山地風電場基礎混凝土質量檢測方法

王 凡

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴陽 550081)

目前，我國山地風電場的塔筒和混凝土基礎的連接方式主要采用基礎環連接，混凝土擴展基礎的施工質量是決定上部風力發電機組正常運行的關鍵因素。風電場基礎混凝土施工現場易出現以下狀況：① 基礎混凝土質量缺陷，以2 000 kW的風機為例，基礎混凝土的單次連續澆筑方量一般在400 m3左右，由于混凝土澆筑方量較大，且施工環境復雜，在施工時極易出現施工冷縫分層、混凝土內部不密實或空洞、蜂窩麻面、混凝土強度不滿足設計要求等質量缺陷；② 基礎環下法蘭位置澆筑不密實,由于預埋的基礎環下法蘭較寬(0.5 m左右)，下法蘭和基礎墊層的連接為倒“T”形，且周邊鋼筋較密集，在進行混凝土澆注施工時，下法蘭部位易出現不密實或脫空區；③ 鋼筋間距和保護層厚度不滿足設計要求,風機基礎混凝土配筋量大，且多為變階斜面或弧面，鋼筋間距及保護層厚度施工易不滿足設計要求，從而影響基礎受力[1]。

筆者在總結多個風電場基礎混凝土檢測成果的基礎上，提出了一整套風電場基礎混凝土質量檢測方法，主要包含：混凝土質量外觀檢測、混凝土強度檢測、臺柱體密實度檢測、基礎環脫空檢測、基礎環下法蘭密實度檢測、塔筒振動監測等，上述方法可為國內同行業者提供借鑒。

1 混凝土質量外觀檢測

基礎混凝土外觀檢測可參照標準GB 50204-2015對混凝土進行檢測，主要包括以下幾個方面：① 記錄混凝土表面的露筋、蜂窩、孔洞的特征；② 對發現的裂縫進行測量與記錄，主要包括裂縫的位置、長度、寬度、形態和數量等；③ 對基礎環與基礎混凝土的結合部位是否脫開、防水材料是否損壞、附近混凝土是否壓壞等進行檢測，對損壞狀況和再利用的可行性進行初步判定。除此之外，還可對基礎混凝土進行高清三維全景成像，生成與基礎混凝土大小、顏色、結構特征一致的實景模型，為后續的檢測監測提供初始對比資料。圖1為某風電場基礎混凝土三維全景成像結果，其精度可達到1 mm。

圖1 某風電場基礎混凝土三維全景成像結果

2 混凝土強度檢測

通過對多個風電場資料的調研發現，多數風電場混凝土質量事故的起因都為混凝土強度不達標。這是由于風電場的施工存在點多面廣、施工道路崎嶇、混凝土澆筑運輸不便、山地氣候不穩定、拌合站管理不規范等影響因素。混凝土強度檢測可采用回彈法、超聲回彈法、鉆芯法等。在進行強度檢測時，重點關注臺柱體部位，而如需對混凝土基礎取芯進行強度檢測，可選取下承臺擴展基礎部位，以免破壞更多的鋼筋。

3 鋼筋間距和保護層厚度檢測

鋼筋間距和保護層厚度檢測可參照標準JGJ/T 152-2008。除規程中所列的電磁感應法、雷達法外，三維超聲成像技術也能較好地對鋼筋間距和保護層厚度進行檢測。該方法具有測試連續性好、強度高、辨識度清晰等優點。圖2為某風電場鋼筋間距和保護層厚度超聲檢測結果。

圖2 某風電場鋼筋間距和保護層厚度超聲檢測結果

4 臺柱體混凝土密實度檢測

臺柱體部位由于結構鋼筋極多，在施工時混凝土易出現蜂窩麻面、空洞、露筋、分層冷縫等結構缺陷，圖3為某風電場臺柱體部位的缺陷照片。筆者在總結多個風電場混凝土缺陷檢測的基礎上，提出了一種改進的臺柱體基礎環外側混凝土內部缺陷超聲波質量檢測方法。該檢測方法具有檢測效率高，對混凝土不造成損害，檢測結果直觀、可靠等優點。

圖3 某風電場臺柱體部位的缺陷照片

臺柱體基礎環外側混凝土密實度超聲檢測測線布置方式如圖4所示，發射換能器安置于臺柱頂面，緊挨基礎環，接收換能器布置于臺柱側面底部及中部，沿臺柱體測試1周，測點距離為5 cm。換能器和混凝土之間采用黃油進行充分耦合，對測得的波速進行統計分析，求得其標準差和臨界值，當某一測點的波速小于臨界值時，可認定該部位存在異常缺陷。采用該方法對某事故風機進行超聲檢測，結果如圖5所示，結果顯示存在3處異常缺陷。

