基于基础环的风机基础缺陷加固处理分析

    张峰 李清 石胡辉

    摘 要：基础环是连接风机基础和上部塔筒的关键部件，采用基础环的风机基础缺陷问题频发，风机运行存在安全隐患，必须采取加固处理措施。本文总结了风机基础安全性检测的内容，在此基础上，提出了相应的加固处理方法，并结合辽宁某工程案例介绍了加固处理方法的选择及施工工艺流程，可供类似工程参考。

    关键词：基础环;基础缺陷;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

    陆上风机基础与上部塔筒连接方式主要为基础环和预应力锚栓，基础环作为传统的连接方式，得到了广泛的应用。近年来，采用基础环的风机基础缺陷问题频发[1][2][3]，如基础环与基础间出现较大缝隙，混凝土开裂破损，防水结构变形损坏，基础环水平度偏差较大，穿孔钢筋锈蚀、剪断等，风机安全运行存在较大安全隐患，风机基础缺陷的加固处理势在必行。本文总结了风机基础缺陷的安全性检测，针对检测发现的缺陷问题，提出了相应的处理方法，并结合辽宁某风电场风机基础加固案例介绍了处理方法选择及施工工艺流程。

    1 风机基础安全性检测

    风机基础安全性检测一般包括：基础外观检查、基础环水平度检测、基础混凝土强度检测、基础混凝土密实度及完整性检测、基础环与基础混凝土接触（脱空）情况检测等。

    （1）基础外观检查。包括基础防水构造、混凝土开裂破损情况检查等。防水构造是混凝土与基础环之间避免基础环及钢筋锈蚀的可靠组成，混凝土开裂、破损会造成基础对风机塔筒的约束减弱，上部结构自振周期增大，风振系数增大，改变风机塔筒上部荷载，裂缝的宽度及深度检测可采用裂缝测宽仪、非金属超声检测仪等。

    （2）基础环水平度檢测。基础环是塔筒与基础连接的关键部件，直接承载风机上部结构，基础环水平度的变化能反映风机塔筒的倾斜程度。基础环水平度检测可采用水平仪或全站仪。

    （3）混凝土强度检测。风机基础在长期风荷载及动荷载往复作用下，强度较低的混凝土极易开裂损坏，基础环与基础空隙逐步加大。一般采用回弹法对基础混凝土强度进行检测，并用钻芯法对回弹强度换算值进行修正。

    （4）混凝土密实度检测。下法兰周边混凝土由于存在密实度缺陷，最大主压应力会超出混凝土抗压强度，混凝土易发生损伤破坏。可采用冲击回波测试仪对混凝土密实度进行检测，并采用钻芯法检查不同深度处混凝土有无气孔、蜂窝麻面[4]。

    （5）基础环与基础混凝土接触（脱空）检测。当基础混凝土强度不足、基础环周边混凝土密实度较差时，在疲劳荷载反复作用下，基础环及基础混凝土之间易产生裂隙，并随着局部混凝土破损逐渐加大直至出现接触脱空。脱空检测可采用非金属超声检测仪。

    2 风机基础加固处理方法

    在风机基础安全性检测基础上，针对对于基础缺陷，需对采取相应的加固处理措施。

    2.1 混凝土裂缝处理

    基础混凝土裂缝按裂缝宽度及深度不同，可分为：浅表层裂缝（裂缝宽度<1.0mm，深度<10cm），一般为不规则收缩裂缝，建议处理措施为对裂缝处进行刻槽并涂刷界面剂，内部填充环氧砂浆。表层裂缝（裂缝宽度>1.0mm，深度<30cm），深层裂缝（裂缝宽度>1.0mm，深度>30cm）一般均为变形裂缝，产生原因多为混凝土强度不足、密实度较差、配筋不足，表层裂缝建议处理措施为对裂缝处刻槽并铺设骑缝钢筋网，再采用环氧砂浆回填。深层裂缝建议处理措施有采用钻孔、化学注浆和钻孔植筋。

    2.2 混凝土破损处理

    混凝土破损一般发生在基础环与基础台柱混凝土接触部分，根据破损程度及范围可分为局部混凝土修复和台柱整体修复。

    局部混凝土修复方案为：将基础表层破损混凝土凿除、清理干净后，喷（涂刷）混凝土界面粘接剂，在破损混凝土凿除区域，采用高强水泥砂浆或环氧砂浆修补。

    对于台柱混凝土与基础环接触部位破损严重的情况，需进行台柱整体修复，即扩大台柱尺寸。修复方案为：凿除基础环内外侧台柱表面混凝土，钻孔植筋并绑扎加固混凝土钢筋，待混凝土表面清理干净后，喷（涂刷）混凝土界面粘接剂，随后进行台柱扩大部分混凝土浇筑。

    2.3 基础环水平度纠偏

    在基础加固前，须进行基础环水平度纠偏，可采用人工纠偏与机组纠偏相结合的方式。人工纠偏方式为：采用千斤顶对基础环上法兰施力，使水平度较低一侧得到抬升。机组纠偏即通过机组偏航系统，利用上部设备的偏心力减小基础环水平度倾斜。

