二次灌浆在风电混塔转接环施工中的应用与研究

段小虎

中铁二十四局集团鹰潭设备安装工程有限公司 江西 鹰潭 335000

引言

社会经济的发展提升了人们的生活质量，但同时也使得能源和环境问题进一步加重。加快能源结构调整，大力发展清洁能源已经成为一项重要课题。风能作为清洁的可再生能源，开发潜力和商业化程度非常高。钢混塔筒（详见图1）作为一种新颖的风电塔筒形式，在兼顾传统钢塔的成熟性和技术性，又同时吸收了混凝土材料强度高，抗疲劳能力强和可塑性强的优势，完美解决柔性钢塔筒运行时的共振及塔顶位移过大等安全性问题，是一种性价比极高的高塔筒技术路线。现有市场投入较多的是2.5MW 140m风电机组钢混塔筒，钢混塔筒结构总高度138.28m，钢塔筒占73.1m，混凝土塔筒占65.18m（转接环高1.92m）。

图1 钢混塔筒局部图

钢混塔筒转接环（详见图2）作为连接钢塔筒段和混凝土塔筒段的过渡连接构件，顶面放置上锚板，通过贯穿螺杆与钢塔筒连接；底面通过灌浆抗剪键与混凝土塔筒连接。在预应力荷载、顶部钢塔筒重量荷载以及外部荷载的作用下，此连接区段将会产生巨大应力，局部受力相当复杂，因此，转接环的施工质量对于整个风电塔筒至关重要。

图2 转接环示意图

在转接环的生产过程中，上锚板的问题较为突出，本文将主要针对上锚板的突出问题进行分析和处理。

1 工程概况

华润鄄城风电一期100MW工程位于山东省菏泽市鄄城县境内，用地规模3.1公顷。装机总容量100MW，计划安装40 台单机容量为2500kW风力发电机组，配套建设一座220kV变电站，接入国网220kV孙膑站，项目总投资7.7亿元。

2 风电混塔转接环上锚板常见问题分析

风电混塔转接环上锚板常见问题如下：

2.1 平整度问题

上锚板的平整度对塔筒预应力张拉和后期运行的安全性有着重要的影响，设计文件，对于上锚板平整度的要求非常高，需将上锚板的平整度控制在±2mm范围内。但是在实际的施工过程中，受原材料质量、施工工艺以及施工人员施工水平等多方面因素的影响，一次性浇筑的转接环上锚板平整度未满足设计要求的情况时有发生[1]。

2.2 蜂窝、麻面和浮浆问题

对已预制的转接环上锚板进行了“揭板”（详见图3）验收，发现转接环上锚板底部混凝土的蜂窝、麻面和浮浆现象较为严重（详见图4）。

图3 “揭板”验收

图4 上锚板底部混凝土现场图

造成蜂窝、麻面问题出现的原因主要包括上锚板未开通气孔、原材料配合比不当、下料不当、泥浆流失以及振捣不充分等。蜂窝问题不仅会影响工程外观，也会使混凝土的紧实度受影响，威胁到结构的稳定性。

浮浆问题出现的原因主要包括混凝土坍落度过大甚至离析、外加剂掺量过高，经振捣后聚集在上锚板底部、浇筑过程中工人偷偷加水。浮浆会影响到混凝土结构的均匀性和抗渗透性，进而降低结构强度，引发裂缝问题，甚至会造成严重的安全事故[2]。

3 风电混塔转接环上锚板问题的处理方案

开展风电混塔转接环上锚板问题的处理工作，需要区分转接环是否已经生产，并采用具有针对性的措施去进行处理。

3.1 已生产的转接环构件

（1）整改方案

针对已经生产出来的转接环构件，采用二次灌浆的方式对存在的各项问题进行处理。从当前实际情况来看，二次灌浆方案在风电行业应用已经比较广泛，积累了大量的成熟经验，可以很好地适用于风电行业，特别是在锚栓笼基础的施工中应用更为广泛。在具体的施工过程中，灌浆料通常选用自流平微膨胀高强灌浆料（28d抗压强度大于70MPa），充分发挥其自密实、适用性强以及施工方便等优势。

