风力发电机组基础局部缺陷的原因分析及处理

虞奇波 陈攀

摘 要：风力发电机组基础环是连接塔筒和基础混凝土的关键部件，基础环及周边的混凝土是整个风力发电机组运行中受力最大的区域。针对风电场个别风力发电机组基础环周边表面混凝土局部开裂，且在基础环底法兰周边混凝土出现局部不密实区的缺陷，本文阐述了出现此类现象的原因，并提出一种采用环氧树脂灌浆方案进行修补加固的方案解决此类问题，并采用柔性连接的止水修补措施防止此类问题再次产生。

关键词：风机基础;开裂;加固;灌浆;止水

1 风机基础结构

风电场风机基础均为八边形筏板基础，基础外接圆直径19.0m，中墩外接圆直径7m，基础底板厚0.35m，主梁宽度为1m，高1.5～3.2m，次梁宽0.60m，高1.2m，中墩高3.2m，单个基础混凝土总量为306.4m3。风机基础混凝土强度等级为c35，垫层混凝土强度等级为c20。风机基础底部钢筋保护层厚度为70mm，主梁底层主筋保护层厚度为120mm，次梁底层主筋保护层厚度为90mm，其余为50mm。风机基础顶面的基础环外2m范围内铺设山皮石。

2 风力发电机组基础出现的问题

风电场个别风力发电机组塔筒内混凝土表面存在不同程度开裂和破碎，局部有结水。塔筒外混凝土中墩表面与混凝土结合面止水措施受损，结合面出现缝隙，基础环周边表层混凝土轻微挤裂，经雷达检测，基础环底法兰与混凝土结合处存在不密实区。该现象随着时间推移将进一步加剧基础环受力结构恶化，基础环与混凝土基础间的不密实区将不断扩大，势必对风力发电机组基础及风力发电机组安全造成严重影响，可能造成风力发电机组倾倒的安全生产事故。

3 此类问题的原因分析

（1）风力发电机组基础采用基础环插入混凝土式塔筒结构，塔筒和混凝土在承载的过程中由于两种材料的特性不同，变形不能协调一致，基础环与混凝土间存在一定的微量间隙。（2）风力发电机组为高耸结构、其高度高、重量大、设备运行动载、风载各种力的作用，使风力发电机组不断振动。振动由塔筒传导到基础环，与基础混凝土不断产生摩擦，加大基础环与混凝土间隙。（3）受充沛雨水侵蚀和台风影响，一旦风力发电机组基础的止水层破损，雨水沿基础环外壁进入基础混凝土后不断洗刷，基础环与混凝土间隙进一步增大，引起基础环周边局部区域混凝土不密实，塔筒摇晃传导至表面产生混凝土挤裂破碎。

4 灌浆修补方案及浆料特性

处理方案为采用高压灌浆对基础进行加固修补。灌浆材料选用高强度改性环氧树脂，所用环氧树脂必须符合《JC/T 1041-2007混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》行业标准要求。使用前进行配比试验，取得相关的浆液参数，注浆料抗压强度必须高于风力发电机组基础混凝土强度，并具有良好的渗透性。通过填充基础钢环与混凝土间已形成的间隙，使基础环与混凝土粘结成一个整体。环氧树脂结构胶的性能满足风力发电机组运行的长期耐荷要求，能起到以下效果：（1）能有效对间隙和不密实区进行填充;（2）采用的环氧树脂结构胶具较高的强度，并具有很好韧性、耐疲劳特性，能长期适用于风力发电机组运行动载情况;（3）能使基础钢环与混凝土结构有效粘结，增强整体性和强度。

