基于基礎環(huán)的風機基礎缺陷加固處理分析

張峰 李清 石胡輝

摘 要：基礎環(huán)是連接風機基礎和上部塔筒的關鍵部件，采用基礎環(huán)的風機基礎缺陷問題頻發(fā)，風機運行存在安全隱患，必須采取加固處理措施。本文總結了風機基礎安全性檢測的內(nèi)容，在此基礎上，提出了相應的加固處理方法，并結合遼寧某工程案例介紹了加固處理方法的選擇及施工工藝流程，可供類似工程參考。

關鍵詞：基礎環(huán);基礎缺陷;加固

Abstract：The foundation ring is the key component for connecting the tower and wind turbine foundation.However，the defects of wind turbine foundation with foundation ring occur frequently，which leading to safety hazards in the wind turbines operation，therefore，reinforcement measures must be taken.Based on the summary of foundation safety inspections，reinforcement treatments are put forward in the paper.In addition，combined with the project case in Liaoning Province，the selection and construction process of reinforcement treatments are introduced，which can be available for similar projects.

Key words：foundation ring;foundation defect;reinforcement

陸上風機基礎與上部塔筒連接方式主要為基礎環(huán)和預應力錨栓，基礎環(huán)作為傳統(tǒng)的連接方式，得到了廣泛的應用。近年來，采用基礎環(huán)的風機基礎缺陷問題頻發(fā)[1][2][3]，如基礎環(huán)與基礎間出現(xiàn)較大縫隙，混凝土開裂破損，防水結構變形損壞，基礎環(huán)水平度偏差較大，穿孔鋼筋銹蝕、剪斷等，風機安全運行存在較大安全隱患，風機基礎缺陷的加固處理勢在必行。本文總結了風機基礎缺陷的安全性檢測，針對檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷問題，提出了相應的處理方法，并結合遼寧某風電場風機基礎加固案例介紹了處理方法選擇及施工工藝流程。

1 風機基礎安全性檢測

風機基礎安全性檢測一般包括：基礎外觀檢查、基礎環(huán)水平度檢測、基礎混凝土強度檢測、基礎混凝土密實度及完整性檢測、基礎環(huán)與基礎混凝土接觸（脫空）情況檢測等。

（1）基礎外觀檢查。包括基礎防水構造、混凝土開裂破損情況檢查等。防水構造是混凝土與基礎環(huán)之間避免基礎環(huán)及鋼筋銹蝕的可靠組成，混凝土開裂、破損會造成基礎對風機塔筒的約束減弱，上部結構自振周期增大，風振系數(shù)增大，改變風機塔筒上部荷載，裂縫的寬度及深度檢測可采用裂縫測寬儀、非金屬超聲檢測儀等。

（2）基礎環(huán)水平度檢測。基礎環(huán)是塔筒與基礎連接的關鍵部件，直接承載風機上部結構，基礎環(huán)水平度的變化能反映風機塔筒的傾斜程度?；A環(huán)水平度檢測可采用水平儀或全站儀。

（3）混凝土強度檢測。風機基礎在長期風荷載及動荷載往復作用下，強度較低的混凝土極易開裂損壞，基礎環(huán)與基礎空隙逐步加大。一般采用回彈法對基礎混凝土強度進行檢測，并用鉆芯法對回彈強度換算值進行修正。

（4）混凝土密實度檢測。下法蘭周邊混凝土由于存在密實度缺陷，最大主壓應力會超出混凝土抗壓強度，混凝土易發(fā)生損傷破壞?？刹捎脹_擊回波測試儀對混凝土密實度進行檢測，并采用鉆芯法檢查不同深度處混凝土有無氣孔、蜂窩麻面[4]。

（5）基礎環(huán)與基礎混凝土接觸（脫空）檢測。當基礎混凝土強度不足、基礎環(huán)周邊混凝土密實度較差時，在疲勞荷載反復作用下，基礎環(huán)及基礎混凝土之間易產(chǎn)生裂隙，并隨著局部混凝土破損逐漸加大直至出現(xiàn)接觸脫空。脫空檢測可采用非金屬超聲檢測儀。

