預(yù)應(yīng)力錨栓風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土灌漿加固處理淺談

雷東

摘 要：結(jié)合工程實(shí)際，對張拉不合格的預(yù)應(yīng)力錨栓風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土，從預(yù)應(yīng)力錨栓松動原因、處理思路和注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行分析，并提出處理方案。相關(guān)成果可為類似質(zhì)量缺陷處理提供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；錨栓基礎(chǔ)；張拉；風(fēng)機(jī)；灌漿加固處理

中圖分類號：TV543；TU47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近幾年，風(fēng)電建設(shè)發(fā)展迅速，從風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、塔筒到主機(jī)和升壓站內(nèi)設(shè)備都在不斷優(yōu)化創(chuàng)新。因便于安裝、運(yùn)輸和后期維護(hù)更換，預(yù)應(yīng)力錨栓風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)已成為最常見的基礎(chǔ)形式，但在澆筑過程中，如果質(zhì)量控制不當(dāng)，可能導(dǎo)致基礎(chǔ)內(nèi)部錨板、錨桿與混凝土結(jié)合不緊密，出現(xiàn)空洞等現(xiàn)象，后期預(yù)應(yīng)力拉伸不合格，也可能使基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，整個處理過程控制難度較大。單個基礎(chǔ)造價較高，為保留整個基礎(chǔ)，必須采取科學(xué)有效的措施對基礎(chǔ)進(jìn)行處理。

1 工程概述

某風(fēng)電場共布置25臺高原型2000-105風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，塔架高度80 m，采用現(xiàn)澆圓形鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)，基礎(chǔ)主體混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40，采用反向平衡法蘭、預(yù)應(yīng)力錨栓組件與上部塔筒連接結(jié)構(gòu)形式（見圖1）。

預(yù)應(yīng)力錨栓設(shè)計(jì)預(yù)拉力為440 kN（對應(yīng)拉伸油壓為52 MPa），實(shí)際拉伸驗(yàn)收中發(fā)現(xiàn)該風(fēng)機(jī)30顆錨栓預(yù)拉力達(dá)不到設(shè)計(jì)值，具體為：

（1）外圈（共88顆）：1#～13#基礎(chǔ)緊固值為66 MPa，松動值為20～30 MPa；17#、18#基礎(chǔ)緊固值為66 MPa，松動值為40 MPa；86#～88#基礎(chǔ)緊固值為66 MPa，松動值為50 MPa。

（2）內(nèi)圈（共88顆）：1#～10#基礎(chǔ)緊固值為66 MPa，松動值為20～30 MPa；11#、12#基礎(chǔ)緊固值為66 MPa，松動值為40 MPa。

2 錨栓松動原因分析及處理思路

圖2為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)錨栓松動俯視圖。可知，松動錨栓具有成區(qū)域、連片出現(xiàn)的特點(diǎn)；部分錨栓松動值較低，且松動位置內(nèi)外圈具有一致性，主要集中在1#～10#錨栓區(qū)域。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合理論分析，產(chǎn)生風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)錨栓松動的原因主要有以下幾個方面：預(yù)應(yīng)力錨栓組件材料性能不滿足要求；錨栓螺帽存在問題；基礎(chǔ)混凝土存在缺陷。

根據(jù)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)錨栓松動的特點(diǎn)，基本可以排除預(yù)應(yīng)力錨栓組件、錨栓螺帽大量存在問題的情況。為保險起見，可在松動區(qū)域選擇拆除1～2顆錨桿與原設(shè)計(jì)長度尺寸進(jìn)行比較，如無差別即可最終確定。結(jié)合相關(guān)工程處理經(jīng)驗(yàn)，可以認(rèn)為基礎(chǔ)混凝土缺陷是造成預(yù)應(yīng)力錨栓松動的主要原因。下錨板上部不密實(shí)混凝土以及錨栓所在區(qū)域附近混凝土裂縫應(yīng)是基礎(chǔ)加固處理的關(guān)鍵對象。

3 處理方案

3.1 處理原則

基礎(chǔ)加固處理應(yīng)遵循以下原則：

（1）盡量減少對基礎(chǔ)及周圍土體的破壞，對基礎(chǔ)的承載性能不產(chǎn)生較大的影響。

（2）避免拆卸風(fēng)機(jī)主機(jī)或塔筒等部件。

（3）加固時采用的灌注材料結(jié)石體（固結(jié)體）性能指標(biāo)（如彈性模量）與基礎(chǔ)混凝土盡量處于同一水平，避免在加固后產(chǎn)生較大的變形或在長期動荷載作用下產(chǎn)生破壞，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)不密實(shí)區(qū)域、裂縫擴(kuò)展范圍一旦灌注，后續(xù)將沒有更好的手段再次進(jìn)行處理。

