風力發電機組基礎局部缺陷的原因分析及處理

虞奇波 陳攀

摘 要：風力發電機組基礎環是連接塔筒和基礎混凝土的關鍵部件，基礎環及周邊的混凝土是整個風力發電機組運行中受力最大的區域。針對風電場個別風力發電機組基礎環周邊表面混凝土局部開裂，且在基礎環底法蘭周邊混凝土出現局部不密實區的缺陷，本文闡述了出現此類現象的原因，并提出一種采用環氧樹脂灌漿方案進行修補加固的方案解決此類問題，并采用柔性連接的止水修補措施防止此類問題再次產生。

關鍵詞：風機基礎;開裂;加固;灌漿;止水

1 風機基礎結構

風電場風機基礎均為八邊形筏板基礎，基礎外接圓直徑19.0m，中墩外接圓直徑7m，基礎底板厚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，單個基礎混凝土總量為306.4m3。風機基礎混凝土強度等級為c35，墊層混凝土強度等級為c20。風機基礎底部鋼筋保護層厚度為70mm，主梁底層主筋保護層厚度為120mm，次梁底層主筋保護層厚度為90mm，其余為50mm。風機基礎頂面的基礎環外2m范圍內鋪設山皮石。

2 風力發電機組基礎出現的問題

風電場個別風力發電機組塔筒內混凝土表面存在不同程度開裂和破碎，局部有結水。塔筒外混凝土中墩表面與混凝土結合面止水措施受損，結合面出現縫隙，基礎環周邊表層混凝土輕微擠裂，經雷達檢測，基礎環底法蘭與混凝土結合處存在不密實區。該現象隨著時間推移將進一步加劇基礎環受力結構惡化，基礎環與混凝土基礎間的不密實區將不斷擴大，勢必對風力發電機組基礎及風力發電機組安全造成嚴重影響，可能造成風力發電機組傾倒的安全生產事故。

3 此類問題的原因分析

（1）風力發電機組基礎采用基礎環插入混凝土式塔筒結構，塔筒和混凝土在承載的過程中由于兩種材料的特性不同，變形不能協調一致，基礎環與混凝土間存在一定的微量間隙。（2）風力發電機組為高聳結構、其高度高、重量大、設備運行動載、風載各種力的作用，使風力發電機組不斷振動。振動由塔筒傳導到基礎環，與基礎混凝土不斷產生摩擦，加大基礎環與混凝土間隙。（3）受充沛雨水侵蝕和臺風影響，一旦風力發電機組基礎的止水層破損，雨水沿基礎環外壁進入基礎混凝土后不斷洗刷，基礎環與混凝土間隙進一步增大，引起基礎環周邊局部區域混凝土不密實，塔筒搖晃傳導至表面產生混凝土擠裂破碎。

4 灌漿修補方案及漿料特性

處理方案為采用高壓灌漿對基礎進行加固修補。灌漿材料選用高強度改性環氧樹脂，所用環氧樹脂必須符合《JC/T 1041-2007混凝土裂縫用環氧樹脂灌漿材料》行業標準要求。使用前進行配比試驗，取得相關的漿液參數，注漿料抗壓強度必須高于風力發電機組基礎混凝土強度，并具有良好的滲透性。通過填充基礎鋼環與混凝土間已形成的間隙，使基礎環與混凝土粘結成一個整體。環氧樹脂結構膠的性能滿足風力發電機組運行的長期耐荷要求，能起到以下效果：（1）能有效對間隙和不密實區進行填充;（2）采用的環氧樹脂結構膠具較高的強度，并具有很好韌性、耐疲勞特性，能長期適用于風力發電機組運行動載情況;（3）能使基礎鋼環與混凝土結構有效粘結，增強整體性和強度。

5 施工方法

5.1 施工工序

機械鉆孔→清孔→孔干燥→埋管→高壓灌漿→養護

5.2 施工工序操作方法

（1）機械鉆孔。采用鉆桿接鉆頭的方法，沿基礎環計算好距離，且避開鋼筋網，按約依次布置8個孔位，垂直向基礎環底部法蘭鉆孔，深度約1.7m（到達底部法蘭面）。

孔位布置：外側基礎布置Ⅰ序孔4個，Ⅱ序孔4個。Ⅰ序孔與Ⅱ序孔間隔均勻布置，以直徑為4沒基礎環為例，計算可得8個孔間距為1.57m，放樣做好標記。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，則繼續鉆Ⅱ序孔。基礎內側孔位根據外側注漿情況布置，若外側注漿時同內側互竄，則無需鉆內側孔，若不貫通，則一次均勻布置4個孔位。