2 風機基礎加固處理方法

在風機基礎安全性檢測基礎上，針對對于基礎缺陷，需對采取相應的加固處理措施。

2.1 混凝土裂縫處理

基礎混凝土裂縫按裂縫寬度及深度不同，可分為：淺表層裂縫（裂縫寬度<1.0mm，深度<10cm），一般為不規(guī)則收縮裂縫，建議處理措施為對裂縫處進行刻槽并涂刷界面劑，內(nèi)部填充環(huán)氧砂漿。表層裂縫（裂縫寬度>1.0mm，深度<30cm），深層裂縫（裂縫寬度>1.0mm，深度>30cm）一般均為變形裂縫，產(chǎn)生原因多為混凝土強度不足、密實度較差、配筋不足，表層裂縫建議處理措施為對裂縫處刻槽并鋪設騎縫鋼筋網(wǎng)，再采用環(huán)氧砂漿回填。深層裂縫建議處理措施有采用鉆孔、化學注漿和鉆孔植筋。

2.2 混凝土破損處理

混凝土破損一般發(fā)生在基礎環(huán)與基礎臺柱混凝土接觸部分，根據(jù)破損程度及范圍可分為局部混凝土修復和臺柱整體修復。

局部混凝土修復方案為：將基礎表層破損混凝土鑿除、清理干凈后，噴（涂刷）混凝土界面粘接劑，在破損混凝土鑿除區(qū)域，采用高強水泥砂漿或環(huán)氧砂漿修補。

對于臺柱混凝土與基礎環(huán)接觸部位破損嚴重的情況，需進行臺柱整體修復，即擴大臺柱尺寸。修復方案為：鑿除基礎環(huán)內(nèi)外側臺柱表面混凝土，鉆孔植筋并綁扎加固混凝土鋼筋，待混凝土表面清理干凈后，噴（涂刷）混凝土界面粘接劑，隨后進行臺柱擴大部分混凝土澆筑。

2.3 基礎環(huán)水平度糾偏

在基礎加固前，須進行基礎環(huán)水平度糾偏，可采用人工糾偏與機組糾偏相結合的方式。人工糾偏方式為：采用千斤頂對基礎環(huán)上法蘭施力，使水平度較低一側得到抬升。機組糾偏即通過機組偏航系統(tǒng)，利用上部設備的偏心力減小基礎環(huán)水平度傾斜。

2.4 注漿加固處理

針對基礎混凝土空腔、基礎環(huán)與混凝土脫空等缺陷，一般采用注漿加固處理。

脫空的主要部位大多發(fā)生在基礎環(huán)底環(huán)的內(nèi)外側及其下法蘭附近?？椎讘M量接近基礎環(huán)下法蘭附近。注漿前應采用水泥砂漿或環(huán)氧膠泥將臺柱混凝土與基礎環(huán)間的縫隙進行封堵，并在基礎環(huán)內(nèi)外側各預留排氣孔。

注漿材料分為環(huán)氧類漿液和水泥基漿液注漿。根據(jù)空腔、脫空范圍選擇不同注漿材料。

3 風機基礎加固處理案例分析

3.1 工程背景

遼寧某風電場采用重力式擴展基礎，安裝輪轂高度70m的1.5MW機型。基礎主體混凝土設計強度等級為C40。基礎與上部塔筒連接方式為基礎環(huán)。工程投產(chǎn)運營5年后，發(fā)現(xiàn)部分基礎混凝土臺柱頂部與基礎環(huán)接觸附近（包括基礎環(huán)外側和內(nèi)側）局部出現(xiàn)開裂及破碎現(xiàn)象，風機基礎安全存在明顯隱患。

3.2 安全性檢測結果

針對于上述風電場風機基礎出現(xiàn)的損傷現(xiàn)象，需進行安全性檢測以確定基礎存在的缺陷。

（1）基礎外觀檢查。通過對風機基礎的外觀檢查，發(fā)現(xiàn)基礎防水構造普遍存在損傷，基礎臺柱表面混凝土存在多處裂縫，裂縫為淺表層裂縫，基礎臺柱混凝土存在不同程度的擠壓破損，混凝土與基礎環(huán)間存在縫隙。

