郁啟華 王世華 李洋 周凱

摘要：我國西南地區(qū)風(fēng)電場多建在高山、寒冷地區(qū)，氣候條件惡劣。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)通常為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，受建造工藝等客觀條件限制，無法采取冷卻降溫措施，僅采用常規(guī)灑水覆蓋法對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，極易出現(xiàn)混凝土裂縫，影響風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)使用耐久性。為有效解決該問題，針對山地風(fēng)電場混凝土裂縫產(chǎn)生原因及養(yǎng)護(hù)期存在的實(shí)際問題進(jìn)行調(diào)查與分析，提出雙覆蓋養(yǎng)護(hù)法，可有效防止混凝土裂縫的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：防裂技術(shù);大體積混凝土;雙覆蓋養(yǎng)護(hù);風(fēng)機(jī)基礎(chǔ);高山風(fēng)電

中圖法分類號：TV544文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.11.008

由于氣候變暖已對全球生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展帶來越來越大的影響，節(jié)能減排的重要性日益突顯。選擇清潔型能源來替代傳統(tǒng)的火力發(fā)電是改變現(xiàn)狀最直接有效的方法之一。截至2018年，我國風(fēng)力發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到18.4萬GW，占全部發(fā)電裝機(jī)容量的9.7%，處于穩(wěn)定快速發(fā)展階段。

在風(fēng)力發(fā)電研發(fā)過程中，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)由最初的圓形擴(kuò)展基礎(chǔ)發(fā)展到目前全面推廣的梁板式預(yù)應(yīng)力錨栓基礎(chǔ)，二者均屬于大體積混凝土。在混凝土養(yǎng)護(hù)中，一直沿用常規(guī)灑水覆蓋方法，基礎(chǔ)混凝土表面出現(xiàn)的裂縫問題并未得到重視。由于基礎(chǔ)混凝土澆筑完成7 d后即用土石回填覆蓋，未能跟蹤監(jiān)測裂縫發(fā)展。近年來，基礎(chǔ)混凝土裂縫問題已逐漸顯現(xiàn)，并影響到風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的耐久性。對廣西早期建設(shè)的5座運(yùn)行中的風(fēng)電場進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，約有20%的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)存在貫穿性裂縫（有水從裂縫滲出），使風(fēng)機(jī)運(yùn)行存在一定的安全隱患。

我國風(fēng)力開發(fā)起步較晚，大多只關(guān)注到機(jī)艙、葉片等設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量問題，尚未深入調(diào)查風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)運(yùn)行期的質(zhì)量問題。然而，隨著風(fēng)力開發(fā)技術(shù)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新發(fā)展，建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位越來越重視風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量問題。

1 工程概況

國電廣西灌陽正江嶺風(fēng)電場位于廣西省桂林市灌陽縣西山瑤族自治鄉(xiāng)境內(nèi)，地處北江村東北側(cè)老鼠頭界至野雞界一帶山脊，屬山地風(fēng)電，場址涉及面積約15.4 km2，總裝機(jī)容量60 MW（30×2 MW）。

該風(fēng)電場所在區(qū)域海拔高、晝夜溫差大、大風(fēng)季節(jié)長且雨霧天氣多，在桂北地區(qū)極具代表性。雨期長、大霧天氣多、場內(nèi)山路泥濘、混凝土運(yùn)輸距離長（約30 km）、行車速度慢（15 km/h），且風(fēng)機(jī)設(shè)備大件運(yùn)輸和吊裝對基礎(chǔ)混凝土澆筑形成交叉干擾，對混凝土澆筑連續(xù)性和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的可靠性均造成諸多不利影響。

1.1 自然地理?xiàng)l件

正江嶺風(fēng)電場工程地形地貌主要為中山地貌、局部為低中山地貌，地勢總體北高南低，山頂海拔高程在1 300～1 900 m之間，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬季濕冷，山上多雨霧、冰凍天氣，晝夜溫差常在20 ℃左右;多年平均風(fēng)速約為6 m/s，最大風(fēng)速27 m/s（不含臺風(fēng)）。全縣多年年均氣溫為14.9 ℃。最冷時(shí)間為12月至次年2月，月均6.8 ℃。極端最低溫度-5.8 ℃。

1.2 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大體積混凝土設(shè)計(jì)和要求

1.2.1 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

正江嶺風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為C40圓形現(xiàn)澆梁板式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直徑19 m，底板高1 m，臺柱高3.4 m、直徑6 m，基礎(chǔ)共設(shè)置8條肋梁，肋梁兩端高度分別為3 m和1 m，梁寬1 m。基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級為C40、抗凍等級F100，單個(gè)基礎(chǔ)混凝土體積363.7m3。

按照GB 50496-2012《大體積混凝土施工規(guī)范》[1]中的定義，混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1.0 m的大體量混凝土稱之為大體積混凝土，正江嶺風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)屬于大體積混凝土。

1.2.2 大體積混凝土施工溫控及養(yǎng)護(hù)要求

根據(jù)國電北投灌陽正江嶺風(fēng)電有限公司《灌陽正江嶺風(fēng)電場工程施工招標(biāo)文件》要求，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土須一次性澆筑完成，不允許留施工縫。為防止產(chǎn)生溫度裂縫，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行混凝土溫度控制，5～10月混凝土入倉溫度應(yīng)不高于20 ℃。一般采取骨料預(yù)冷或加冰拌和的措施，冬季要采取保溫措施。在入模溫度的基礎(chǔ)上，混凝土澆筑體最大溫升值不宜超過50 ℃;混凝土澆筑塊體的里表溫差不宜超過25 ℃;降溫速率不宜大于2 ℃/d;混凝土表面與大氣溫差不宜超過20 ℃[1]。

