風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)局部缺陷的原因分析及處理

虞奇波 陳攀

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)環(huán)是連接塔筒和基礎(chǔ)混凝土的關(guān)鍵部件，基礎(chǔ)環(huán)及周邊的混凝土是整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中受力最大的區(qū)域。針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)個(gè)別風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)環(huán)周邊表面混凝土局部開裂，且在基礎(chǔ)環(huán)底法蘭周邊混凝土出現(xiàn)局部不密實(shí)區(qū)的缺陷，本文闡述了出現(xiàn)此類現(xiàn)象的原因，并提出一種采用環(huán)氧樹脂灌漿方案進(jìn)行修補(bǔ)加固的方案解決此類問題，并采用柔性連接的止水修補(bǔ)措施防止此類問題再次產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)基礎(chǔ);開裂;加固;灌漿;止水

1 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)均為八邊形筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)外接圓直徑19.0m，中墩外接圓直徑7m，基礎(chǔ)底板厚0.35m，主梁寬度為1m，高1.5～3.2m，次梁寬0.60m，高1.2m，中墩高3.2m，單個(gè)基礎(chǔ)混凝土總量為306.4m3。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c35，墊層混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c20。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)底部鋼筋保護(hù)層厚度為70mm，主梁底層主筋保護(hù)層厚度為120mm，次梁底層主筋保護(hù)層厚度為90mm，其余為50mm。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)頂面的基礎(chǔ)環(huán)外2m范圍內(nèi)鋪設(shè)山皮石。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)出現(xiàn)的問題

風(fēng)電場(chǎng)個(gè)別風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒內(nèi)混凝土表面存在不同程度開裂和破碎，局部有結(jié)水。塔筒外混凝土中墩表面與混凝土結(jié)合面止水措施受損，結(jié)合面出現(xiàn)縫隙，基礎(chǔ)環(huán)周邊表層混凝土輕微擠裂，經(jīng)雷達(dá)檢測(cè)，基礎(chǔ)環(huán)底法蘭與混凝土結(jié)合處存在不密實(shí)區(qū)。該現(xiàn)象隨著時(shí)間推移將進(jìn)一步加劇基礎(chǔ)環(huán)受力結(jié)構(gòu)惡化，基礎(chǔ)環(huán)與混凝土基礎(chǔ)間的不密實(shí)區(qū)將不斷擴(kuò)大，勢(shì)必對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全造成嚴(yán)重影響，可能造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傾倒的安全生產(chǎn)事故。

3 此類問題的原因分析

（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)采用基礎(chǔ)環(huán)插入混凝土式塔筒結(jié)構(gòu)，塔筒和混凝土在承載的過程中由于兩種材料的特性不同，變形不能協(xié)調(diào)一致，基礎(chǔ)環(huán)與混凝土間存在一定的微量間隙。（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為高聳結(jié)構(gòu)、其高度高、重量大、設(shè)備運(yùn)行動(dòng)載、風(fēng)載各種力的作用，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不斷振動(dòng)。振動(dòng)由塔筒傳導(dǎo)到基礎(chǔ)環(huán)，與基礎(chǔ)混凝土不斷產(chǎn)生摩擦，加大基礎(chǔ)環(huán)與混凝土間隙。（3）受充沛雨水侵蝕和臺(tái)風(fēng)影響，一旦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)的止水層破損，雨水沿基礎(chǔ)環(huán)外壁進(jìn)入基礎(chǔ)混凝土后不斷洗刷，基礎(chǔ)環(huán)與混凝土間隙進(jìn)一步增大，引起基礎(chǔ)環(huán)周邊局部區(qū)域混凝土不密實(shí)，塔筒搖晃傳導(dǎo)至表面產(chǎn)生混凝土擠裂破碎。

