（中铁八局集团桥梁工程有限责任公司 四川成都 610300）
摘要：风电塔筒是风力发电机组系统使用的基础塔架部件，塔筒分为全钢塔筒和钢混塔筒。本文通过对风电钢混塔筒中的混凝土塔筒结构特点进行分析，从塔筒钢筋、模型、混凝土等工序进行技术探讨，针对转角构件、平板构件及连接段产品分别提出切实可行的预制工艺，为钢混塔筒预制提供可靠借鉴依据。
关键词：风电塔筒；高强度混凝土；转角构件；平板构件；连接段构件
一 风电混凝土塔筒简介
风电塔筒是风力发电机组系统使用的基础塔架部件，在风力发电机组中起主要支撑作用，同时能够吸收发电机组的震动，还可以抵抗风力荷载。风电塔筒有全钢塔筒和钢混塔筒两种结构形式，全钢塔筒普遍采用在高风速地区，适用于塔筒轮毂总高度100米以下的风力发机组；钢混塔筒主要应用于低风速高轮毂的风力发电机组上，具有自重大、耐久性和稳定性好等优点，适用于100米以上的高轮毂塔筒，尤其适用于低风速、大风切变、运输困难区域，以及大单机容量机组。
本项目介绍钢混塔筒技术体系是欧洲目前一种成熟的先进技术体系，主体结构分为混凝土段和钢制段两部分，其中混凝土段塔筒部分为“方圆结构体系”。每节段塔筒高约15.75m，由4块转角构件和4块平板构件组成，通过高强灌浆料连接。
目前国内无可借鉴的工程实例和技术经验，结合我公司混凝土预制产品生产经验和技术积累，通过消化吸收，研发出一套切实可行，操作性强的预制工艺技术，积累风力发电机组体系建设经验，开拓创新，为绿色能源利用工程贡献力量。
本工程项目中，混凝土风电塔筒段分为6节，第一节至第五节由4块转角构件和4块平板构件装配组成，第六节为连接段呈一个不规则的空心椎体，连接顶部钢塔筒和下部混凝土塔筒的转换结构，高度为1.75米。转角构件和平板构件混凝土强度等级为C70，连接段构件混凝土强度等级为C85。
二 国内外概况
国外钢混塔筒风力发电机组的技术研究和应用相对较早，从120米至160米的钢混高塔都已有批量商业运行业绩，全球范围内已安装上数千台100m以上的钢混高塔。而该体系的钢混塔筒（方圆结构），已有790台投产运营风力发电机组上。在欧洲，混凝土塔筒预制构件生产早已形成一个工业化产业链，在工厂进行预制生产，在现场进行拼装。
风力发电钢混塔筒在国内的研究起步相对较晚，目前钢混塔筒结构也处于一个起步阶段，但仍然是行业的热点。国内已有多项预制式混凝土塔筒研究，涉及到拼装方法、预制管片制品及成品保护装置、模具等方面的研究，
三 预制工艺探索
1、预制流程
2、生产线布局
新建风电混凝土塔筒生产场地设置在已有混凝土预制场内，可以利用场内较多设施，产量较大时，可单独建立生产场，配备全套生产设备。生产线主要有钢筋堆放和预埋件存放区，钢筋加工区，骨架预编区，生产区，运输道路、存放区等。搅拌站和试验室利用预制场内原有设施，搅拌站为HZS120型搅拌站，配置3个200t水泥罐，1个200t粉煤灰罐，1个10t减水剂罐。预制场内设配套试验室，分别设有办公室、胶凝材料室、力学室、骨料室、样品室、资料室、标准养护室、混凝土室等，达到试验环境要求。
图五 生产线平面布置图
3、钢筋加工及安装
转角构件和平板构件结构尺寸较薄，对钢筋骨架的尺寸要求较高，为满足保护层厚度同时能够顺利入模，分别创新设计并制作专用转角构件胎具和平板构件胎具用于钢筋绑扎，确保骨架尺寸准确。钢筋加工采用按照标准进行，HRB500钢筋连接需采用套筒连接。
4、构件模板组成
