高山风电大体积混凝土防裂双覆盖养护 技术应用

郁启华 王世华 李洋 周凯

摘要：我国西南地区风电场多建在高山、寒冷地区，气候条件恶劣。风机基础通常为大体积混凝土结构，受建造工艺等客观条件限制，无法采取冷却降温措施，仅采用常规洒水覆盖法对混凝土进行养护，极易出现混凝土裂缝，影响风机基础结构使用耐久性。为有效解决该问题，针对山地风电场混凝土裂缝产生原因及养护期存在的实际问题进行调查与分析，提出双覆盖养护法，可有效防止混凝土裂缝的产生。

关键词：防裂技术;大体积混凝土;双覆盖养护;风机基础;高山风电

中图法分类号：TV544文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.11.008

由于气候变暖已对全球生态系统和经济社会的可持续发展带来越来越大的影响，节能减排的重要性日益突显。选择清洁型能源来替代传统的火力发电是改变现状最直接有效的方法之一。截至2018年，我国风力发电累计并网装机容量达到18.4万GW，占全部发电装机容量的9.7%，处于稳定快速发展阶段。

在风力发电研发过程中，风机基础由最初的圆形扩展基础发展到目前全面推广的梁板式预应力锚栓基础，二者均属于大体积混凝土。在混凝土养护中，一直沿用常规洒水覆盖方法，基础混凝土表面出现的裂缝问题并未得到重视。由于基础混凝土浇筑完成7 d后即用土石回填覆盖，未能跟踪监测裂缝发展。近年来，基础混凝土裂缝问题已逐渐显现，并影响到风机基础的耐久性。对广西早期建设的5座运行中的风电场进行调查后发现，约有20%的风机基础存在贯穿性裂缝（有水从裂缝渗出），使风机运行存在一定的安全隐患。

我国风力开发起步较晚，大多只关注到机舱、叶片等设备的运行质量问题，尚未深入调查风机基础运行期的质量问题。然而，随着风力开发技术的不断改进和创新发展，建设单位和设计单位越来越重视风机基础混凝土的浇筑和养护质量问题。

1 工程概况

国电广西灌阳正江岭风电场位于广西省桂林市灌阳县西山瑶族自治乡境内，地处北江村东北侧老鼠头界至野鸡界一带山脊，属山地风电，场址涉及面积约15.4 km2，总装机容量60 MW（30×2 MW）。

该风电场所在区域海拔高、昼夜温差大、大风季节长且雨雾天气多，在桂北地区极具代表性。雨期长、大雾天气多、场内山路泥泞、混凝土运输距离长（约30 km）、行车速度慢（15 km/h），且风机设备大件运输和吊装对基础混凝土浇筑形成交叉干扰，对混凝土浇筑连续性和养护质量的可靠性均造成诸多不利影响。

1.1 自然地理条件

正江岭风电场工程地形地貌主要为中山地貌、局部为低中山地貌，地势总体北高南低，山顶海拔高程在1 300～1 900 m之间，属中亚热带季风气候区，冬季湿冷，山上多雨雾、冰冻天气，昼夜温差常在20 ℃左右;多年平均风速约为6 m/s，最大风速27 m/s（不含台风）。全县多年年均气温为14.9 ℃。最冷时间为12月至次年2月，月均6.8 ℃。极端最低温度-5.8 ℃。

1.2 风机基础大体积混凝土设计和要求

1.2.1 风机基础设计

正江岭风电场风机基础为C40圆形现浇梁板式钢筋混凝土结构，直径19 m，底板高1 m，台柱高3.4 m、直径6 m，基础共设置8条肋梁，肋梁两端高度分别为3 m和1 m，梁宽1 m。基础混凝土强度等级为C40、抗冻等级F100，单个基础混凝土体积363.7m3。

按照GB 50496-2012《大体积混凝土施工规范》[1]中的定义，混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1.0 m的大体量混凝土称之为大体积混凝土，正江岭风电场风机基础属于大体积混凝土。