4 灌漿修補(bǔ)方案及漿料特性

處理方案為采用高壓灌漿對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固修補(bǔ)。灌漿材料選用高強(qiáng)度改性環(huán)氧樹脂，所用環(huán)氧樹脂必須符合《JC/T 1041-2007混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。使用前進(jìn)行配比試驗(yàn)，取得相關(guān)的漿液參數(shù)，注漿料抗壓強(qiáng)度必須高于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度，并具有良好的滲透性。通過填充基礎(chǔ)鋼環(huán)與混凝土間已形成的間隙，使基礎(chǔ)環(huán)與混凝土粘結(jié)成一個(gè)整體。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的性能滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的長期耐荷要求，能起到以下效果：（1）能有效對(duì)間隙和不密實(shí)區(qū)進(jìn)行填充;（2）采用的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠具較高的強(qiáng)度，并具有很好韌性、耐疲勞特性，能長期適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行動(dòng)載情況;（3）能使基礎(chǔ)鋼環(huán)與混凝土結(jié)構(gòu)有效粘結(jié)，增強(qiáng)整體性和強(qiáng)度。

5 施工方法

5.1 施工工序

機(jī)械鉆孔→清孔→孔干燥→埋管→高壓灌漿→養(yǎng)護(hù)

5.2 施工工序操作方法

（1）機(jī)械鉆孔。采用鉆桿接鉆頭的方法，沿基礎(chǔ)環(huán)計(jì)算好距離，且避開鋼筋網(wǎng)，按約依次布置8個(gè)孔位，垂直向基礎(chǔ)環(huán)底部法蘭鉆孔，深度約1.7m（到達(dá)底部法蘭面）。

孔位布置：外側(cè)基礎(chǔ)布置Ⅰ序孔4個(gè)，Ⅱ序孔4個(gè)。Ⅰ序孔與Ⅱ序孔間隔均勻布置，以直徑為4沒基礎(chǔ)環(huán)為例，計(jì)算可得8個(gè)孔間距為1.57m，放樣做好標(biāo)記。先鉆Ⅰ序孔，鉆孔完成后若Ⅰ序孔相互貫通，則無需鉆Ⅱ序孔。若Ⅰ序孔相互不貫通，則繼續(xù)鉆Ⅱ序孔?；A(chǔ)內(nèi)側(cè)孔位根據(jù)外側(cè)注漿情況布置，若外側(cè)注漿時(shí)同內(nèi)側(cè)互竄，則無需鉆內(nèi)側(cè)孔，若不貫通，則一次均勻布置4個(gè)孔位。

孔深：外側(cè)鉆孔至基礎(chǔ)下法蘭頂部，以筏板式基礎(chǔ)為例，深度約為中墩往下1.7m。內(nèi)側(cè)采用電鉆鉆斜孔，從中墩斜打至基礎(chǔ)環(huán)壁，垂直深度0.4m，漿液沿基礎(chǔ)環(huán)壁灌至缺陷部位。

孔徑：外側(cè)采用51mm孔徑開孔，如碰鋼筋略微位移孔位，無法平移的則換用小鉆鉆孔。內(nèi)側(cè)采用電鉆鉆孔，鉆孔孔徑為25mm。

（2）清孔。首先向孔內(nèi)灌注滿清水，然后將壓縮空氣持續(xù)灌入孔內(nèi)底部使其形成氣動(dòng)水，在以上基礎(chǔ)上再用排水設(shè)備將孔內(nèi)水排出;通過以上循環(huán)清洗操作直至最后排出水為清水即為完成清孔。

（3）孔干燥。將孔內(nèi)水全部抽干后，用鼓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組持續(xù)向孔內(nèi)吹風(fēng)，直至基礎(chǔ)環(huán)與混凝土間隙內(nèi)水分揮發(fā)干燥。

（4）埋管。在已機(jī)械鉆孔好的孔內(nèi)埋設(shè)注、溢漿管，注、溢漿管分別采用一長一短兩根鋼管，捆綁好后伸入孔內(nèi)，兩根鋼管頂端分別接好閥門，鋼管上部與孔間隙采用快干型環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行封堵。