    2.4 注浆加固处理

    针对基础混凝土空腔、基础环与混凝土脱空等缺陷，一般采用注浆加固处理。

    脱空的主要部位大多发生在基础环底环的内外侧及其下法兰附近。孔底应尽量接近基础环下法兰附近。注浆前应采用水泥砂浆或环氧胶泥将台柱混凝土与基础环间的缝隙进行封堵，并在基础环内外侧各预留排气孔。

    注浆材料分为环氧类浆液和水泥基浆液注浆。根据空腔、脱空范围选择不同注浆材料。

    3 风机基础加固处理案例分析

    3.1 工程背景

    辽宁某风电场采用重力式扩展基础，安装轮毂高度70m的1.5MW机型。基础主体混凝土设计强度等级为C40。基础与上部塔筒连接方式为基础环。工程投产运营5年后，发现部分基础混凝土台柱顶部与基础环接触附近（包括基础环外侧和内侧）局部出现开裂及破碎现象，风机基础安全存在明显隐患。

    3.2 安全性检测结果

    针对于上述风电场风机基础出现的损伤现象，需进行安全性检测以确定基础存在的缺陷。

    （1）基础外观检查。通过对风机基础的外观检查，发现基础防水构造普遍存在损伤，基础台柱表面混凝土存在多处裂缝，裂缝为浅表层裂缝，基础台柱混凝土存在不同程度的挤压破损，混凝土与基础环间存在缝隙。

    （2）基础环水平度检测。通过对基础环水平度检测发现，水平度偏差大于设计要求（2.5mm），个别基础达6mm。

    （3）基础混凝土强度检测。根据检测结果，钻芯法确定混凝土强度为20.0MPa～22.2MPa，回弹法确定混凝土强度为26.6MPa～29.2MPa，混凝土实测强度等级远低于设计C40等级要求。

    （4）基础混凝土密实度及完整性检测、基础环与基础混凝土接触（脱空）情况检测。冲击回波测试仪检测结果反映，台柱测线部位混凝土内部局部存在密实度缺陷。钻孔检测显示，钻至下法兰上方的芯样在近下法兰一端破碎，部分芯样在钢筋周边存在混凝土疏松缺陷。检测表明部分基础混凝土与基础环侧壁间均存在明显脱空，脱空深度分别为580mm～815mm。

    3.3 加固处理方案

    针对该风电场安全性检测结果，实施相应的加固处理方案。

    （1）基础环水平度纠偏。基础环水平度纠偏采用人工纠偏结合机组纠偏的方式，纠偏后的基础环水平度在设计允许范围内。

    （2）混凝土裂缝处理。①对收缩裂缝处表面混凝土进行凿除，沿裂缝凿燕尾槽。②在槽内喷（涂刷）混凝土界面粘接剂。③界面剂陈化后再涂抹环氧砂浆。

    （3）混凝土破损处理。局部混凝土破损可采用2.2中修复方法。部分基础台柱混凝土存在多处严重破损，需进行台柱整体修复处理，具体如下：①凿除基础环内外侧台柱表面混凝土;②钻孔植筋并绑扎加固混凝土钢筋;③喷（涂刷）混凝土界面黏接剂，并在3～6小时内完成混凝土浇筑。

    （4）注浆加固处理方案。①注浆材料选择：对基础环下法兰附近存在的较大空腔及脱开区域，可采用水泥基浆液，对基础环与混凝土缝隙采用环氧类浆液。一般先进行水泥基注浆，待水泥基注浆料强度达到设计强度的70%后，进行环氧类浆液注浆。②钻孔：在基础环内外侧各布置12个注浆孔，直径75mm的注浆孔为水泥基浆液注浆孔，直径32mm的注浆孔为环氧类浆液注浆孔;在台柱底部布置斜向观察排气孔。③清孔：钻孔结束后，应对钻孔和脱空的空腔采用有压水或气体进行不同方向的反复冲、吹扫，采用热风烘干。④注浆前封堵：注浆前采用水泥砂浆或环氧胶泥将混凝土与基础环间的缝隙进行封堵，并在基础环内外侧预留排气孔。⑤注浆要求：控制注浆的初始压力和最大灌注压力，在灌注过程中如两侧孔或排气孔出浆，应进行封堵直至灌注压力达到允许的最大压力。

    4 结语

    风机基础的加固处理需在基础安全性检测的基础上，针对出现的缺陷问题，选择安全适用、经济可行的处理措施。安全性检测包括基础外观检查、基础环水平度检测、混凝土强度检测、混凝土密实度和完整性检测、基础环与基础混凝土接触（脱空）情况检测等。加固处理措施包括混凝土裂缝处理、破损修复、基础环水平度纠偏及注浆加固处理等。加固处理完毕后应加强风机运行状态监测、基础外观检查、沉降观测及基础环水平度检测。

    参考文献：

    [1]王民浩，陈观福.我国风力发电机组地基基础设计[J].水力发电，2008，34（11）：88-91.

    [2]汪宏偉.风机基础环松动原因分析和注浆加固[J].中国安全生产科学技术，2016，12（03）：104-107.

    [3]康明虎.某风电场风机基础故障分析及处理[J].可再生能源，2014，32（06）：809-813.

    [4]席向东，易桂香.风机基础分层事故的检测鉴定及加固处理[J].工业建筑，2013，43（02）：148-152+174.

    [5]彭柱.风机基础风致倾斜加固方法研究[D].湖南科技大学，2017.