風電超高混凝土塔筒體內預應力施工及監測技術研究

黃漢斌 簡鈴方 王波 王雄彪 彭渝舒 王曉琳

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

摘? 要：當前，風電塔筒主要采用鋼塔筒或者鋼混組合塔筒結構形式，超高型混凝土塔筒作為一種新的結構形式，由于其能夠有效地提升整機發電量、降低維護成本，得到快速的發展及推廣應用。本文結合新疆哈密某風電場工程項目，對超高混凝土塔筒體體內預應力施工及監測技術應用進行了研究，可為類似結構提供參考。

關鍵詞：高層建筑? 框架結構? 無縫鋼管? 管棚加固

中圖分類號：TU3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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

隨著風力發電技術的不斷突破，風能作為一種成熟利用的可再生清潔能源，得到了國家的大力發展推廣。風力塔筒采用超高型混凝土塔筒新型結構可提高整機發電量、降低建設維護成本。塔筒結構在承受外荷載之前，對塔筒內部預應力束進行張拉，以提升塔筒結構的整體剛度，提高整體抗風荷載能力，改善風機組運營過程塔筒結構的耐疲勞性[1]。本文結合實際工程研究120m超高混凝土塔筒的預應力施工工法及監測技術，為類似結構設計與應用提供參考和借鑒。

1? 項目工程概括

新疆哈密某風電廠C共采用100臺混凝土塔筒，塔筒行間距約260m，排間距約1.6km。混凝土塔筒高120m，共30段，每段高約4m，使用體內預應力連接。單個塔共40束體內預應力索，每束由4根φ15.2鋼絞線組成，采用φ60金屬波紋管成孔。監測的每個節段預制時預埋安裝預應力索索力監測磁通量傳感器，單個塔筒安裝20臺監測點。

2? 混凝土塔筒體內預應力方案設計

2.1 體內預應力束的布置

混凝土塔筒采用體內有粘結預應力鋼絞線連接，單根鋼絞線規格15.2mm，抗拉強度1860MPa。塔筒內共計40個預應力孔道，每個孔道內含有4根鋼絞線（1束），預應力孔道（束）布設如圖1所示。

2.2 錨具的結構及尺寸

錨具是一種錨固裝置，其作用是保持預應力索的拉力并將其傳遞到混凝土結構上[2]。本項目選用OVM.M15A型錨具結構，結構形式如圖2所示，單套錨具應含錨板、夾片、錨墊板/鋼墊板、螺旋筋共4種零件。

圓錨的錨墊板上設置有灌漿孔或排氣孔。灌漿孔孔位符合灌漿工藝要求，可直接與灌漿管螺紋連接。錨墊板上有4個螺紋安裝孔，可在模板上安裝定位。

2.3 體內預應力束索力監測設計

根據預應力束特點選用具有測量精度高、長期穩定性好、非接觸式測量、使用壽命長等優點的磁通量傳感器進行監測，磁通量傳感器在節段預制前提前套接在φ60金屬波紋管外，數據線纜通過預留孔引出，接入系統測量。磁通量傳感器結構及測點布設示意如圖3所示。

3? 混凝土塔筒體內預應力施工與監測

預應力的施工方案設計主要風電現行相關標準及規范執行[3-5]，主要涉及包括預埋件安裝、鋼絞線下料、鋼絞線穿束、鋼絞線張拉、灌漿、封錨等施工工序。

3.1 預埋件安裝

預埋件涉及到金屬波紋管、錨具、磁通量傳感器的安裝，在預制塔筒時將預埋件安裝在相應的設計位置（如圖4所示）。

3.2 鋼絞線下料

在各塔底附近利用2T卷揚機牽引下料，要求下料場地平整、無堆積雜物且堅實。下料時地面上應再鋪一層彩條布或帆布，以保護鋼絞線表面不受損傷或防止弄臟鋼絞線。將每4根鋼絞線編成一束，等間隔綁扎一道，編好束的鋼絞線應平行、順直、無交叉[3]。

鋼絞線下料長度計算公式：

L=L0+A1+A2+L1+L2 （1）

式（1）中：L0表示上端錨墊板頂面與下端錨墊板底面間距（mm）;A1表示張拉端錨具厚度（mm）;A2表示固定端錨具厚度（mm）;L1表示張拉端鋼絞線工作長度（mm）;L2表示固定端鋼絞線外露長度（mm）。