（5）高壓灌漿。按要求依次壓入調(diào)配好的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠，調(diào)配的原材料為A樹脂，B固化劑，兩者比例為2∶1，采用高壓注漿泵（2Mpa內(nèi)）灌注入閥門內(nèi)，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠順孔由底部往基礎(chǔ)面方向灌注，期間若有孔位溢漿則將其注、溢漿管閥門關(guān)閉，直到灌注飽滿至所有孔的溢漿管都有出漿。此時(shí)已關(guān)緊所有孔位的注、溢漿管閥門，繼續(xù)注漿至內(nèi)外側(cè)基礎(chǔ)環(huán)與混凝土縫隙整圈出漿為止。若有不出漿區(qū)域，則將注漿位置調(diào)整至離其最近的孔位按上述方法繼續(xù)注漿。注漿期間，采用專業(yè)注漿記錄軟件記錄每段注漿時(shí)間和注漿量，便于后期分析。

（6）養(yǎng)護(hù)。待灌漿完畢后須停機(jī)自然養(yǎng)護(hù)3天（一般漿料可于3天內(nèi)達(dá)到原混凝土強(qiáng)度），才可啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行。

6 加固效果

（1）對(duì)加固后的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)再次進(jìn)行雷達(dá)檢測(cè)，報(bào)告顯示并未發(fā)現(xiàn)不密實(shí)區(qū)。

（2）灌漿材料試塊硬化后，經(jīng)過抗壓檢測(cè)，強(qiáng)度達(dá)到60MPa，高于原基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度。

（3）灌漿后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自振頻率達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組廠家要求，并不小于0.4Hz，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)處于正常范圍。

7 柔性連接的止水處理

為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行，避免雨水沿基礎(chǔ)環(huán)外壁進(jìn)入基礎(chǔ)混凝土后不斷洗刷，引起基礎(chǔ)環(huán)周邊局部區(qū)域混凝土不密實(shí)，對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)外側(cè)進(jìn)行柔性連接的止水修補(bǔ)。

7.1 基礎(chǔ)環(huán)外側(cè)止水修補(bǔ)

（1）混凝土鑿毛?；A(chǔ)環(huán)外側(cè)混凝土面鑿毛，用鋼絲刷清除表面松散顆粒，并用壓縮空氣吹凈粉塵。

（2）澆筑800mm寬、100mm厚的C40混凝土?；炷翝仓?，在塔筒外周粘貼一道厚10mm、寬大于30mm的橡皮條，粘貼在混凝土與塔筒的交接處，并深入混凝土30mm。待混凝土澆筑完成后，揭去該橡皮條，以形成一個(gè)10×30mm的預(yù)留槽。濕潤老混凝土表面，并保證混凝土表面無積水，然后先鋪一薄層的混凝土，來回刮抹三次，使混凝土內(nèi)的水泥漿充分浸透老混凝土表面，然后綁扎鋼筋，澆筑100mm厚混凝土層?；炷翝仓Y(jié)束后，用20mm厚的水泥砂漿找平。

（3）聚氨酯密封膏止水施工。①澆筑的混凝土初凝后揭去預(yù)先粘貼的橡皮條。②用鐵刷刷除混凝土表面松散物，用壓縮空氣吹掃干凈，并清除油污。③槽內(nèi)填充Φ10mm的閉孔泡沫條（使得聚氨酯密封膏頂面和底面可以自由伸縮，不易損壞）。④縫內(nèi)（泡沫條以上）填充聚氨酯密封膏，填充時(shí)注意不得夾雜氣泡，填充完成后注意養(yǎng)護(hù)。