（2）基礎環(huán)水平度檢測。通過對基礎環(huán)水平度檢測發(fā)現(xiàn)，水平度偏差大于設計要求（2.5mm），個別基礎達6mm。

（3）基礎混凝土強度檢測。根據(jù)檢測結果，鉆芯法確定混凝土強度為20.0MPa～22.2MPa，回彈法確定混凝土強度為26.6MPa～29.2MPa，混凝土實測強度等級遠低于設計C40等級要求。

（4）基礎混凝土密實度及完整性檢測、基礎環(huán)與基礎混凝土接觸（脫空）情況檢測。沖擊回波測試儀檢測結果反映，臺柱測線部位混凝土內(nèi)部局部存在密實度缺陷。鉆孔檢測顯示，鉆至下法蘭上方的芯樣在近下法蘭一端破碎，部分芯樣在鋼筋周邊存在混凝土疏松缺陷。檢測表明部分基礎混凝土與基礎環(huán)側壁間均存在明顯脫空，脫空深度分別為580mm～815mm。

3.3 加固處理方案

針對該風電場安全性檢測結果，實施相應的加固處理方案。

（1）基礎環(huán)水平度糾偏?；A環(huán)水平度糾偏采用人工糾偏結合機組糾偏的方式，糾偏后的基礎環(huán)水平度在設計允許范圍內(nèi)。

（2）混凝土裂縫處理。①對收縮裂縫處表面混凝土進行鑿除，沿裂縫鑿燕尾槽。②在槽內(nèi)噴（涂刷）混凝土界面粘接劑。③界面劑陳化后再涂抹環(huán)氧砂漿。

（3）混凝土破損處理。局部混凝土破損可采用2.2中修復方法。部分基礎臺柱混凝土存在多處嚴重破損，需進行臺柱整體修復處理，具體如下：①鑿除基礎環(huán)內(nèi)外側臺柱表面混凝土;②鉆孔植筋并綁扎加固混凝土鋼筋;③噴（涂刷）混凝土界面黏接劑，并在3～6小時內(nèi)完成混凝土澆筑。

（4）注漿加固處理方案。①注漿材料選擇：對基礎環(huán)下法蘭附近存在的較大空腔及脫開區(qū)域，可采用水泥基漿液，對基礎環(huán)與混凝土縫隙采用環(huán)氧類漿液。一般先進行水泥基注漿，待水泥基注漿料強度達到設計強度的70%后，進行環(huán)氧類漿液注漿。②鉆孔：在基礎環(huán)內(nèi)外側各布置12個注漿孔，直徑75mm的注漿孔為水泥基漿液注漿孔，直徑32mm的注漿孔為環(huán)氧類漿液注漿孔;在臺柱底部布置斜向觀察排氣孔。③清孔：鉆孔結束后，應對鉆孔和脫空的空腔采用有壓水或氣體進行不同方向的反復沖、吹掃，采用熱風烘干。④注漿前封堵：注漿前采用水泥砂漿或環(huán)氧膠泥將混凝土與基礎環(huán)間的縫隙進行封堵，并在基礎環(huán)內(nèi)外側預留排氣孔。⑤注漿要求：控制注漿的初始壓力和最大灌注壓力，在灌注過程中如兩側孔或排氣孔出漿，應進行封堵直至灌注壓力達到允許的最大壓力。

4 結語

風機基礎的加固處理需在基礎安全性檢測的基礎上，針對出現(xiàn)的缺陷問題，選擇安全適用、經(jīng)濟可行的處理措施。安全性檢測包括基礎外觀檢查、基礎環(huán)水平度檢測、混凝土強度檢測、混凝土密實度和完整性檢測、基礎環(huán)與基礎混凝土接觸（脫空）情況檢測等。加固處理措施包括混凝土裂縫處理、破損修復、基礎環(huán)水平度糾偏及注漿加固處理等。加固處理完畢后應加強風機運行狀態(tài)監(jiān)測、基礎外觀檢查、沉降觀測及基礎環(huán)水平度檢測。

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