3.3 鋼絞線穿束

考慮到安全性及便捷性，項目鋼絞線選用底部穿束的方式。如圖5所示，步驟及要求如下。

（1）穿束前用空壓機的壓縮空氣將波紋管內的細小雜物清除。

（2）將3T卷揚機布置于塔筒基礎附近，將吊架吊到塔筒相應節段并固定好，將鋼絲繩順著預埋波紋管下放至塔筒底部與鋼絞線束連接，吊裝系統將鋼絞線束從下往上牽引。

（3）牽引到位后固定好兩端錨具，保證下端外露鋼絞線工作長度，用夾片將其鎖住，并用240Q型千斤頂對單根進行預緊。

（4）安裝卷揚機固定于每個塔的塔底附近，上端分別利用自加工臨時吊架作為臨時反力點，布置導向滑輪。

重復上述操作，直至將全部孔道內的鋼絞線穿束完成。

3.4 鋼絞線張拉

3.4.1 張拉總體要求

混凝土試塊強度達到設計要求后，才能開始張拉。張拉工藝如下：采用單端張拉、分級張拉工藝，在塔基礎位置按2個點同時對稱張拉。預應力筋張拉以“雙控”控制，即以應力控制為主，伸長值作為校核。張拉過程中實際伸長值與計算伸長值的需要控制在±5%[4-5]。

3.4.2 張拉前準備

張拉設備的選擇采用OVM公司生產的YCW100B千斤頂及匹配的電動油泵。油泵和千斤頂一一對應標定，使用過程中不得串換[2]。張拉前需保證錨具槽內、錨板、夾片等的清潔，檢查錨具及千斤頂的安裝準確性。

3.4.3 張拉控制與監測

張拉采用控制應力與伸長值雙控進行，按設計力的10%、30%、50%、70%、100%分5級進行張拉。在分級張拉過程中，要使油泵上升速度穩定同步，以保證鋼束受力均勻，摩阻損失較小;張拉速度不宜過快，嚴禁猛打油壓，操作人員送油均勻，使油壓值穩步緩慢兩端同步上升[6]。分級張拉過程中需同步磁通量傳感器監測體內預應力索力，張拉到位后需連續監測3d索力值變化情況。

3.5 灌漿

預應力張拉作業完成后7d內必須完成灌漿[6-7]。灌漿前切除多余鋼絞線，鋼絞線露出夾片外長度必須不小于40mm。其中對灌漿設備、灌漿材料以及灌漿實施工藝如下：灌漿設備主要選擇高速攪拌機和柱塞式灌漿泵。根據設計灌漿材料參數配比，將灌漿料和水按照比例倒入攪拌罐內，保證漿體攪拌均勻后，打開攪拌罐閥門讓漿體經過網篩后流入儲漿罐，保證灌漿時的連續性，并且漿體從拌制完成到灌漿完成時間不多于40min。

3.6 錨固端封端保護

預應力灌漿完成后上好保護罩，對預應力兩端保護罩及外露錨墊板進行防腐刷漆以完成安裝。

4? 結語

本文結合120m超高混凝土塔筒的結構特性，對塔筒體內預應力施工安裝及監測技術進行了專項研究設計，項目中采用底部穿束方式提升施工效率，采用控制應力和伸長值雙控模式保證預應力束張拉質量，確保預應力有效地施加到塔筒結構中，保證項目施工進度與質量，可為類似工程提供借鑒經驗。

參考文獻

[1] 朱元，溫朝臣，蘇韓，等.混凝土塔筒用體內式預應力方案設計及應用分析[J].風能，2019（12）：80-84.

[2] 閆云友，龐維林，等.OVM250鋼絞線斜拉索錨固系統可靠性研究[C].預應力學術交流會，2018（5）：3-6.

[3] 住房和城鄉建筑部，國家質量監督檢驗檢疫總局.混凝土結構工程施工規范：GB 50666-2011[S].2011.

[4] 國家電力企業聯合會.風力發電機組預應力現澆式混凝土塔筒技術規范：T/CEC 5007-2018[S].2018.

[5] 王長軍，李鶴飛，胡邵凱，等.應力鋼-混凝土超高風電塔架數值模型及計算分析[J].建筑結構，2019，49（S1）： 955-958.

[6] 安玉民.風機混凝土塔筒力學性能及底部隔震研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2016.

[7] 趙干明，李海民，雙塔鋼箱木行梁斜拉橋斜拉索安裝施工技術[J].工程建設與設計，2020（3）：239-240，243.