1.2.2 大体积混凝土施工温控及养护要求

根据国电北投灌阳正江岭风电有限公司《灌阳正江岭风电场工程施工招标文件》要求，风机基础混凝土须一次性浇筑完成，不允许留施工缝。为防止产生温度裂缝，应严格进行混凝土温度控制，5～10月混凝土入仓温度应不高于20 ℃。一般采取骨料预冷或加冰拌和的措施，冬季要采取保温措施。在入模温度的基础上，混凝土浇筑体最大温升值不宜超过50 ℃;混凝土浇筑块体的里表温差不宜超过25 ℃;降温速率不宜大于2 ℃/d;混凝土表面与大气温差不宜超过20 ℃[1]。

混凝土浇筑完成后，应及时用一层薄膜两层麻袋覆盖，连续保湿养护，时间不少于14 d。当外界气温连续5 d低于5 ℃时，按冬季混凝土施工的有关规定执行。

2 山地风电场风机基础混凝土养护问题

正江岭风电场风机基础混凝土施工质量受所处地域自然条件和砂石骨料可选性差等因素影响，对混凝土设计配合比的选择、浇筑后的养护均提出了新的挑战，对温控防裂和养护非常不利。通过对多个风电场风机基础外观质量检查发现，表面温度裂缝发生较普遍，虽采取了多种措施，但未从根本上解决问题。进入秋冬季后，正江岭风电场风机基础混凝土开始浇筑，且多数基础施工安排在冬季。运用常规养护方法，混凝土里表温差、表面和大气温差的控制难以满足规范要求，如果不采取有效的保温保湿措施，将更难以控制裂缝温度。

2.1 混凝土水化热难降低

对于大体积混凝土，设计要求采用低水化热水泥，并选用中砂，粉煤灰掺量要控制在15%左右。受条件限制，正江岭风电场工程采用普通硅酸盐水泥，且本地所产砂为人工砂混合部分天然砂，其细度模数、含泥量、颗粒级配等均不稳定，多数接近粗砂标准。在粉煤灰掺量受限（抗压强度以28d试压为准）的情况下，只能通过增加水泥来弥补细骨料级配不良的问题，水泥的增加势必提高水化热及混凝土内部温升，对温度裂缝控制极为不利[2]。通常，C40混凝土每方水泥用量约为360 kg，但该项目设计配合比受粗細骨料质量限制，水泥用量要达到413 kg才能满足设计强度要求。事实证明，用该混凝土配合比内部温升峰值达到73.6 ℃，但入仓温度在18℃～20 ℃，已超出规范要求的入模后混凝土最大温升值（不宜超过50 ℃的标准）。受粗细骨料生产工艺粗糙、质量不稳的影响，设计配合比调整空间受限，加上骨料预冷等措施受混凝土生产规模限制，成本过高，均未采用风电场基础混凝土生产。在无法实施常规温控措施的情况下，只能通过提高混凝土的养护质量，以达到混凝土防裂的要求。

2.2 大风天气影响养护质量

山地风电场多位于较高海拔的山脊上，风速达10～20 m/s的大风天气较为常见，采用常规的覆盖养护难以达到设计要求标准。针对恶劣的自然条件，虽然承建单位采取了压盖的方法，但毛毡、薄膜仍会被吹翻，造成基础混凝土大面积外露，加上专职养护人员盯守不到位，没有配备专用水车，难以做到保温保湿连续养护，这是混凝土表面出现干缩裂缝和温度裂缝的主要原因。

2.3 台柱梁体侧面无法覆盖

梁板式风机基础不同于墩式基础，混凝土表面难以做到全覆盖养护。为了能对台柱体和梁体侧面进行全覆盖养护，参建各方商讨采取了挂草帘遮盖、在土工膜上打混凝土钉固定、晚拆模板等方法，但受大风影响，覆盖材料不久就被吹散、扯破;对于模板保温保湿养护，在冬季混凝土表面和大气温差达到35 ℃以上，远超出规范要求，且不利于模板周转，影响工效，养护质量不佳。

2.4 温控难达规范标准

根据常规覆盖洒水养护结果统计，特别是在冬季施工，混凝土表里最大温差34 ℃，表面和大气温差达到39 ℃，远远超出规范要求。

根据上述分析，在山地风电场建设中，受自然条件限制，采用常规的覆盖养护方法，难以达到规范要求的标准，这是基础混凝土表面出现裂缝的主要原因。根据对3个基础养护期结束后的裂缝调查统计，在风机基础底板、梁顶表面及台柱杯口等部位裂缝集中，数量达13～18条/基，缝宽在0.2～0.6 mm，属于有害裂缝范围，长期发展会对风机基础耐久性造成极为不利的影响[3]。