（4）嚴(yán)格控制水泥基漿液水灰比。大水灰比下水泥基漿液有較好的流動性和可灌性，但會產(chǎn)生體積收縮、析水和分層等不利現(xiàn)象。

（5）避免全部采用環(huán)氧漿液進(jìn)行填充灌注。基礎(chǔ)混凝土標(biāo)號為C40，其彈性模量應(yīng)為25～35 GPa，常用環(huán)氧樹脂凝膠體彈性模量一般在1.5 GPa以下，且大多在1.0 GPa左右，混凝土彈性模量是環(huán)氧漿液凝膠體彈性模量的10～20倍[1]，在長期壓應(yīng)力作用下，環(huán)氧膠凝體會產(chǎn)生長期變形，導(dǎo)致錨栓預(yù)應(yīng)力松弛，尤其采用快速凝結(jié)、環(huán)氧含量較低的漿液配比時，該現(xiàn)象可能更為突出。

（6）在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)塔筒外壁外側(cè)、內(nèi)壁內(nèi)側(cè)鉆孔，孔徑20～35 mm，將待加固錨栓預(yù)應(yīng)力解除后（螺帽不拆除），才能灌注漿液，以提高錨栓附近混凝土的承載性能。

（7）加固完成后，風(fēng)機(jī)應(yīng)具備盡快運(yùn)行發(fā)電條件。

3.2 確定處理區(qū)域

為避免加固后混凝土仍存在不密實(shí)區(qū)、裂縫以及一段時間后錨栓預(yù)應(yīng)力發(fā)生松弛[2] 現(xiàn)象，加固時需根據(jù)多次拉伸結(jié)果判斷基礎(chǔ)混凝土缺陷區(qū)域，對缺陷區(qū)域進(jìn)行整體加固[3]，初步確定的該風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)加固區(qū)域如圖3所示。

3.3 孔位布置

考慮到風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)松動錨栓區(qū)域內(nèi)外側(cè)部分可能存在缺陷混凝土，內(nèi)外排控制性鉆孔設(shè)在松動錨栓兩側(cè)，具體孔位布設(shè)如圖4所示。

以上孔位為初步設(shè)計(jì)孔位，可根據(jù)現(xiàn)場灌注壓力、灌注量進(jìn)行孔位調(diào)整，對于高壓下吃漿量較小區(qū)域可適當(dāng)減少孔數(shù)，對于重點(diǎn)灌注區(qū)域應(yīng)適當(dāng)增加孔數(shù)，以保證加固效果。

由于風(fēng)機(jī)電纜從下錨板下部穿出基礎(chǔ)，在穿纜附近區(qū)域鉆孔會對電纜造成潛在威脅，應(yīng)根據(jù)電纜圖紙確認(rèn)電纜位置，盡量避開電纜，并在附近補(bǔ)孔。

3.4 鉆孔

塔筒外部，場地較為寬闊，對鉆孔施工無明顯影響；塔筒內(nèi)部，基礎(chǔ)混凝土頂面與進(jìn)塔門平臺間凈空較小，需拆除加固區(qū)域的進(jìn)塔門平臺鋼板，待加固完成后恢復(fù)原樣。孔深3.15 m，孔徑范圍20～40 mm，開孔孔位偏差不得大于3 cm（若遇到鋼筋，可適當(dāng)調(diào)整孔位），孔口管埋設(shè)深度按伸入混凝土段8～15 cm控制。鉆孔時，先鉆外排加固區(qū)域外側(cè)孔，再鉆內(nèi)排加固區(qū)域外側(cè)孔，以上鉆孔灌注完畢待凝12～24 h后，再按兩端剩余孔、中間孔的順序進(jìn)行鉆孔、灌注，鉆孔完成灌注后仍需進(jìn)行待凝。

3.5 灌漿

3.5.1 主要材料

為改善漿液流動性、析水性，減少用水量，選擇摻加外加劑的水泥基漿液。為提高壓力作用下滲透性，提高固結(jié)體彈性模量，選擇高滲透性改性環(huán)氧漿液。先采用可控性施工方法灌注水泥基材料對較大的裂隙或不密實(shí)區(qū)進(jìn)行充填加固，再灌注環(huán)氧漿液對細(xì)微裂隙進(jìn)行充填加固。