圖4 臺柱體基礎環外側混凝土密實度超聲檢測測線布置方式示意

圖5 某風機臺柱體基礎環外側混凝土密實度超聲檢測結果

5 基礎環脫空檢測

國內大部分風電場風機基礎設計理念是：基礎環由鋼筋混凝土進行包裹，基礎環壁與表面混凝土距離一般在1 m以上。如何在不破壞基礎混凝土的前提下對基礎環脫空進行檢測是個難題，國內外許多學者對此進行了研究[2]，但從檢測結果看，均不是太理想。筆者在進行了多種方法的重復試驗后，提出了采用全斷面相控陣三維超聲成像檢測方法對混凝土進行檢測。

全斷面相控陣三維超聲成像檢測方法采用三維網格化測試方式，分別在臺柱側面底部、中線、頂部布置3條測線，基礎環脫空三維超聲成像檢測測線布置方式示意如圖6所示，沿圓的周長方向測點距離為0.2 m，測試方向垂直于臺柱側面，由于該方法為聲波反射法，因此只需要一個檢測面。當混凝土同基礎環接觸部位存在脫空時，便會產生強反射。

圖6 基礎環脫空三維超聲成像檢測測線布置方式示意

某風機基礎環外部與混凝土基礎分離，裂縫最寬處約25 mm(見圖7)，基礎環水平最大高度差為100 mm，首節塔筒軸線傾斜度為40′54″。采用全斷面相控陣三維超聲成像方法檢測基礎環側面脫空的結果如圖8所示，由圖8可明顯發現基礎環脫空處的異常缺陷。

圖7 某風機基礎環與混凝土基礎分離照片

6 基礎環下法蘭密實度檢測

風機混凝土基礎設計的“凸”形結構使得基礎環下法蘭密實度檢測極為困難。在混凝土基礎澆筑前預先埋設好超聲測管，采用樁基聲波透射法檢測原理進行檢測能解決上述難題。

當某風機下法蘭部位有兩個以上鉆孔時，在其中一個鉆孔內倒入顏料，在其余鉆孔處進行觀察，如果短時間內其余鉆孔能觀測到顏料，則說明不密實存在連通性。圖9為某風電場基礎環下法蘭密實度檢測結果，其中圖9(a)為鉆孔內窺鏡檢測結果，可明顯發現基礎環下法蘭部位混凝土松散不密實，圖9(b)為在某一孔內倒入顏料約1 min后，在另外一鉆孔內觀察到的顏料。

圖9 某風電場基礎環下法蘭密實度檢測結果

7 塔筒振動監測

由于在混凝土澆筑驗收后,需要對臺柱頂面以下部位進行碎石土回填，當風機發電運行后，如需對混凝土質量進行檢測則比較困難。筆者對某風電場的試驗也進一步證實了對塔身的偏振測試能有效反映基礎混凝土的狀況。

某風電場基礎混凝土存在故障的風機與無故障風機塔筒偏移曲線如圖10所示，圖10(a)為風機基礎環與混凝土基礎分離的風機的偏移曲線，當風速為7.4 m·s-1時，在塔身高度(離地高度)33.8 m處的偏移已達150 mm左右，而基礎混凝土無故障的風機在塔身高度34 m處的偏移不到35 mm。

圖10 某風電場基礎混凝土存在故障的風機與無故障風機塔筒偏移曲線

8 結語

(1) 風機基礎混凝土質量檢測可包含：混凝土質量外觀檢測、混凝土強度檢測、鋼筋間距和保護層厚度檢測、臺柱體混凝土密實度檢測、基礎環脫空檢測、基礎環下法蘭密實度檢測、塔筒振動監測等。其中前3項為規范明確的驗收項目，后4項可作為缺陷調查的檢測項目。

(2) 對風機混凝土進行三維全景成像，生成與基礎混凝土大小、顏色、結構特征一致的實景模型，可為后續的檢測監測提供對比資料。

(3) 臺柱體基礎環外側混凝土內部缺陷可采用超聲檢測，測線布置采用對角斜側方式能全面檢測臺柱體部位的混凝土澆筑質量。

(4) 三維超聲成像檢測法能對基礎環接觸部位的脫空缺陷進行有效識別。

(5) 通過鉆孔及聯通試驗，可有效檢測基礎環下法蘭周邊混凝土不密實情況。

(6) 對塔身的偏振測試能作為定檢項目，有效反映基礎混凝土的狀況。