“風機錨栓基礎結構設計及錨栓組件材料采購打捆”的設計管理

田偉輝，張 鋒，崔振磊

(1.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065；2.華電國際寧夏新能源發電有限公司,銀川 750002 )

0 前 言

風機基礎與塔筒的連接形式有多種，最具代表性為基礎環與錨籠環2種。據不完全統計，目前中國已經建成風電場風機塔筒與基礎連接95%以上采用的基礎環形式，該種連接方式被認為是安全可靠的。隨著部分風電場陸續出現基礎環松動問題，風機供應商、設計單位、施工單位等各方專家通過多次會診，目前已基本達成如下共識：基礎環直徑較大、埋深不足、基礎環與周邊混凝土連接不可靠，其受力特性相比錨籠環要差。從設計角度來講，單機容量1.5 MW及以上容量的風機塔筒與基礎連接宜采用錨籠環[1-3]。但是，由于當前用于風機塔架與基礎連接的錨栓存在材質無相應規程規范、防腐難度大、錨栓斷裂不易更換等問題，由此增加的風險成本，風機供應商和設計單位都在回避。

在此前提下，業主推出“風機錨栓基礎設計及錨栓組件材料采購打捆”的招標采購形式，相當于EP(設計+采購)承包，投標主體必須是設計院。根據目前市場環境條件，設計單位應充分掌握錨籠環的市場前景，本著盡最大可能的占領市場份額和為業主服務的目標，積極參與投標。只要做好錨栓材料市場調研，進行充分研究，詳細設計，發現風險點，做好風險控制和轉移，精工細作，做好設計優化工作，就能在新的市場條件下占據主動。

設計單位既要作為設計的主體，同時又是采購的主體，除了要保證結構設計的可靠以外，還應對所需采購錨栓及組件材料的市場情況充分了解，這樣才能保證整個項目的風險可控，以使效益最大化。因此，作者針對該新的市場環境條件，對風電項目中“風機錨栓基礎設計及錨栓組件材料采購打捆”的設計管理進行簡單論述。

1 產品調研

錨籠環高度一般在3.0 m以上，除外露30 cm左右之外，其余部分埋入風機基礎混凝土,見圖1～2。

圖1 錨籠環圖

圖2 基礎圖

錨栓組件最重要的承力構件是高強預應力錨固螺栓及替代品，其不同于一般的高強預應力錨固螺栓，且中國沒有專門針對風電機組的錨栓設計規程，造成目前市場材料供應良莠不齊。經資料收集整理，目前市場上主要有中船重工713、江蘇金海、青海金陽光等單位生產的高強預應力錨固螺栓，以及天津二軋生產的精軋鋼筋。

通過掌握資料，首先應由項目負責人通過電話向供貨商了解其產品基本性能，產品應用業績，目前市場價格等，并初步了解其合作意向。

其次，以公司名義向有意向參與合作的供應商發正式詢價函件，由供貨商按要求填寫供貨清單、各組件單價、錨栓組件總價，并簽字蓋章正式回函，承諾只要中標后合作，且價格不會上浮。要求各供應商隨同正式回函附帶產品性能說明、試驗證明材料、認證證明材料、同類業績證明材料等。

最后，整理供貨商回函，對比分析各家業績及產品性能、價格，以百分制形式進行排序，選出合適的合作單位。由于時間較緊，無法做到對每家供貨公司進行實地考察，只能采取有選擇性的進行考察調研，落實其公司實力、生產能力、供貨能力等。同時，采取與材料供應公司技術人員就設計過程中關注的重點、難點，像螺桿工程面積、屈服強度、抗拉強度、伸長率、材料主要組成成分、防腐措施等進行面對面交流，由技術人員當面進行解答，并反復溝通，做到心中有數。再就是與供貨廠家主要負責人當面溝通，表達合作的誠意，落實聯絡人員，提高后續工作效率和力度。

2 風險控制與轉移

高強預應力錨固螺栓本身應用可以說非常成熟，由于其使用條件決定其斷裂或松弛無法更換，或處理代價極高，要求設計要加強風險控制。總體來說可以從以下幾個方面來控制和轉移風險。

2.1 要求共同設計

目前，高強預應力錨固螺栓供應商均具有設計計算的能力，有些廠家還有著十分豐富的經驗。因此，設計單位根據風機荷載資料和風電場地形地質條件擬定合理的基礎體型，作為錨栓組件設計的依據，要求各家材料供應廠家進行錨栓組件設計，并提供計算分析報告，報告中應包括高強預應力錨栓等級、長度、公稱直徑、預張拉力級別及取值標準、材料性能、防腐措施等。由于中國目前沒有專門用于風力發電機組超長高強預應力錨固螺栓的荷載規范和設計規程，缺乏統一指導，單獨一家設計容易出現偏頗。通過多家進行設計，充分展示各自設計理念，設計單位對所提供計算分析成果進行復核對照，查漏補缺，取長補短，更能保證設計安全可靠，經濟合理，以降低風險。