（4）防水涂料和防水卷材的施工。防水涂料采用1.5mm厚合成高分子防水涂料，防水卷材采用2道1.5mm厚自粘聚合物改性瀝青防水卷材，兩道防水卷材按照附圖二裁剪后粘貼，上下層防水卷材搭接的位置要求錯(cuò)開，且要求裁剪縫位置居中錯(cuò)開。防水涂料施工前，在基礎(chǔ)環(huán)周按附圖要求粘貼40mm寬的無紡?fù)凉げ迹ㄒ?guī)格400g/m2），局部幾個(gè)點(diǎn)稍加固定即可，保證防水材料在基礎(chǔ)環(huán)和混凝土交接處脫開自由，防水涂料和防水卷材施工完成后回填土覆蓋保護(hù)，并在基礎(chǔ)環(huán)周800mm寬范圍鋪?zhàn)叩来u。防水涂料和防水卷材的施工按照《屋面工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50345-2012）的要求施工。

7.2 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)側(cè)止水修補(bǔ)

（1）基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)側(cè)200mm寬度范圍基礎(chǔ)頂面抹15～35mm厚的防水砂漿層（摻建筑膠，下同），砂漿層周邊高中間低，坡向基礎(chǔ)中心的排水管;設(shè)備支架底部要求采用防水砂漿抹成60mm高、直徑150mm的饅頭形小墩子，以方便防水涂料的施工。

（2）基礎(chǔ)頂面和塔筒交接處先綁一圈棉繩，再做10×10的三角形聚氨酯密封膏貼角。

密封膏施工完成后涂兩道1.5mm厚合成高分子防水涂料，基礎(chǔ)頂面和塔筒壁上的涂層寬度均為200mm，密封膏和防水涂料之間土工布?jí)|開。

處理后的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)經(jīng)過長期觀察，并未出現(xiàn)表面開裂，滲水等現(xiàn)象，有效減避免了上述問題的復(fù)發(fā)。

8 結(jié)論

引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)環(huán)與混凝土出現(xiàn)間隙及表面開裂的主要原因?yàn)椴捎没A(chǔ)環(huán)插入混凝土式塔筒結(jié)構(gòu)，塔筒和混凝土在承載的過程中由于兩種材料的性能不同，變形不能協(xié)調(diào)一致，長期作用基礎(chǔ)環(huán)與混凝土界面防水止水措施損壞。當(dāng)?shù)爻渑嬗晁治g和臺(tái)風(fēng)影響，雨水沿基礎(chǔ)環(huán)外壁進(jìn)入基礎(chǔ)混凝土后不斷洗刷，引起基礎(chǔ)環(huán)周邊局部區(qū)域混凝土不密實(shí)，塔筒搖晃傳導(dǎo)至表面產(chǎn)生混凝土擠裂破碎。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)加固修復(fù)的主要方法：對(duì)雷達(dá)檢測(cè)存在缺陷的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)采用改性環(huán)氧樹脂高壓灌漿法進(jìn)行加固修復(fù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)加固灌漿的主要流程：機(jī)械鉆孔、清孔、孔干燥、埋管、高壓灌漿、養(yǎng)護(hù)。

本次加固的主要作用是將基礎(chǔ)環(huán)與混凝土間的不密實(shí)區(qū)通過滲透性較好的高強(qiáng)度樹脂材料進(jìn)行填充，改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)局部受力狀態(tài)。為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行，避免雨水沿基礎(chǔ)環(huán)外壁進(jìn)入基礎(chǔ)混凝土后不斷洗刷，引起基礎(chǔ)環(huán)周邊局部區(qū)域混凝土不密實(shí)，對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)外側(cè)進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)止水修補(bǔ)，達(dá)到了較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]康明虎.某風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)故障分析及處理[J].可再生能源，2014，6：809-812.

[2]汪宏偉.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)環(huán)松動(dòng)原因分析和注漿加固[J].中國安全生產(chǎn)技術(shù)，2016，12（3）：104-107.

作者簡介：虞奇波（1988— ），男，漢族，浙江寧波人，本科，助理工程師，研究方向：新能源工程建設(shè)。