二次灌漿在風電混塔轉接環施工中的應用與研究

段小虎

中鐵二十四局集團鷹潭設備安裝工程有限公司 江西 鷹潭 335000

引言

社會經濟的發展提升了人們的生活質量，但同時也使得能源和環境問題進一步加重。加快能源結構調整，大力發展清潔能源已經成為一項重要課題。風能作為清潔的可再生能源，開發潛力和商業化程度非常高。鋼混塔筒（詳見圖1）作為一種新穎的風電塔筒形式，在兼顧傳統鋼塔的成熟性和技術性，又同時吸收了混凝土材料強度高，抗疲勞能力強和可塑性強的優勢，完美解決柔性鋼塔筒運行時的共振及塔頂位移過大等安全性問題，是一種性價比極高的高塔筒技術路線。現有市場投入較多的是2.5MW 140m風電機組鋼混塔筒，鋼混塔筒結構總高度138.28m，鋼塔筒占73.1m，混凝土塔筒占65.18m（轉接環高1.92m）。

圖1 鋼混塔筒局部圖

鋼混塔筒轉接環（詳見圖2）作為連接鋼塔筒段和混凝土塔筒段的過渡連接構件，頂面放置上錨板，通過貫穿螺桿與鋼塔筒連接；底面通過灌漿抗剪鍵與混凝土塔筒連接。在預應力荷載、頂部鋼塔筒重量荷載以及外部荷載的作用下，此連接區段將會產生巨大應力，局部受力相當復雜，因此，轉接環的施工質量對于整個風電塔筒至關重要。

圖2 轉接環示意圖

在轉接環的生產過程中，上錨板的問題較為突出，本文將主要針對上錨板的突出問題進行分析和處理。

1 工程概況

華潤鄄城風電一期100MW工程位于山東省菏澤市鄄城縣境內，用地規模3.1公頃。裝機總容量100MW，計劃安裝40 臺單機容量為2500kW風力發電機組，配套建設一座220kV變電站，接入國網220kV孫臏站，項目總投資7.7億元。

2 風電混塔轉接環上錨板常見問題分析

風電混塔轉接環上錨板常見問題如下：

2.1 平整度問題

上錨板的平整度對塔筒預應力張拉和后期運行的安全性有著重要的影響，設計文件，對于上錨板平整度的要求非常高，需將上錨板的平整度控制在±2mm范圍內。但是在實際的施工過程中，受原材料質量、施工工藝以及施工人員施工水平等多方面因素的影響，一次性澆筑的轉接環上錨板平整度未滿足設計要求的情況時有發生[1]。

2.2 蜂窩、麻面和浮漿問題

對已預制的轉接環上錨板進行了“揭板”（詳見圖3）驗收，發現轉接環上錨板底部混凝土的蜂窩、麻面和浮漿現象較為嚴重（詳見圖4）。

圖3 “揭板”驗收

圖4 上錨板底部混凝土現場圖

造成蜂窩、麻面問題出現的原因主要包括上錨板未開通氣孔、原材料配合比不當、下料不當、泥漿流失以及振搗不充分等。蜂窩問題不僅會影響工程外觀，也會使混凝土的緊實度受影響，威脅到結構的穩定性。

浮漿問題出現的原因主要包括混凝土坍落度過大甚至離析、外加劑摻量過高，經振搗后聚集在上錨板底部、澆筑過程中工人偷偷加水。浮漿會影響到混凝土結構的均勻性和抗滲透性，進而降低結構強度，引發裂縫問題，甚至會造成嚴重的安全事故[2]。

3 風電混塔轉接環上錨板問題的處理方案

開展風電混塔轉接環上錨板問題的處理工作，需要區分轉接環是否已經生產，并采用具有針對性的措施去進行處理。

3.1 已生產的轉接環構件

（1）整改方案

針對已經生產出來的轉接環構件，采用二次灌漿的方式對存在的各項問題進行處理。從當前實際情況來看，二次灌漿方案在風電行業應用已經比較廣泛，積累了大量的成熟經驗，可以很好地適用于風電行業，特別是在錨栓籠基礎的施工中應用更為廣泛。在具體的施工過程中，灌漿料通常選用自流平微膨脹高強灌漿料（28d抗壓強度大于70MPa），充分發揮其自密實、適用性強以及施工方便等優勢。