5 施工方法

5.1 施工工序

机械钻孔→清孔→孔干燥→埋管→高压灌浆→养护

5.2 施工工序操作方法

（1）机械钻孔。采用钻杆接钻头的方法，沿基础环计算好距离，且避开钢筋网，按约依次布置8个孔位，垂直向基础环底部法兰钻孔，深度约1.7m（到达底部法兰面）。

孔位布置：外侧基础布置Ⅰ序孔4个，Ⅱ序孔4个。Ⅰ序孔与Ⅱ序孔间隔均匀布置，以直径为4没基础环为例，计算可得8个孔间距为1.57m，放样做好标记。先钻Ⅰ序孔，钻孔完成后若Ⅰ序孔相互贯通，则无需钻Ⅱ序孔。若Ⅰ序孔相互不贯通，则继续钻Ⅱ序孔。基础内侧孔位根据外侧注浆情况布置，若外侧注浆时同内侧互窜，则无需钻内侧孔，若不贯通，则一次均匀布置4个孔位。

孔深：外侧钻孔至基础下法兰顶部，以筏板式基础为例，深度约为中墩往下1.7m。内侧采用电钻钻斜孔，从中墩斜打至基础环壁，垂直深度0.4m，浆液沿基础环壁灌至缺陷部位。

孔径：外侧采用51mm孔径开孔，如碰钢筋略微位移孔位，无法平移的则换用小钻钻孔。内侧采用电钻钻孔，钻孔孔径为25mm。

（2）清孔。首先向孔内灌注满清水，然后将压缩空气持续灌入孔内底部使其形成气动水，在以上基础上再用排水设备将孔内水排出;通过以上循环清洗操作直至最后排出水為清水即为完成清孔。

（3）孔干燥。将孔内水全部抽干后，用鼓风力发电机组持续向孔内吹风，直至基础环与混凝土间隙内水分挥发干燥。

（4）埋管。在已机械钻孔好的孔内埋设注、溢浆管，注、溢浆管分别采用一长一短两根钢管，捆绑好后伸入孔内，两根钢管顶端分别接好阀门，钢管上部与孔间隙采用快干型环氧树脂结构胶进行封堵。

（5）高压灌浆。按要求依次压入调配好的环氧树脂结构胶，调配的原材料为A树脂，B固化剂，两者比例为2∶1，采用高压注浆泵（2Mpa内）灌注入阀门内，环氧树脂结构胶顺孔由底部往基础面方向灌注，期间若有孔位溢浆则将其注、溢浆管阀门关闭，直到灌注饱满至所有孔的溢浆管都有出浆。此时已关紧所有孔位的注、溢浆管阀门，继续注浆至内外侧基础环与混凝土缝隙整圈出浆为止。若有不出浆区域，则将注浆位置调整至离其最近的孔位按上述方法继续注浆。注浆期间，采用专业注浆记录软件记录每段注浆时间和注浆量，便于后期分析。

（6）养护。待灌浆完毕后须停机自然养护3天（一般浆料可于3天内达到原混凝土强度），才可启动风力发电机组运行。

6 加固效果

（1）对加固后的风力发电机组基础再次进行雷达检测，报告显示并未发现不密实区。

（2）灌浆材料试块硬化后，经过抗压检测，强度达到60MPa，高于原基础混凝土强度。

（3）灌浆后风力发电机组的自振频率达到风力发电机组厂家要求，并不小于0.4Hz，风力发电机组振动监测处于正常范围。

7 柔性连接的止水处理

为确保风力发电机组长期稳定运行，避免雨水沿基础环外壁进入基础混凝土后不断洗刷，引起基础环周边局部区域混凝土不密实，对基础内外侧进行柔性连接的止水修补。

7.1 基础环外侧止水修补

（1）混凝土凿毛。基础环外侧混凝土面凿毛，用钢丝刷清除表面松散颗粒，并用压缩空气吹净粉尘。

（2）浇筑800mm宽、100mm厚的C40混凝土。混凝土浇筑前，在塔筒外周粘贴一道厚10mm、宽大于30mm的橡皮条，粘贴在混凝土与塔筒的交接处，并深入混凝土30mm。待混凝土浇筑完成后，揭去该橡皮条，以形成一个10×30mm的预留槽。湿润老混凝土表面，并保证混凝土表面无积水，然后先铺一薄层的混凝土，来回刮抹三次，使混凝土内的水泥浆充分浸透老混凝土表面，然后绑扎钢筋，浇筑100mm厚混凝土层。混凝土浇筑结束后，用20mm厚的水泥砂浆找平。

