基于基礎(chǔ)環(huán)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)缺陷加固處理分析

張峰 李清 石胡輝

摘 要：基礎(chǔ)環(huán)是連接風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和上部塔筒的關(guān)鍵部件，采用基礎(chǔ)環(huán)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)缺陷問題頻發(fā)，風(fēng)機(jī)運行存在安全隱患，必須采取加固處理措施。本文總結(jié)了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)安全性檢測的內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的加固處理方法，并結(jié)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(guān)鍵詞：基礎(chǔ)環(huán);基礎(chǔ)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(fēng)機(jī)基礎(chǔ)與上部塔筒連接方式主要為基礎(chǔ)環(huán)和預(yù)應(yīng)力錨栓，基礎(chǔ)環(huán)作為傳統(tǒng)的連接方式，得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，采用基礎(chǔ)環(huán)的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)缺陷問題頻發(fā)[1][2][3]，如基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)間出現(xiàn)較大縫隙，混凝土開裂破損，防水結(jié)構(gòu)變形損壞，基礎(chǔ)環(huán)水平度偏差較大，穿孔鋼筋銹蝕、剪斷等，風(fēng)機(jī)安全運行存在較大安全隱患，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)缺陷的加固處理勢在必行。本文總結(jié)了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)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(yīng)的處理方法，并結(jié)合遼寧某風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)加固案例介紹了處理方法選擇及施工工藝流程。

1 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)安全性檢測

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)安全性檢測一般包括：基礎(chǔ)外觀檢查、基礎(chǔ)環(huán)水平度檢測、基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度檢測、基礎(chǔ)混凝土密實度及完整性檢測、基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)混凝土接觸（脫空）情況檢測等。

（1）基礎(chǔ)外觀檢查。包括基礎(chǔ)防水構(gòu)造、混凝土開裂破損情況檢查等。防水構(gòu)造是混凝土與基礎(chǔ)環(huán)之間避免基礎(chǔ)環(huán)及鋼筋銹蝕的可靠組成，混凝土開裂、破損會造成基礎(chǔ)對風(fēng)機(jī)塔筒的約束減弱，上部結(jié)構(gòu)自振周期增大，風(fēng)振系數(shù)增大，改變風(fēng)機(jī)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(chǔ)環(huán)水平度檢測。基礎(chǔ)環(huán)是塔筒與基礎(chǔ)連接的關(guān)鍵部件，直接承載風(fēng)機(jī)上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)環(huán)水平度的變化能反映風(fēng)機(jī)塔筒的傾斜程度。基礎(chǔ)環(huán)水平度檢測可采用水平儀或全站儀。

（3）混凝土強(qiáng)度檢測。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在長期風(fēng)荷載及動荷載往復(fù)作用下，強(qiáng)度較低的混凝土極易開裂損壞，基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)空隙逐步加大。一般采用回彈法對基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，并用鉆芯法對回彈強(qiáng)度換算值進(jìn)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(yīng)力會超出混凝土抗壓強(qiáng)度，混凝土易發(fā)生損傷破壞。可采用沖擊回波測試儀對混凝土密實度進(jìn)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(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)混凝土接觸（脫空）檢測。當(dāng)基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度不足、基礎(chǔ)環(huán)周邊混凝土密實度較差時，在疲勞荷載反復(fù)作用下，基礎(chǔ)環(huán)及基礎(chǔ)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(fēng)機(jī)基礎(chǔ)加固處理方法

在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)安全性檢測基礎(chǔ)上，針對對于基礎(chǔ)缺陷，需對采取相應(yīng)的加固處理措施。

2.1 混凝土裂縫處理

基礎(chǔ)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(jìn)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(qiáng)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(shè)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(xué)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(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)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(fù)和臺柱整體修復(fù)。

局部混凝土修復(fù)方案為：將基礎(chǔ)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(qiáng)水泥砂漿或環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。

對于臺柱混凝土與基礎(chǔ)環(huán)接觸部位破損嚴(yán)重的情況，需進(jìn)行臺柱整體修復(fù)，即擴(kuò)大臺柱尺寸。修復(fù)方案為：鑿除基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)外側(cè)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(jìn)行臺柱擴(kuò)大部分混凝土澆筑。

