部分，所述下部包括若干個內圈phc沉樁和外圈phc沉樁，其頂部分別設有第一彈性連接墊和第二彈性連接墊；所述上部包括空心圓臺主體以及與其頂部連接的基礎盤，空心圓臺主體由下而上直徑逐漸變小，側面覆蓋有彈性介質層，空心圓臺主體的內部豎直設置若干個phc芯樁，其與內圈phc沉樁一一對應連接，phc芯樁的頂部與基礎盤連接，底部分別與空心圓臺主體的底面和第一彈性連接墊連接；并且，外圈phc沉樁通過第二彈性連接墊與基礎盤連接。
作為優選的技術方案之一，所述空心圓臺主體為空心鋼筋混凝土結構，其包括側面豎向布筋構成的側面鋼筋束，以及底面橫向布筋和底面縱向布筋構成的底面鋼筋束，前者與基礎盤連接，后者與第一彈性連接墊、第二彈性連接墊和phc芯樁的底部連接；所述的側面鋼筋束和底面鋼筋束均為周向分布。
作為進一步優選的技術方案之一，所述第一彈性連接墊或第二彈性連接墊的主體部分為彈性體，每個彈性體內均設有第一鋼骨架和第二鋼骨架，它們分別從所述彈性體的頂部和底部伸出；所述彈性體與底面鋼筋束連接，第一鋼骨架分別與phc芯樁和基礎盤連接，第二鋼骨架分別連接至內圈phc沉樁和外圈phc沉樁。
作為優選的技術方案之一，所述空心圓臺主體與彈性介質層之間設有第一水泥保護層。
作為優選的技術方案之一，所述空心圓臺主體的內部與phc芯樁之間形成中空結構，該中空結構內填充有回填渣土層。
作為優選的技術方案之一，所述基礎盤由內而外包括同圓心的第一固定環、基礎環和第二固定環，并且，第一固定環與基礎環之間，基礎環與第二固定環之間，分別焊接若干個第一連接環和第二連接環，后者的位置高于前者。
作為進一步優選的技術方案之一，外圈phc沉樁與第二連接環的位置一一對應，并通過第二彈性連接墊連接。
作為進一步優選的技術方案之一，所述彈性介質層是由廢舊輪胎的內外胎以及一次性塑料袋壓縮而成，其厚度為基礎環的0.05～0.125倍。
作為進一步優選的技術方案之一，所述phc芯樁的兩端分別設有第一連接筋和第二連接筋，所述phc芯樁的外徑與第一連接環的內徑相同，第一連接筋與第一連接環通過第一螺栓連接，第二連接筋與底面鋼筋束對應焊接。
作為進一步優選的技術方案之一，所述第二連接環與側面鋼筋束通過第二螺栓連接。
作為進一步優選的技術方案之一，第一固定環與基礎環之間設有4個第一連接環，基礎環與第二固定環之間設有12個第二連接環。
作為優選的技術方案之一，所述基礎環與風機塔筒連接，其尺寸根據風機單機容量確定，其與現有的基礎環結構相同，上端面內側設有均布孔。
作為進一步優選的技術方案之一，所述第一固定環或第二固定環的厚度為基礎環的0.5～0.8倍，高度分別與第一連接環或第二連接環相同。
作為進一步優選的技術方案之一，第二固定環與第二連接環的上表面以及第二固定環的外側覆蓋第二水泥保護層。
上述一種柔性風機基礎的施工方法，具體步驟如下：
（1）準備phc芯樁、內圈phc沉樁、外圈phc沉樁、基礎盤和彈性連接墊；
（2）開挖基坑，對基坑底面進行處理，將內圈phc沉樁和外圈phc沉樁分別打入到基坑指定位置地層中，并在它們的頂部分別焊接第一彈性連接墊和第二彈性連接墊，回填土層覆蓋住第一彈性連接墊和第二彈性連接墊的主體部分，留出它們的頂部，并進行地基處理；
（3）焊接空心圓臺主體，并完成其底面和側面的澆筑；
（4）將phc芯樁豎直插入空心圓臺主體的內部，其底部分別與空心圓臺主體的底面和第一彈性連接墊焊接，并將此位置進行澆筑；
（5）在空心圓臺主體的側面粘接彈性介質層，對空心圓臺主體內部形成的中空結構以及外側基坑同時進行逐層回填，并夯實至空心圓臺主體澆筑完成的上表面；
（6）安裝基礎盤：按照對應位置將基礎盤與空心圓臺主體的頂部連接，使得phc芯樁的頂部以及外圈phc沉樁分別與基礎盤連接，然后澆筑空心圓臺主體的剩余部位，固結為一體，完成整體施工。
作為優選的技術方案之一，步驟（1）中的phc芯樁和內圈phc沉樁、外圈phc沉樁為預先制作，或者直接購買工程中常用的預應力高強混凝土管樁進行加工而得。
作為優選的技術方案之一，步驟（3）的具體方法是：焊接完成空心圓臺主體的底面和側面鋼筋骨架布置，并分別布置底面鋼筋束和側面鋼筋束，前者預留與phc芯樁的底部、第一彈性連接墊連接的鋼筋束，后者預留與第二連接環連接的鋼筋束；然后完成底面的澆筑；最后在側面安裝澆筑造型隔板，對側面進行澆筑，所述隔板的最高位置距離空心圓臺主體的上表面預留第二連接環的高度，以便側面鋼筋束與第二連接環連接時的對準調節，水泥固結后拆除隔板即可。