2.2 嚴把材料性能關

根據國內外相關應用經驗以及相關規范，對采購的錨栓材料等要有詳細嚴格的要求，主要包括錨栓的外形尺寸、外觀質量、材料性能、互換性能、防腐性能等。對于采購的錨栓組件，應參考GB/T 20123-2006、GB/T 20125-2006、GB/T 228.1-2010、GB/T 10120-1996、GB/T 3075-2008、GB/T 229-2007等相關要求，對材料進行無損檢測試驗、力學性能試驗、靜載張拉試驗、滿載張拉試驗、應力松弛試驗、疲勞荷載試驗和低溫沖擊試驗，滿足要求的才能夠采購加工，從源頭上保證的錨栓組件的安全性能[4-9]。

2.3 百分之百出廠檢驗

錨栓組件中的主要構件無疑是超長高強預應力錨固螺栓，其具有應力高、應變大、張拉困難、斷裂補救困難大的特點，給設計工作帶來高風險。2011—2013年期間，中國已經發生多個風電場同類受力構件斷裂的事故，給設計市場帶來巨大沖擊。但是，經綜合分析，發生事故的風電場無一例外都是材料采用不當(此類材料目前基本已經退出風電市場)，且多數事故發生在張拉過程中。鑒于此，為降低和規避風險，要求材料供應廠商在材料出廠前做到百分之百無損探傷，高強預應力錨固螺栓做到百分之百現場同等條件預張拉，并組織建設方和設計單位聯合建造，保證出廠產品安全可靠。

2.4 提供業績證明

提供業績證明主要有2個目的：其一是證明其市場認可度，側面證明其材料質量的可靠性，價格合理；其二是附帶提供工程經驗，包括施工安裝流程、張拉器選擇、加載措施、伸長量統計、多年運行應力損失統計、螺桿腐蝕破壞情況和補救措施等，為設計提供參考，降低設計及施工過程中的風險。

2.5 提供認證證明

錨桿質量需要經過行業內第三方認證。這樣能進一步規避風險，保證項目的安全性。

3 優化設計

“風機錨栓基礎設計及組件材料采購打捆”的招標采購形式，相當于EP承包模式，其本身就是業主為通過競價控制投資和風險轉移所采取的策略。高風險就要有高回報，也就是追求利潤最大化。EP承包形式，利潤來自設計和采購，設計費數額較小，重在設計優化，在安全可靠的前提下降低工程量；采購主要是經過合同談判達到材料供應方讓利。兩者相比，重在設計優化。

(1) 應根據荷載資料和地形地質條件，擬定切實可行的基礎體型，包括基礎埋置深度、基礎直徑、底板邊緣厚度、基礎上臺柱直徑等，保證基礎設計國內領先，具有降低工程造價的競爭優勢，提高投標中標的可能性。擬定安全可靠、經濟合理的基礎體型不是一蹴而就的，需要進行多方案比選。在廠家確定螺桿數量和公稱法蘭開孔尺寸的前提下，基礎埋置深度會帶動基礎混凝土總量、螺桿長度(影響重量)、基礎配筋等多方面變化，投資隨之變化，需要進行重復計算以確定最優基礎體型，既增加投標競爭優勢，同時又要保證中標總價的利潤空間。

(2) 重點研究螺桿設計，在保證基本遵守國內相關規范的前提下，認真分析國內規范和國外規范的相同和不同之處，求同存異，借助招標文件中關于國外規范使用的說明，在參數取值方面尋找平衡點，在做到基礎設計安全可靠的前提下，爭取最大利潤空間。

4 結 語

風電設計市場準入門檻較低，競爭非常激烈，對于常規設計各設計單位之間已經無優勢可言，只有不斷創新和勇于承擔風險才能爭取更大的市場份額。風險是可控的，風險與利潤同在，只要加強設計管理，精心組織，精心設計，就能做到風險可控，就能爭取最大的利益，就能保證設計單位在新的市場條件之下，在競爭中處于優勢地位。

參考文獻:

[1] 李振作.中歐預應力重力式風機基礎設計方法分析與比較[J].山西建筑,2014,(21)40，69-71.

[2] 馬人樂,孫永良,黃冬平.風力發電塔井格梁板式預應力錨栓基礎設計研究[C]//全國結構工程學術會議,2009,434-438.

[3] 張萬祥,劉洪海,于春來.新型風力發電機組梁板式預應力錨栓基礎應用[J].風能,2012,(05),84-86.

[4] GB/T 20123-2006,鋼鐵總碳硫含量的測定.高頻感應爐燃燒后紅外吸收法.(常規方法)[S].北京：中國標準出版社，2006.

[5] GB/T 20125-2006,低合金鋼多素的測定 電感耦合等離子體發射光譜法[S].北京：中國標準出版社，2006.

[6] GB/T 228.1-2010,金屬材料拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2011.

[7] GB/T 10120-2013,金屬應力松弛試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2013.

[8] GB/T 3075-2008,金屬材料 疲勞試驗 軸向力控制方法[S].北京：中國標準出版社，2008.

[9] GB/T 229-2007,金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2008.