風電機組基坑滲水解決方案

咬登尚，王勃

（國投哈密風電有限公司，新疆 哈密 839000）

1 引言

在風電場陸地開發建設中，風電機組基礎大體積混凝土施工質量直接影響風電機組的安全穩定運行及使用壽命；同時，風電機組基礎混凝土施工由于會受到地基、原材料選擇、配合比合理性、施工設計合理性、施工工藝、養護、防腐等因素影響，因此在施工過程中，必須要對其的每個環節層層把關，以更好地保證風電機組的基礎質量。

2 工程概況

某風電場處于新疆哈密市戈壁灘上，風電場具體位于東經94°9′48.2″～94°27′40.8″、北緯41°34′59.6″～41°53′54.1″，海拔高度在1 085～1 260 m，地勢東南高西北低，場址區域地形相對較為平坦。

項目總裝機容量300 MW，安裝120 臺2.5 MW 直驅風力發電機組，輪轂高度90 m，輪轂直徑121 m，風電機組基礎采用擴展基礎，風電場按1 臺風電機組配置1 個箱式變電站，風電機組出口電壓690 V 通過箱式變電站升壓至35 kV，然后，通過13 條35 kV 集電線路匯集送至本風電場自建110 kV升壓站。

3 故障現象

風電場按照工程施工進度計劃開展風電機組基礎施工作業，某臺風電機組基礎開挖后發現基坑南側局部濕潤，待風電機組基礎墊層澆筑后濕潤部位逐漸有水滲出，滲水量逐漸增大。隨著時間推移基坑水位逐漸升高至距基坑地面1.2 m，隨后水位停止上升。圖1 為風電機組基坑現場圖。

圖1 風電機組基坑現場圖

4 原因分析

4.1 風電機組基礎介紹

依據場地巖土工程地質條件，結合該地區的風電場建設經驗，風電機組基礎一般有擴展基礎、格構式基礎和預應力筒形基礎3 種形式。本風電場選用安全可靠度高、技術成熟的“擴展基礎”作為風電場風電機組基礎形式。該風電機組擴展基礎采用C40F150 鋼筋混凝土結構，基礎體型為圓形，基礎底部直徑19.9 m，總高度3.5 m，由底板、圓臺、臺柱組成，各部分高度分別為1.0 m、1.8 m、0.7 m，臺柱直徑6.4 m。

4.2 原因分析

4.2.1 地質情況分析

依據風電機組基礎現場實際開挖情況并結合地質勘測鉆孔資料，判定地質情況如下：（1）該臺風電機組基礎經開挖至設計建基面后，實際地層為基巖層，該層厚度8.0 m，前期微觀選址期間未揭穿，而通過判斷可知，該地基承載力特征值fak=600 kPa（未浸泡），故滿足地基承載力要求；（2）地下水位呈現季節性變動，深度為2.1～1.1 m，由于該地下水對混凝土結構具有強腐蝕性，因而必須采取必要的防腐措施。

4.2.2 水文情況分析

根據水文資料顯示，場址區域每年10 月為地下水水位最高。經初步推測，此臺風電機組基坑積水高度將再上升1 m，最高水位距離原地面為1.1 m。由于基礎開挖后未采取有效的防水措施，因此，其承載力有所下降。但經分析判斷后可知，該地基承載力特征值為fak=500 kPa，依然滿足地基承載力要求。

4.2.3 抗傾覆性分析

地下水往往會存在導致風電機組基礎產生上浮力，從而給風電機組抗傾覆性帶來不利影響，加之地下水對于風電機組基礎和低壓電纜具有腐蝕性，因此，在其他計算條件相同的其他前提下，需結合基坑水位情況對原風電機組基礎方案結果進行驗算，以進一步得出風電機組正常運行負載工況不滿足要求的結論，即原風電機組基礎方案不能滿足風電機組抗傾覆的要求，故需制訂解決方案。表1 為風電機組基礎底面脫開計算表。

表1 風電機組基礎底面脫開計算表

5 處理方案

業主組織設計院、施工單位、監理各方相關專業人員對風電機組基坑滲水情況進行現場研討，從風電機組基礎、低壓電纜、集電線路和檢修道路、發電量角度綜合考慮提出風電機組基礎滲水解決方案并論證其合理性，最終形成方案如下：

1）在原有風電機組基礎上，采取加大風電機組基礎體型尺寸方式處理，增加原基礎混凝土工程量。由于該基礎采用錨栓連接塔筒，增加基礎方量時需擴大底盤直徑并調整基礎高度尺寸，保證承臺總高度不變，錨桿組件不受影響。經計算風電機組基礎直徑將由19.9 m 增加至22.0 m，增加混凝土263 m3。

2） 考慮風電機組基坑地下水對混凝土澆筑的影響，施工過程中采取降水措施。根據GB/T 50046—2018《工業建筑防腐蝕設計標準》[1]，混凝土采用C40 F150 鋼筋混凝土結構，保護層厚度50 mm；為防止裂縫在混凝土中加入螺旋形聚乙烯醇纖維材料，在基礎外表面采用環氧瀝青涂刷厚度≥1 mm；墊層采用碎石灌瀝青，厚度150 mm，增加墊層耐腐蝕性。

3）原風電機組基礎建設費用預計116 萬元，加大風電機組基礎體型尺寸后，建設費用預計187 萬元。圖2 為加大風電機組基礎體型尺寸后基礎體型剖面圖。

圖2 加大風電機組基礎體型尺寸后基礎體型剖面圖（單位：mm）

6 方案實施及效果

6.1 方案實施

在方案實施的過程中，重點需關注以下內容：

1）風電機組基礎尺寸外徑擴大開挖至22.0 m，基坑作業面開挖至24.0 m。

2）在風電機組基礎南側2 m 處開挖引水積水坑，將風電機組基礎內的滲水抽干。

3）在風電機組基坑四周潑灑熱瀝青3 遍，并鋪設1 層復合土工布，土工布鋪設范圍需覆蓋整個積水坑底部及四周回填區域，進行基坑防滲水、防腐處理。

4）開展鋼筋制作安裝、錨栓籠安裝和基礎混凝土澆筑。

5）對風電機組基礎涂刷3 層瀝青油，中間加2 次玻璃絲布，進行基礎防腐處理。

6）采用黏性土對降水積水坑進行回填壓實，回填高度與外側已澆筑混凝土齊平，每層填筑≤20 cm，壓實度≥0.95，含水率控制在5%。用原土進行風電機組基礎回填。

7）在風電機組附近設置沉降觀測點4 個，持續觀測風電機組基礎沉降變化情況。

6.2 實施效果

通過對風電機組基礎滲水處理，基坑滲水情況得到了有效的治理，且風電機組基礎周圍再無滲水。經設計院、施工方、監理方以及業主驗收合格后，該項目還進行了基礎回填。三方一致認為該風電機組基礎滲水處理各項工藝滿足技術要求。另外，經持續3 a 對該臺風電機組基礎進行沉降觀測后可知，風電機組沉降穩定。

7 結語

“十四五”是實現碳排放達峰的關鍵期，也是風電行業發展的又一個黃金期，風電開發迎來新的發展時期，陸地風電建設中也會出現風電機組基礎滲水類似問題。此次風電機組基坑滲水處理對風電機組基礎施工具有一定的借鑒意義，同時，也對風電建設前期勘察設計階段提出更高的要求，要對每個風電機組基礎地質情況進行詳細勘測，以避免發生類型事件。