（2）流程及施工要求

①施工流程。“揭板”→凿除上锚板底部混凝土→冲洗和润湿→上锚板调整→灌浆→养护。②二次灌浆施工要求主要表现在平整度、灌浆总深度以及脱空率等方面，在具体的施工过程中，要求如下：

灌浆前的上锚板基础处理

第一，“揭板”。利用现场起重机械对已生产的转接环上锚板进行“揭板”处理。

第二，凿除上锚板底部混凝土。为提升不同施工阶段面的黏结度和稳定性，需对上锚板底部混凝土结构面进行凿除处理。使用电镐沿上锚板位置内外圈各开凿二次灌浆槽（详见图5），清除已剥落、损坏、低强度的混凝土。正常情况下混凝土凿除深度为30mm，误差控制在5mm以内，同时确保凿除宽度比上锚板宽度大30mm。

第三，冲洗和润湿。对完成凿除处理的混凝土表面进行冲洗，确保表面无碎石、浮浆、灰尘等。灌浆施工的前24h，需对表面进行连续、均匀喷洒，确保表层的混凝土达到饱和状态，同时表面又不存在明显积水。在灌浆施工的前1h，还要对表面进行清理，确保灌浆槽内无积水。

第四，上锚板调整。采用在上锚板底部内外圈安装8个M24×40mm调平螺栓（带螺母），螺栓顶面用激光测平仪加直角钢尺调平至设计标高（预留3mm左右调平高度）。安装上锚板，并继续使用激光测平仪对上锚板平整度进行测量，综合测定平整度。对测量所得的数据进行分析，确定上锚板平面各区域的平整度，并在上锚板上予以标示，进行不断重复调整，直至上锚板面达到设计精度要求。同时，还需要对上锚板底部与转接环顶部混凝土的标高进行有效控制，确保上锚板底部比转接环顶部混凝土高出20mm至25mm。

3）灌浆。第一，灌浆料的搅拌及施工。施工人员需要严格按照产品说明书上推荐的水料比确定灌浆料拌和所需用水量，且拌和用水需达到饮用水标准。现场施工采用机械搅拌，时间需控制在1～2min。第二，灌浆施工。灌浆施工开始前，工作人员对气候条件进行分析，确保日平均温度不低于5℃。开展二次灌浆，需要从上锚板一侧开始灌浆，直至另一侧溢出，杜绝多侧同时灌浆行为，有效排除上锚板底部存在的空气。灌浆工作需要确保连续性，不可间断，同时还必须尽量缩短灌浆时间，灌浆过程中不可进行振捣，如有需要可以采用助推器等设备进行辅助。同时灌浆后的灌浆面高度需高于上锚板面5～10mm。

图5 二次灌浆示意图

4）养护。灌浆结束后，需及时开展养护工作，可以采用加盖湿润土工布或覆盖养生薄膜等方式进行养护，确保结构的湿润。如在冬季施工，养护工作还必须要对环境温度进行关注，确保符合验收规范的相关要求。

3.2 未生产的转接环构件

制作灌浆槽模板，待整体浇筑工作完成后开展二次灌浆，施工及养护要求与已生产的转环构件一致[3]。

4 风电混塔转接环二次灌浆质量检测

为检验二次灌浆工艺的实际效果，对已完成二次灌浆的3个转接环进行了“揭板”验收。验收结果：三个转接环上锚板的顶面实测平整度均≤±1mm，上锚板与混凝土结合面的汽包均匀分布，直径不小于15mm的所有气泡总面积小于上锚板面积的3%，且总脱空率小于5%。以上指标均符合设计要求（设计要求：上锚板平整度≤±2mm，上锚板与混凝土结合面的汽包均匀分布，直径不小于15mm的所有气泡总面积小于上锚板面积的5%，总脱空率小于15%）。

图6 二次灌浆前

图7 二次灌浆后

5 结束语

在后续的风电塔筒转接环生产过程中，使用二次灌浆施工工艺后，转接环的上锚板平整度和上锚板底部混凝土的蜂窝、麻面和浮浆现象均得到了有效控制，各项技术指标均满足设计要求，一次性验收合格率100%。

风电混塔转接环二次灌浆是风电混塔预制构件施工中的重要环节，开展二次灌浆相关问题的处理研究能够有效提升转接环上锚板的平整度和上锚板与转接环本体的连接质量，进一步保证风电塔筒的施工质量。