针对塔筒产品特点，设计高精度模具满足设计需要。
转角构件模板采用下模、上模、侧模、端模构成，侧模采用液压控制合模、脱模，便于控制。上模与下模需定位准确，保证产品厚度，端模斜度符合产品尺寸要求，侧模设计要满足外露钢筋要求。
平板构件模具由底模、侧模、端模构成。端模需设计符合要求的斜度，满足产品尺寸要求。平板构件脱模需将构件90°翻转脱模，在模板底部设计支撑架，能满足将模板和产品同时支撑要求，支撑架翻转到75°，再将产品翻转15°脱模，满足立式脱模要求。
连接段模板由底模、内模、外模、顶模构成，满足尺寸要求。底模和底模设置固定预埋钢筒装置，确保钢筒垂直度。
5、预埋件控制
塔筒构件产品规格较多，预埋件种类、数量大，需在技术上解决好定位安装的难题，同样需对预埋件在管理和检验上进行精细管理，才能保证预埋件不出现错、漏、偏的现象。
模型上设置固定预埋件的特制工装，针对每种预埋件及预埋位置分别设置，满足预埋要求。预埋件安装时间和顺序也需针对预埋件特点制定。
在管理上，对所有产品进行编号，并制作技术参数表，制作形象进度图，根据技术参数表组织生产，确保生产产品不出错误。
6、混凝土工程
6.1配合比设计
根据设计要求，转角构件和平板构件采用C70高强混凝土，连接段采用C85高强混凝土，设计年限20年。采集当地原材料和多种外加掺合料，通过多次试验，完成风电塔筒C70、C85高强混凝土的配合比试配任务。最终C70混凝土的28天标准养护抗压强度达到83.8 MPa，C85混凝土的28天标准养护抗压强度达到96.7 MPa。
塔筒配合比采用P.O 52.5普通硅酸盐水泥，掺加I级粉煤灰和S95磨细矿渣粉，聚羧酸高性能减水剂，使用新型高强高性能专用矿物掺合料取代硅灰，满足了混凝土高强度、和易性和耐久性的要求，解决了非泵送高标号低水胶比混凝土发粘、易板结，工作性能不良的难题。混凝土坍落度控制在200±20mm，扩展度≥500mm，含气量控制在1%~2%。
6.2转角构件浇筑工艺
转角构件模具设计为两侧下料，下料口仅为240mm宽，同时下料口的钢筋密集，导致浇筑困难。通过对模具结构进行分析，混凝土在浇筑过程中一是下料速度慢，二是弧形中间部分气泡不易排除，通过多次试验，最终提出了一套完善的转角构件浇筑工艺技术：
a.由于转角构件下料口较小，为防止混凝土在浇筑过程中溢出模型，在模型两侧下料位置制作下料导向槽，第一次布料从单侧一端到另一端均匀下料，用振动棒进行引料，当下料到6m3时，按振动器编号依次开启振动器，振动时间为15s。
b.第二次分别从两侧连续布料，直至混凝土到模具料口边缘5-10cm，按振动器编号依次震动10s，并用振动棒垂直插入，直至无气泡排除。
c.第三次分别进行布料至模具料口水平位置，用振动棒振捣密实。
d.下料完后，按编号依次开启上模中的振捣器5s。
e.振动棒振动时不要触碰预埋件，也不要靠在钢筋网上一直振动，导致骨架变形。
f.浇筑完毕后，要及时清理预埋件工装和下料梭槽上的混凝土，不能将残留混凝土压进刚浇筑的混凝土中，要及时清走。
图六 转角构件混凝土浇筑示意图
6.3平板构件浇筑工艺
针对平板构件浇筑，为保证混凝土浇筑的连续性和构件表面的平整度，提出了一套适用于平板构件浇筑工艺：
a.下料：布料从底端开始，一次性铺到220mm厚，如此向顶端推进。