作為優選的技術方案之一，步驟（6）的具體方法是：將基礎盤的位置調整至其第一連接環和第二連接環分別與phc芯樁的頂部和側面鋼筋束對準，下移基礎盤，直至phc芯樁的頂部與第一連接環內側的最高位置對接支撐住基礎盤，安裝第一連接環、第二連接環分別與phc芯樁、側面鋼筋束處的螺母并擰緊，然后澆筑空心圓臺主體的剩余部位，固結為一體，完成整體施工后，可通過基礎環安裝風機塔筒。
本發明的有益效果：
1、本發明的空心圓臺重力式柔性風機基礎，通過使用空心圓臺結構，大大節省了鋼筋及混凝土的使用量，空心部位回填施工渣土，使得基礎的一部分重力來自渣土重量，保證基礎穩定性的同時，能夠有效保護環境，而且上小下大的圓臺結構，能夠借助地面的覆壓進一步增加結構的穩定性。
2、本發明的空心圓臺重力式柔性風機基礎，除空心圓臺主體及水泥保護層在現場澆筑完成外，基礎盤、phc芯樁、內圈phc沉樁和外圈phc沉樁、第一彈性連接墊和第二彈性連接墊均可預制，安裝時與空心圓臺主體焊接或螺栓連接即可，能夠降低結構成本，加快結構施工周期。
3、本發明的空心圓臺重力式柔性風機基礎，通過將第一連接環和第二連接環分別焊接到基礎環的內側和外側，將傳統的基礎環與基礎中鋼筋的點焊接與螺栓連接方式，優化為線焊接連接方式，大大增強了基礎環與基礎的連接強度。并且這種設計能夠將基礎環的受力轉換到連接環上，即使個別環的連接出現問題，其它環的正常工作也能夠保障風機基礎整體安全可靠運行。
4、本發明的空心圓臺重力式柔性風機基礎，通過基礎底面設置的內圈phc沉樁和外圈phc沉樁，在軟土質地區能夠使基礎有效抗沉降；若風機設備遇到惡劣天氣狀況，內圈phc沉樁和外圈phc沉樁與基礎的第一彈性連接墊和第二彈性連接墊連接，結合彈性介質層可使基礎有一定的變形量，實現基礎的柔性化，緩沖結構受力，與內圈phc沉樁和外圈phc沉樁的連接也能夠增加結構的抗傾覆能力，增強結構可靠性。彈性介質層可由廢舊輪胎內外胎及一次性塑料袋壓縮合成，實現廢物利用。
附圖說明
圖1是是本發明基礎的主視剖面圖；
圖2為基礎盤俯視圖；
其中，1為第二水泥保護層，2為第一連接環，3為第一連接筋，4為phc芯樁，5為第一水泥保護層，6為底面縱向布筋，7為第二彈性連接墊，8為外圈phc沉樁，9為基礎環，10為第一固定環，11為側面鋼筋束，12為回填渣土層，13為彈性介質層，14為側面豎向布筋，15為底面橫向布筋，16為第二連接環，17為第二連接筋，18為第一彈性連接墊，19為內圈phc沉樁，20為第二固定環。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步的闡述，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發明，并不對其內容進行限定。
本發明涉及的phc表示預應力高強混凝土，為theprestressedhigh-intensityconcrete的縮寫。
實施例1：
如圖1和圖2所示的一種空心圓臺重力式柔性風機基礎，包括下部和上部兩部分，下部包括4個內圈phc沉樁19和12個外圈phc沉樁8，其頂部分別設有第一彈性連接墊18和第二彈性連接墊7；上部包括空心圓臺主體以及與其頂部連接的基礎盤，空心圓臺主體由下而上直徑逐漸變小，側面覆蓋有彈性介質層13，空心圓臺主體的內部豎直設置4個phc芯樁4，其與內圈phc沉樁19一一對應連接，phc芯樁4的頂部與基礎盤連接，底部分別與空心圓臺主體的底面和第一彈性連接墊18連接；并且，外圈phc沉樁8通過第二彈性連接墊7與基礎盤連接。
空心圓臺主體為空心鋼筋混凝土結構，其包括側面豎向布筋14構成的側面鋼筋束11，以及底面橫向布筋15和底面縱向布筋6構成的底面鋼筋束，前者與基礎盤連接，后者與第一彈性連接墊18、第二彈性連接墊7和phc芯樁4的底部連接；側面鋼筋束11和底面鋼筋束均為周向分布。
第一彈性連接墊18或第二彈性連接墊7的主體部分為彈性體，每個彈性體內均設有第一鋼骨架和第二鋼骨架，它們分別從所述彈性體的頂部和底部伸出；彈性體與底面鋼筋束連接，第一鋼骨架分別與phc芯樁4和基礎盤連接，第二鋼骨架分別連接至內圈phc沉樁19和外圈phc沉樁8。