（3）聚氨酯密封膏止水施工。①浇筑的混凝土初凝后揭去预先粘贴的橡皮条。②用铁刷刷除混凝土表面松散物，用压缩空气吹扫干净，并清除油污。③槽内填充Φ10mm的闭孔泡沫条（使得聚氨酯密封膏顶面和底面可以自由伸缩，不易损坏）。④缝内（泡沫条以上）填充聚氨酯密封膏，填充时注意不得夹杂气泡，填充完成后注意养护。

（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厚自粘聚合物改性沥青防水卷材，两道防水卷材按照附图二裁剪后粘贴，上下层防水卷材搭接的位置要求错开，且要求裁剪缝位置居中错开。防水涂料施工前，在基础环周按附图要求粘贴40mm宽的无纺土工布（规格400g/m2），局部几个点稍加固定即可，保证防水材料在基础环和混凝土交接处脱开自由，防水涂料和防水卷材施工完成后回填土覆盖保护，并在基础环周800mm宽范围铺走道砖。防水涂料和防水卷材的施工按照《屋面工程技术规范》（GB 50345-2012）的要求施工。

7.2 基础环内侧止水修补

（1）基础环内侧200mm宽度范围基础顶面抹15～35mm厚的防水砂浆层（掺建筑胶，下同），砂浆层周边高中间低，坡向基础中心的排水管;设备支架底部要求采用防水砂浆抹成60mm高、直径150mm的馒头形小墩子，以方便防水涂料的施工。

（2）基础顶面和塔筒交接处先绑一圈棉绳，再做10×10的三角形聚氨酯密封膏贴角。

密封膏施工完成后涂两道1.5mm厚合成高分子防水涂料，基础顶面和塔筒壁上的涂层宽度均为200mm，密封膏和防水涂料之间土工布垫开。

处理后的风机基础经过长期观察，并未出现表面开裂，渗水等现象，有效减避免了上述问题的复发。

8 结论

引起风力发电机组基础环与混凝土出现间隙及表面开裂的主要原因为采用基础环插入混凝土式塔筒结构，塔筒和混凝土在承载的过程中由于两种材料的性能不同，变形不能协调一致，长期作用基础环与混凝土界面防水止水措施损坏。当地充沛雨水侵蚀和台风影响，雨水沿基础环外壁进入基础混凝土后不断洗刷，引起基础环周边局部区域混凝土不密实，塔筒摇晃传导至表面产生混凝土挤裂破碎。

風力发电机组基础加固修复的主要方法：对雷达检测存在缺陷的风力发电机组基础采用改性环氧树脂高压灌浆法进行加固修复。风力发电机组基础加固灌浆的主要流程：机械钻孔、清孔、孔干燥、埋管、高压灌浆、养护。

本次加固的主要作用是将基础环与混凝土间的不密实区通过渗透性较好的高强度树脂材料进行填充，改善风力发电机组基础局部受力状态。为确保风力发电机组长期稳定运行，避免雨水沿基础环外壁进入基础混凝土后不断洗刷，引起基础环周边局部区域混凝土不密实，对基础内外侧进行高标准止水修补，达到了较好的效果。

参考文献：

[1]康明虎.某风电场风力发电机组基础故障分析及处理[J].可再生能源，2014，6：809-812.

[2]汪宏伟.风力发电机组基础环松动原因分析和注浆加固[J].中国安全生产技术，2016，12（3）：104-107.

作者简介：虞奇波（1988— ），男，汉族，浙江宁波人，本科，助理工程师，研究方向：新能源工程建设。