（2）流程及施工要求

①施工流程。“揭板”→鑿除上錨板底部混凝土→沖洗和潤濕→上錨板調整→灌漿→養護。②二次灌漿施工要求主要表現在平整度、灌漿總深度以及脫空率等方面，在具體的施工過程中，要求如下：

灌漿前的上錨板基礎處理

第一，“揭板”。利用現場起重機械對已生產的轉接環上錨板進行“揭板”處理。

第二，鑿除上錨板底部混凝土。為提升不同施工階段面的黏結度和穩定性，需對上錨板底部混凝土結構面進行鑿除處理。使用電鎬沿上錨板位置內外圈各開鑿二次灌漿槽（詳見圖5），清除已剝落、損壞、低強度的混凝土。正常情況下混凝土鑿除深度為30mm，誤差控制在5mm以內，同時確保鑿除寬度比上錨板寬度大30mm。

第三，沖洗和潤濕。對完成鑿除處理的混凝土表面進行沖洗，確保表面無碎石、浮漿、灰塵等。灌漿施工的前24h，需對表面進行連續、均勻噴灑，確保表層的混凝土達到飽和狀態，同時表面又不存在明顯積水。在灌漿施工的前1h，還要對表面進行清理，確保灌漿槽內無積水。

第四，上錨板調整。采用在上錨板底部內外圈安裝8個M24×40mm調平螺栓（帶螺母），螺栓頂面用激光測平儀加直角鋼尺調平至設計標高（預留3mm左右調平高度）。安裝上錨板，并繼續使用激光測平儀對上錨板平整度進行測量，綜合測定平整度。對測量所得的數據進行分析，確定上錨板平面各區域的平整度，并在上錨板上予以標示，進行不斷重復調整，直至上錨板面達到設計精度要求。同時，還需要對上錨板底部與轉接環頂部混凝土的標高進行有效控制，確保上錨板底部比轉接環頂部混凝土高出20mm至25mm。

3）灌漿。第一，灌漿料的攪拌及施工。施工人員需要嚴格按照產品說明書上推薦的水料比確定灌漿料拌和所需用水量，且拌和用水需達到飲用水標準。現場施工采用機械攪拌，時間需控制在1～2min。第二，灌漿施工。灌漿施工開始前，工作人員對氣候條件進行分析，確保日平均溫度不低于5℃。開展二次灌漿，需要從上錨板一側開始灌漿，直至另一側溢出，杜絕多側同時灌漿行為，有效排除上錨板底部存在的空氣。灌漿工作需要確保連續性，不可間斷，同時還必須盡量縮短灌漿時間，灌漿過程中不可進行振搗，如有需要可以采用助推器等設備進行輔助。同時灌漿后的灌漿面高度需高于上錨板面5～10mm。

圖5 二次灌漿示意圖

4）養護。灌漿結束后，需及時開展養護工作，可以采用加蓋濕潤土工布或覆蓋養生薄膜等方式進行養護，確保結構的濕潤。如在冬季施工，養護工作還必須要對環境溫度進行關注，確保符合驗收規范的相關要求。

3.2 未生產的轉接環構件

制作灌漿槽模板，待整體澆筑工作完成后開展二次灌漿，施工及養護要求與已生產的轉環構件一致[3]。

4 風電混塔轉接環二次灌漿質量檢測

為檢驗二次灌漿工藝的實際效果，對已完成二次灌漿的3個轉接環進行了“揭板”驗收。驗收結果：三個轉接環上錨板的頂面實測平整度均≤±1mm，上錨板與混凝土結合面的汽包均勻分布，直徑不小于15mm的所有氣泡總面積小于上錨板面積的3%，且總脫空率小于5%。以上指標均符合設計要求（設計要求：上錨板平整度≤±2mm，上錨板與混凝土結合面的汽包均勻分布，直徑不小于15mm的所有氣泡總面積小于上錨板面積的5%，總脫空率小于15%）。

圖6 二次灌漿前

圖7 二次灌漿后

5 結束語

在后續的風電塔筒轉接環生產過程中，使用二次灌漿施工工藝后，轉接環的上錨板平整度和上錨板底部混凝土的蜂窩、麻面和浮漿現象均得到了有效控制，各項技術指標均滿足設計要求，一次性驗收合格率100%。

風電混塔轉接環二次灌漿是風電混塔預制構件施工中的重要環節，開展二次灌漿相關問題的處理研究能夠有效提升轉接環上錨板的平整度和上錨板與轉接環本體的連接質量，進一步保證風電塔筒的施工質量。