3 双覆盖保温保湿养护方案的确定

针对风机基础混凝土养护方法不能适应实际需要而引起混凝土表面产生裂缝的问题，经参建各方多次商讨研究，并结合风机基础形式和实际自然条件，在原来养护方式的基础上进一步完善，以达到连续保温保湿养护的设计要求，并实施规范要求的混凝土表里温差、表面与大气的温差标准。具体方法如下。

（1）混凝土初凝前，在基础底板、梁体和台柱顶面先覆盖一层薄膜;初凝后在薄膜上面再覆盖一层土工膜毛毡或废棉被，并充分洒水湿润。

（2）在台柱和梁顶布置花管长流水喷洒。

（3）根据风机基础形状尺寸，用防雨帆布定制成帐篷式养护罩，对基础进行整体覆盖，四周用绳子拉绑固定。具体见图1～2。

上述方法即为风机基础双覆盖保温保湿养护法，较好落实了连续保温保湿养护的设计要求，且将混凝土表面和大气温差控制在规范允许范围内，有效解决了冬季混凝土养护质量问题。双覆盖养护效果详见图3～4，对混凝土内部、表面、篷内外温度进行了详细统计与分析。

根据统计分析情况，在浇筑完2 d后，风机基础混凝土内部达到峰值温度65 ℃左右，混凝土表面温度在46 ℃，篷内气温25 ℃，外界气温在9 ℃以下。帐篷的保温作用在一定程度上提升了混凝土的表面温度，使混凝土里表温差控制在规范要求的25 ℃以内;混凝土表面和大气环境温差控制在20℃左右，有效避免了温差超标引起的温度裂缝。

4 效果评价

风机基础混凝土采用双覆盖保温保湿养护的方法，有效解决了高山大风天气对常规养护质量的不利影响，并借助帐篷内混凝土自身散发的热量，形成蒸汽养护效应（实测帐篷内湿度最大为83%）;帐篷的封闭作用使混凝土表面与大气隔离，可充分利用其自身散发的热量形成保温作用，使其表面和大气（帐篷内）温差控制在规范允许的范围内;有效弥补了山地风电建设中，因工艺和常规温控措施受成本控制难以实施的不足，如风冷、水冷或冬季骨料加温等。该养护方法可操作性强，能有效提升混凝土的养护质量，值得推广。根据对后续风机基础混凝土表面裂缝的调查统计，未再发现有裂缝产生[2～4]。

5 结 语

高山风电建设属国家提倡的新能源工程。目前技术成熟，建设规范不断完善，但在土建施工上普遍工艺粗糙，特别是对风机基础大体积混凝土质量的控制不够，没有从根源对基础裂缝进行分析，并明确具体措施，多数仅做表面处理，严重影响基础混凝土的耐久性。

受投资成本控制和单个风电场混凝土总方量仅约1万m3等的限制，砂石骨料多由小砂石加工厂生产，工艺粗糙，骨料级配和含泥量等指标不稳定。多采用普通硅酸盐水泥代替低热水泥;基本未采取大体积混凝土生产该有的温控措施，使混凝土生产、浇筑质量难以得到保证。实际上，可通过养护来弥补其质量上的不足，但受条件限制，多数风电场养护流于形式，存在无人值守、无养护洒水专用车、随意覆盖等问题。

在对多座高山风电场基础混凝土养护质量及裂缝情况调查的基础上，提出双覆盖保温保湿养护法。经正江岭风电场工程试用和结果分析，该法可较好提升高山风电场风机基础混凝土养护质量，保障风机基础使用耐久性。

参考文献：

[1] GB 50496-2012《大体积混凝土工程施工规范》.

[2] 戴烽滔. 大体积混凝土結构裂缝的分析与对策[J]. 四川建筑科学研究，2007（1）：19-21.

[3] 王顶堂. 大体积混凝土裂缝控制技术应用研究[J]. 安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2008（6）：31-33.

[4] 陈辉，韩芳垣. 大体积混凝土温度裂缝的成因分析及控制措施[J]. 混凝土，2006（2）：35-37.

（编辑：唐湘茜）