b.振动：因平板面积宽大，为防止混凝土浆体过多的向前段流动，铺满4米长后才开启最底端一组高频振动器，随后再往前铺满3米长后才开启底端向上第二组高频振动器，直至结束。高频振动器每次开启时间10秒。全部浇筑结束后，再从底端向顶端依次开启高频振动器，每组5秒。
c.表面平整度度控制：下料后，采用自制振动台辅助摊铺混凝土，同时起到找平，并人工对混凝土表面进行精平抹面，保证表面平整。
图七 转角构件混凝土浇筑示意图
6.4连接段浇筑工艺
连接段构件方量达到21m3，同时构件须内外上下四面由模具成形，模具顶部部分区域设置了下料口，含筋量为235.14kg/m3，布料和振捣都不能顺畅进行，尤其不能观察到内部的浇筑情况。通过课题组对结构的分析，提出了一套适用于连接段的浇筑工艺，并成功应用于本项目。
（1）法兰内侧下料口为1~12号，法兰外侧下料口为13~20号，8个观察口。
（2）下料分两次进行，第一次依次从下料口1~12号下灰布料，按每3个下料口布置1罐混凝土（约1.5m3）的方式循环布料至法兰上缘，此时外侧混凝土面基本和内侧同高，灌注时采用振动棒引流，每灌注2圈高频振动器振动一次，不超过15s。
（3）第二次从13~20号下料口下料，采用振动棒引流并使振动密实，通过观察口观察混凝土浇筑的深度。
图八 连接段混凝土浇筑示意图
7、产品吊装
转角构件4点起吊，采用专用吊架进行起吊。
平板构件采用2点起吊，利用模板翻转90°后起吊脱模。平板构件为梯形结构，需调整起吊钢绳长度，保证产品平衡起吊。
8、产品存放
转角构件的存放采用卧式多层存放，最多不超过四层。转角构件存放时保持底部的存放支座在同一直线上，同时要垫胶皮或者土工布缓冲；多层存放时，上层垫块与底部支座保持在同一竖线上。
图九 转角构件存放示意图
平板构件的存放采用立放。平板构件存放时，用中心间距9m的2个支座卡在外漏钢筋处，背部靠在支撑架上，支撑架与平板构件间垫根木方，防止放置时碰损，同时通过钢丝绳紧线器将平板上侧固定在支撑架上。
平板构件转运注意平移路线要保持净空、无障碍，防止碰撞。
图十 平板构件存放示意图
四 质量控制
风电塔筒产品在国内生产尚属首次，无成熟技术可以借鉴，无产品标准，根据混凝土产品特点、构件拼装要求等，制定了产品生产外观质量和外形尺寸要求，在生产中执行。
表1 混凝土塔筒构件外观、尺寸极限偏差及其他质量要求
五 结束语
通过对风电混凝土塔筒产品的特点进行研究，制定出一套适合塔筒生产的工艺技术，并在生产中不断总结提高，最终形成成熟风电塔筒预制技术，填补国内风电塔筒预制产品技术空白，可以为国内同类产品提供借鉴。
参考文献：
[1]DB11/T 968-2013《预制混凝土构件质量检验标准》（北京市）
[2]GB50204-2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》
[3]GB/22082-2008《预制混凝土衬砌管片》
[4]TB/T3432-2016 《高速铁路预制后张法预应力混凝土简支梁》
作者简介：
王江，（1974-3---），女，汉族，高级工程师，1997年毕业于重庆建筑大学，混凝土制品，工学学士，研究方向：混凝土制品工艺。
论文作者:王江
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/8/1
标签：构件论文; 混凝土论文; 平板论文; 转角论文; 预埋件论文; 振动器论文; 钢筋论文; 《电力设备》2019年第6期论文;