空心圓臺主體與彈性介質層13之間設有第一水泥保護層5。
空心圓臺主體的內部與phc芯樁4之間形成中空結構，該中空結構內填充有回填渣土層12。
基礎盤由內而外包括同圓心的第一固定環10、基礎環9和第二固定環20，并且，第一固定環10與基礎環9之間，基礎環9與第二固定環20之間，分別焊接4個第一連接環2和12個第二連接環16，后者的位置高于前者。
外圈phc沉樁8與第二連接環16的位置一一對應，并通過第二彈性連接墊7連接。
彈性介質層13是由廢舊輪胎的內外胎以及一次性塑料袋壓縮而成，其厚度為基礎環的0.05倍。
phc芯樁4的兩端分別設有第一連接筋3和第二連接筋17，phc芯樁4的外徑與第一連接環2的內徑相同，第一連接筋3與第一連接環2通過第一螺栓連接，第二連接筋17與底面鋼筋束對應焊接。
第二連接環16與側面鋼筋束11通過第二螺栓連接。
第一固定環10與基礎環9之間設有4個第一連接環2，基礎環9與第二固定環20之間設有12個第二連接環16。
基礎環9與風機塔筒連接，其尺寸根據風機單機容量確定，其與現有的基礎環結構相同，上端面內側設有均布孔。
第一固定環10或第二固定環20的厚度為基礎環9的0.5倍，高度分別與第一連接環2或第二連接環16相同。
第二固定環20與第二連接環16的上表面以及第二固定環20的外側覆蓋第二水泥保護層1。
上述一種柔性風機基礎的施工方法，具體步驟如下：
（1）準備phc芯樁、內圈phc沉樁、外圈phc沉樁、基礎盤和彈性連接墊；
（2）開挖基坑，對基坑底面進行處理，將內圈phc沉樁和外圈phc沉樁分別打入到基坑指定位置地層中，并在它們的頂部分別焊接第一彈性連接墊和第二彈性連接墊，回填土層覆蓋住第一彈性連接墊和第二彈性連接墊的主體部分，留出它們的頂部，并進行地基處理；
（3）焊接空心圓臺主體，并完成其底面和側面的澆筑；
（4）將phc芯樁豎直插入空心圓臺主體的內部，其底部分別與空心圓臺主體的底面和第一彈性連接墊焊接，并將此位置進行澆筑；
（5）在空心圓臺主體的側面粘接彈性介質層，對空心圓臺主體內部形成的中空結構以及外側基坑同時進行逐層回填，并夯實至空心圓臺主體澆筑完成的上表面；
（6）安裝基礎盤：按照對應位置將基礎盤與空心圓臺主體的頂部連接，使得phc芯樁的頂部以及外圈phc沉樁分別與基礎盤連接，然后澆筑空心圓臺主體的剩余部位，固結為一體，完成整體施工。
其中，步驟（1）中的phc芯樁4和內圈phc沉樁19、外圈phc沉樁8為預先制作，或者直接購買工程中常用的預應力高強混凝土管樁進行加工而得。
步驟（3）的具體方法是：焊接完成空心圓臺主體的底面和側面鋼筋骨架布置，并分別布置底面鋼筋束和側面鋼筋束11，前者預留與phc芯樁4的底部、第一彈性連接墊18連接的鋼筋束，后者預留與第二連接環16連接的鋼筋束；然后完成底面的澆筑；最后在側面安裝澆筑造型隔板，對側面進行澆筑，隔板的最高位置距離空心圓臺主體的上表面預留第二連接環16的高度，以便側面鋼筋束11與第二連接環16連接時的對準調節，水泥固結后拆除隔板即可。
步驟（6）的具體方法是：將基礎盤的位置調整至其第一連接環2和第二連接環16分別與phc芯樁4的頂部和側面鋼筋束11對準，下移基礎盤，直至phc芯樁4的頂部與第一連接環2內側的最高位置對接支撐住基礎盤，安裝第一連接環2、第二連接環16分別與phc芯樁4、側面鋼筋束11處的螺母并擰緊，然后澆筑空心圓臺主體的剩余部位，固結為一體，完成整體施工后，可通過基礎環安裝風機塔筒。
實施例2：
彈性介質層13是由廢舊輪胎的內外胎以及一次性塑料袋壓縮而成，其厚度為基礎環的0.125倍。
第一固定環10或第二固定環20的厚度為基礎環9的0.8倍，高度分別與第一連接環2或第二連接環16相同。
其余同實施例1。
實施例3：
彈性介質層13是由廢舊輪胎的內外胎以及一次性塑料袋壓縮而成，其厚度為基礎環的0.1倍。
第一固定環10或第二固定環20的厚度為基礎環9的0.6倍，高度分別與第一連接環2或第二連接環16相同。
其余同實施例1。
上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。