孔深：外側鉆孔至基礎下法蘭頂部，以筏板式基礎為例，深度約為中墩往下1.7m。內側采用電鉆鉆斜孔，從中墩斜打至基礎環壁，垂直深度0.4m，漿液沿基礎環壁灌至缺陷部位。

孔徑：外側采用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。內側采用電鉆鉆孔，鉆孔孔徑為25mm。

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

（3）孔干燥。將孔內水全部抽干后，用鼓風力發電機組持續向孔內吹風，直至基礎環與混凝土間隙內水分揮發干燥。

（4）埋管。在已機械鉆孔好的孔內埋設注、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，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氧樹脂結構膠進行封堵。

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

（6）養護。待灌漿完畢后須停機自然養護3天（一般漿料可于3天內達到原混凝土強度），才可啟動風力發電機組運行。

6 加固效果

（1）對加固后的風力發電機組基礎再次進行雷達檢測，報告顯示并未發現不密實區。

（2）灌漿材料試塊硬化后，經過抗壓檢測，強度達到60MPa，高于原基礎混凝土強度。

（3）灌漿后風力發電機組的自振頻率達到風力發電機組廠家要求，并不小于0.4Hz，風力發電機組振動監測處于正常范圍。

7 柔性連接的止水處理

為確保風力發電機組長期穩定運行，避免雨水沿基礎環外壁進入基礎混凝土后不斷洗刷，引起基礎環周邊局部區域混凝土不密實，對基礎內外側進行柔性連接的止水修補。

7.1 基礎環外側止水修補

（1）混凝土鑿毛。基礎環外側混凝土面鑿毛，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。混凝土澆筑前，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10×30mm的預留槽。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。混凝土澆筑結束后，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（泡沫條以上）填充聚氨酯密封膏，填充時注意不得夾雜氣泡，填充完成后注意養護。

（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開，且要求裁剪縫位置居中錯開。防水涂料施工前，在基礎環周按附圖要求粘貼40mm寬的無紡土工布（規格400g/m2），局部幾個點稍加固定即可，保證防水材料在基礎環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，并在基礎環周800mm寬范圍鋪走道磚。防水涂料和防水卷材的施工按照《屋面工程技術規范》（GB 50345-2012）的要求施工。

7.2 基礎環內側止水修補

（1）基礎環內側200mm寬度范圍基礎頂面抹15～35mm厚的防水砂漿層（摻建筑膠，下同），砂漿層周邊高中間低，坡向基礎中心的排水管;設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墊開。

處理后的風機基礎經過長期觀察，并未出現表面開裂，滲水等現象，有效減避免了上述問題的復發。

8 結論

引起風力發電機組基礎環與混凝土出現間隙及表面開裂的主要原因為采用基礎環插入混凝土式塔筒結構，塔筒和混凝土在承載的過程中由于兩種材料的性能不同，變形不能協調一致，長期作用基礎環與混凝土界面防水止水措施損壞。當地充沛雨水侵蝕和臺風影響，雨水沿基礎環外壁進入基礎混凝土后不斷洗刷，引起基礎環周邊局部區域混凝土不密實，塔筒搖晃傳導至表面產生混凝土擠裂破碎。

風力發電機組基礎加固修復的主要方法：對雷達檢測存在缺陷的風力發電機組基礎采用改性環氧樹脂高壓灌漿法進行加固修復。風力發電機組基礎加固灌漿的主要流程：機械鉆孔、清孔、孔干燥、埋管、高壓灌漿、養護。

本次加固的主要作用是將基礎環與混凝土間的不密實區通過滲透性較好的高強度樹脂材料進行填充，改善風力發電機組基礎局部受力狀態。為確保風力發電機組長期穩定運行，避免雨水沿基礎環外壁進入基礎混凝土后不斷洗刷，引起基礎環周邊局部區域混凝土不密實，對基礎內外側進行高標準止水修補，達到了較好的效果。

參考文獻：

[1]康明虎.某風電場風力發電機組基礎故障分析及處理[J].可再生能源，2014，6：809-812.

[2]汪宏偉.風力發電機組基礎環松動原因分析和注漿加固[J].中國安全生產技術，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。