3.5.2 灌漿

鉆孔完成后，埋設(shè)孔口管，進(jìn)漿管接灌漿泵，開始全孔灌漿。灌漿壓力小于3 MPa（暫定），具體情況根據(jù)P—Q曲線和實(shí)際灌漿情況調(diào)整。灌漿開始時先打開進(jìn)漿閥門，進(jìn)行填壓式灌漿，灌漿壓力逐步升至設(shè)計(jì)壓力。正常情況下，灌注作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，以利充填密實(shí)和節(jié)約漿材。灌漿過程中對基礎(chǔ)進(jìn)行監(jiān)測，一旦基礎(chǔ)或周圍土體出現(xiàn)異常，立即停止灌漿。

3.5.3 結(jié)束灌漿

灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)原則上應(yīng)保證基礎(chǔ)混凝土裂隙完全填充，施工現(xiàn)場可采用“設(shè)計(jì)灌漿壓力下注入率小于0.05 L/min”作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。灌漿結(jié)束后，保持壓力下閉漿，漿液待凝后，卸除阻塞設(shè)備，結(jié)束灌漿。

3.5.4 注意事項(xiàng)

（1）灌漿前采用五彩布或塑料布對風(fēng)機(jī)塔筒及機(jī)柜進(jìn)行防護(hù)，施工完成后進(jìn)行拆除。

（2）灌漿過程中，根據(jù)吸漿需求量，現(xiàn)場調(diào)制漿液。對于高滲透性改性環(huán)氧漿液，將主液和固化劑溶液按質(zhì)量（或體積）比例混合均勻，倒入貯漿桶即可灌注。

（3）主液和固化劑溶液混合過程中，注意固化劑溶液緩慢注入主液中，邊注入邊攪拌，控制注液速度以保持漿液溫度在30 ℃以下，若溫度過高，固化劑加入過程中，攪拌桶應(yīng)放入水中冷卻。

（4）必須分批配制漿液，隨用隨配，以保持漿液低黏度，提高灌漿質(zhì)量，節(jié)約漿材。

3.6 特殊情況處理

（1）灌漿中，如發(fā)現(xiàn)有串漿現(xiàn)象，應(yīng)及時采取并聯(lián)灌漿等措施處理。

（2）灌漿中，如漿液溫升過高，出現(xiàn)暴聚征兆，應(yīng)立即調(diào)換新漿，必要時還要沖洗設(shè)備和管路，然后再繼續(xù)灌漿作業(yè)。

（3）灌漿作業(yè)因故中斷，應(yīng)盡快恢復(fù)灌漿。

4 效果檢查

待凝28 d后，對處理過的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)預(yù)應(yīng)力錨栓做超張拉實(shí)驗(yàn)，力矩打到66 MPa（張拉力510 kN）一周后進(jìn)行52 MPa拉伸驗(yàn)收，在52 MPa檢查油壓下無松動即為合格。

5 結(jié)束語

近年來，風(fēng)電工程建設(shè)項(xiàng)目越來越多，實(shí)施過程中出現(xiàn)了各種各樣的質(zhì)量缺陷，而風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)質(zhì)量缺陷危害較大，處理不當(dāng)將會造成不可估量的損失。本文提供了預(yù)應(yīng)力錨栓基礎(chǔ)質(zhì)量缺陷分析方法和加固處理方案，并結(jié)合實(shí)例加以說明，對類似工程預(yù)應(yīng)力錨栓基礎(chǔ)質(zhì)量缺陷處理有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50367—2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 劉嬪，張立英，崔振磊，等.風(fēng)電機(jī)組預(yù)應(yīng)力錨栓基礎(chǔ)局部承壓分析[J].西北水電，2015（4）：99-101.

[3] 徐軍，馮又全.風(fēng)力發(fā)電塔預(yù)應(yīng)力錨栓基礎(chǔ)環(huán)向預(yù)應(yīng)力加固方法研究[J].葛洲壩集團(tuán)科技，2019（4）：11-16.

Grouting Reinforcement for Concrete Foundation of Prestressed Anchor Blower

LEI Dong

（China Yangtze Power Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：In line with project practice，this paper analyzes and provides solutions for the concrete foundation with unqualified prestressed anchor bolts in tension from three aspects：causes of prestressed anchor bolts loosening，handling techniques，and precautions. Our findings offer reference for addressing similar quality defects.

Key words：prestress；anchor bolt foundation；tension；blower；grouting reinforcement treatment

作者簡介：雷 東，男，工程師，本科，主要研究方向?yàn)轱L(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式和關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用。E-mail：lei_dong@ctg.com.cn