2.3 基礎(chǔ)環(huán)水平度糾偏

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

2.4 注漿加固處理

針對基礎(chǔ)混凝土空腔、基礎(chǔ)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(chǔ)環(huán)底環(huán)的內(nèi)外側(cè)及其下法蘭附近。孔底應(yīng)盡量接近基礎(chǔ)環(huán)下法蘭附近。注漿前應(yīng)采用水泥砂漿或環(huán)氧膠泥將臺柱混凝土與基礎(chǔ)環(huán)間的縫隙進(jìn)行封堵，并在基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)外側(cè)各預(yù)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(fēng)機(jī)基礎(chǔ)加固處理案例分析

3.1 工程背景

遼寧某風(fēng)電場采用重力式擴(kuò)展基礎(chǔ)，安裝輪轂高度70m的1.5MW機(jī)型。基礎(chǔ)主體混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C40。基礎(chǔ)與上部塔筒連接方式為基礎(chǔ)環(huán)。工程投產(chǎn)運營5年后，發(fā)現(xiàn)部分基礎(chǔ)混凝土臺柱頂部與基礎(chǔ)環(huán)接觸附近（包括基礎(chǔ)環(huán)外側(cè)和內(nèi)側(cè)）局部出現(xiàn)開裂及破碎現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)安全存在明顯隱患。

3.2 安全性檢測結(jié)果

針對于上述風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)出現(xiàn)的損傷現(xiàn)象，需進(jìn)行安全性檢測以確定基礎(chǔ)存在的缺陷。

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

（2）基礎(chǔ)環(huán)水平度檢測。通過對基礎(chǔ)環(huán)水平度檢測發(fā)現(xiàn)，水平度偏差大于設(shè)計要求（2.5mm），個別基礎(chǔ)達(dá)6mm。

（3）基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度檢測。根據(jù)檢測結(jié)果，鉆芯法確定混凝土強(qiáng)度為20.0MPa～22.2MPa，回彈法確定混凝土強(qiáng)度為26.6MPa～29.2MPa，混凝土實測強(qiáng)度等級遠(yuǎn)低于設(shè)計C40等級要求。

（4）基礎(chǔ)混凝土密實度及完整性檢測、基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)混凝土接觸（脫空）情況檢測。沖擊回波測試儀檢測結(jié)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(chǔ)混凝土與基礎(chǔ)環(huán)側(cè)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(fēng)電場安全性檢測結(jié)果，實施相應(yīng)的加固處理方案。

（1）基礎(chǔ)環(huán)水平度糾偏。基礎(chǔ)環(huán)水平度糾偏采用人工糾偏結(jié)合機(jī)組糾偏的方式，糾偏后的基礎(chǔ)環(huán)水平度在設(shè)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(jìn)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(fù)方法。部分基礎(chǔ)臺柱混凝土存在多處嚴(yán)重破損，需進(jìn)行臺柱整體修復(fù)處理，具體如下：①鑿除基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)外側(cè)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(chǔ)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(chǔ)環(huán)與混凝土縫隙采用環(huán)氧類漿液。一般先進(jìn)行水泥基注漿，待水泥基注漿料強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%后，進(jìn)行環(huán)氧類漿液注漿。②鉆孔：在基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)外側(cè)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(jié)束后，應(yīng)對鉆孔和脫空的空腔采用有壓水或氣體進(jìn)行不同方向的反復(fù)沖、吹掃，采用熱風(fēng)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(chǔ)環(huán)間的縫隙進(jìn)行封堵，并在基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)外側(cè)預(yù)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(cè)孔或排氣孔出漿，應(yīng)進(jìn)行封堵直至灌注壓力達(dá)到允許的最大壓力。

4 結(jié)語

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的加固處理需在基礎(chǔ)安全性檢測的基礎(chǔ)上，針對出現(xiàn)的缺陷問題，選擇安全適用、經(jīng)濟(jì)可行的處理措施。安全性檢測包括基礎(chǔ)外觀檢查、基礎(chǔ)環(huán)水平度檢測、混凝土強(qiáng)度檢測、混凝土密實度和完整性檢測、基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)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(fù)、基礎(chǔ)環(huán)水平度糾偏及注漿加固處理等。加固處理完畢后應(yīng)加強(qiáng)風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)監(jiān)測、基礎(chǔ)外觀檢查、沉降觀測及基礎(chǔ)環(huán)水平度檢測。

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