在役風電機組基礎環(huán)水平偏差糾正與加固方法的應用

萬攀 毛江波 譚佳文

近幾年，隨著大批量風電機組相繼退出質保期，部分地區(qū)的風電場出現(xiàn)了已投運風電機組基礎環(huán)水平偏差過大的情況，尤其以云貴區(qū)域山地風電場的風電機組偏多。然而對于此種情況，行業(yè)內暫無成熟且經濟的處理方案。

以貴州地區(qū)某風電場為例，該風電場安裝了132臺1.5MW風電機組，基礎設計水平度偏差范圍為±1mm，在并網投運三年后有37%的風電機組基礎環(huán)水平度超過允許偏差，偏差平均達到5mm，嚴重影響機組運行，部分偏差嚴重的機組被迫限功甚至停機，極大影響了機組的發(fā)電效能。在比選多種糾偏方案（重建成本高、墊片調平治標不治本、基礎環(huán)堆焊打磨可靠性不高）的基礎上，最終選擇了成本可控、治標治本、可靠性更高的人工糾偏方法。

本文詳細介紹了該風電場風電機組基礎環(huán)水平偏差的人工糾偏與基礎加固的施工方法，該方法可極大降低基礎環(huán)水平偏差處理成本，防止基礎環(huán)水平偏差的進一步惡化。

案例原因分析

一、混凝土質量問題

對基礎環(huán)水平偏差過大機組的基礎環(huán)底部、基礎面混凝土進行鉆孔取樣，采集樣品如圖1所示，從樣品外觀看，混凝土非常松散、中間存在很多氣孔；檢測結果發(fā)現(xiàn)混凝土標號為C30，未達到基礎設計的混凝土強度要求。

混凝土損壞區(qū)域如圖2所示。由于長期在惡劣的環(huán)境中滿負荷運行，風電機組經常會發(fā)生不規(guī)則的上下移動及左右擺動，所產生的載荷力全部傳遞到地基基礎，導致地基基礎因長時間受到不規(guī)則的沖擊力而逐步損壞，基礎環(huán)受偏移力的影響出現(xiàn)非正常移動，并牽動下面的混凝土區(qū)域，致使混凝土損壞區(qū)域不斷增大。

二、環(huán)境及養(yǎng)護問題

追溯項目建設情況發(fā)現(xiàn)，項目在基礎澆筑期間恰逢雨季，多處基礎在養(yǎng)護期間被大量積水浸泡（圖3）。基礎雖需灑水養(yǎng)護，但是該項目將基礎泡在水中養(yǎng)護的情況，顯然不符合規(guī)范要求。這將導致混凝土碳化，失去對鋼筋的保護作用。

三、基礎地層暗藏空洞

在對基礎偏差進行處理的過程中發(fā)現(xiàn)，超過了1m3混凝土的空洞分布在基礎地層。該項目山體溶洞較多，地形也較為復雜，風電基礎建造時未能充分識別空洞情況，當機組投運后機組振動催生了基礎平臺的不均勻沉降。

糾偏與加固

對于已經投運的風電機組，將機艙風輪偏航至基礎環(huán)平整偏差最大測量點，使用5只100噸手動液壓千斤頂安放在基礎環(huán)內側，支頂位置為水平度較低一側的法蘭底部，如圖4所示。人工糾偏分多次進行，支頂時千斤頂均勻施力使得每次調整量不大于1mm，調整完畢后靜置24小時觀察水平度較調整前有無變化，如無變化則繼續(xù)進行糾偏作業(yè)，如水平度發(fā)生變化，則在原支頂位置使用輔助支撐物進行支撐，待千斤頂位置調整完畢后再靜置24小時觀察水平度變化，在水平度調整滿足要求后進行灌膠加固施工。

基礎加固施工分為環(huán)氧類灌膠加固和基礎臺柱擴大加固兩個過程。

一、環(huán)氧類灌膠加固

該項施工是采用環(huán)氧類灌漿料將基礎環(huán)與基礎混凝土縫隙填堵密實，具體施工流程如圖5所示。

（1）注漿工藝程序

該施工工藝包括：表面處理-注漿孔位置設定-鉆孔-壓力清孔-注漿孔驗收檢查-注漿-封孔。鉆孔和加注位置如圖6和圖7所示。

①表面處理：清除混凝土表面的水泥浮漿、薄膜、松散砂石、軟弱混凝土層、油污等，并不得有積水。

②注漿孔位置標定：按加固設計圖紙標定注漿孔位置。

③鉆孔：剔鑿基礎混凝土，直至確定受力鋼筋位置，特別是穿孔筋位置。鉆孔直徑30mm，深度抵達基礎環(huán)表面與混凝土縫隙處。

④壓力清孔：成孔后用壓縮空氣進行清孔作業(yè)，清除灌漿區(qū)域的粉塵、渣屑等。

⑤注漿孔驗收檢查：檢查注漿孔清潔及干燥情況是否滿足化學注漿要求。

⑥注漿：采用環(huán)氧類注漿料，每個注漿孔在液面穩(wěn)定后，保持壓力1～2min，注膠總量約為150kg。

——封孔：灌漿孔灌漿結束后，進行封孔作業(yè)。

（2）注漿施工質量檢驗

本次注漿加固主要是將塔筒基礎環(huán)與基礎混凝土之間的縫隙填堵密實，施工過程中通過觀察貫通孔的注漿流量和不貫通孔的注漿完成量來判斷注漿效果，最后根據(jù)運行管理單位的測振結果檢驗風電機組自振頻率是否恢復正常。

在檢查記錄表中對每個注漿孔進行單獨編號，記錄每個孔的灌漿時間及灌漿量等數(shù)據(jù)。

二、基礎臺柱擴大混凝土澆筑加固

該項施工是通過增大基礎平臺體積，提高機組承載能力，避免基礎環(huán)應力集中。具體方法是將基礎臺柱外側半徑由 3m 加大到 4.2m，臺柱頂部加高至基礎環(huán)頂面以下 5cm位置，擴大效果如圖8所示。對擴大的臺柱用C40 鋼筋混凝土（二級配）進行澆筑，混凝土灌漿量約為52m3。灌漿要點包括原材料質量檢查、灌漿前孔內有無積水現(xiàn)象檢查、灌漿前基礎環(huán)水平度檢查、攪拌均勻程度檢查、配比檢查、灌漿料流動性檢查、灌漿順序及方式的選擇（本案例宜采用自流平式注漿）。

對下法蘭位置處混凝土受力進行建模分析發(fā)現(xiàn)，相比加固前，加固后基礎環(huán)下法蘭處混凝土受力（圖9、圖10）獲得大幅度改善。

結論

本文以貴州某風電場為例，介紹了基礎環(huán)偏差人工糾偏和加固方法在已投運風電機組中的應用。該方法可有效降低風電機組基礎重建產生的高昂費用，減少風電機組停機經濟效益損失，快速實現(xiàn)基礎偏差問題處理。此外，通過基礎和基礎環(huán)載荷計算分析發(fā)現(xiàn)，基礎加固后基礎環(huán)的載荷余量得到進一挖掘，可以實現(xiàn)對較大功率機組的替換。例如，本案例中的1.5MW機型，經基礎擴大加固后可以更換為同機型2MW機組，相比重新修建2MW機組基礎節(jié)約了翻新成本。

（作者單位：中車株洲電力機車研究所有限公司）