混凝土澆筑完成后，應(yīng)及時(shí)用一層薄膜兩層麻袋覆蓋，連續(xù)保濕養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不少于14 d。當(dāng)外界氣溫連續(xù)5 d低于5 ℃時(shí)，按冬季混凝土施工的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

2 山地風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土養(yǎng)護(hù)問題

正江嶺風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土施工質(zhì)量受所處地域自然條件和砂石骨料可選性差等因素影響，對混凝土設(shè)計(jì)配合比的選擇、澆筑后的養(yǎng)護(hù)均提出了新的挑戰(zhàn)，對溫控防裂和養(yǎng)護(hù)非常不利。通過對多個(gè)風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)外觀質(zhì)量檢查發(fā)現(xiàn)，表面溫度裂縫發(fā)生較普遍，雖采取了多種措施，但未從根本上解決問題。進(jìn)入秋冬季后，正江嶺風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土開始澆筑，且多數(shù)基礎(chǔ)施工安排在冬季。運(yùn)用常規(guī)養(yǎng)護(hù)方法，混凝土里表溫差、表面和大氣溫差的控制難以滿足規(guī)范要求，如果不采取有效的保溫保濕措施，將更難以控制裂縫溫度。

2.1 混凝土水化熱難降低

對于大體積混凝土，設(shè)計(jì)要求采用低水化熱水泥，并選用中砂，粉煤灰摻量要控制在15%左右。受條件限制，正江嶺風(fēng)電場工程采用普通硅酸鹽水泥，且本地所產(chǎn)砂為人工砂混合部分天然砂，其細(xì)度模數(shù)、含泥量、顆粒級配等均不穩(wěn)定，多數(shù)接近粗砂標(biāo)準(zhǔn)。在粉煤灰摻量受限（抗壓強(qiáng)度以28d試壓為準(zhǔn)）的情況下，只能通過增加水泥來彌補(bǔ)細(xì)骨料級配不良的問題，水泥的增加勢必提高水化熱及混凝土內(nèi)部溫升，對溫度裂縫控制極為不利[2]。通常，C40混凝土每方水泥用量約為360 kg，但該項(xiàng)目設(shè)計(jì)配合比受粗細(xì)骨料質(zhì)量限制，水泥用量要達(dá)到413 kg才能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。事實(shí)證明，用該混凝土配合比內(nèi)部溫升峰值達(dá)到73.6 ℃，但入倉溫度在18℃～20 ℃，已超出規(guī)范要求的入模后混凝土最大溫升值（不宜超過50 ℃的標(biāo)準(zhǔn)）。受粗細(xì)骨料生產(chǎn)工藝粗糙、質(zhì)量不穩(wěn)的影響，設(shè)計(jì)配合比調(diào)整空間受限，加上骨料預(yù)冷等措施受混凝土生產(chǎn)規(guī)模限制，成本過高，均未采用風(fēng)電場基礎(chǔ)混凝土生產(chǎn)。在無法實(shí)施常規(guī)溫控措施的情況下，只能通過提高混凝土的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，以達(dá)到混凝土防裂的要求。

2.2 大風(fēng)天氣影響?zhàn)B護(hù)質(zhì)量

山地風(fēng)電場多位于較高海拔的山脊上，風(fēng)速達(dá)10～20 m/s的大風(fēng)天氣較為常見，采用常規(guī)的覆蓋養(yǎng)護(hù)難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)。針對惡劣的自然條件，雖然承建單位采取了壓蓋的方法，但毛氈、薄膜仍會被吹翻，造成基礎(chǔ)混凝土大面積外露，加上專職養(yǎng)護(hù)人員盯守不到位，沒有配備專用水車，難以做到保溫保濕連續(xù)養(yǎng)護(hù)，這是混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫和溫度裂縫的主要原因。

2.3 臺柱梁體側(cè)面無法覆蓋

梁板式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)不同于墩式基礎(chǔ)，混凝土表面難以做到全覆蓋養(yǎng)護(hù)。為了能對臺柱體和梁體側(cè)面進(jìn)行全覆蓋養(yǎng)護(hù)，參建各方商討采取了掛草簾遮蓋、在土工膜上打混凝土釘固定、晚拆模板等方法，但受大風(fēng)影響，覆蓋材料不久就被吹散、扯破;對于模板保溫保濕養(yǎng)護(hù)，在冬季混凝土表面和大氣溫差達(dá)到35 ℃以上，遠(yuǎn)超出規(guī)范要求，且不利于模板周轉(zhuǎn)，影響工效，養(yǎng)護(hù)質(zhì)量不佳。

2.4 溫控難達(dá)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)常規(guī)覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，特別是在冬季施工，混凝土表里最大溫差34 ℃，表面和大氣溫差達(dá)到39 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范要求。

根據(jù)上述分析，在山地風(fēng)電場建設(shè)中，受自然條件限制，采用常規(guī)的覆蓋養(yǎng)護(hù)方法，難以達(dá)到規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)，這是基礎(chǔ)混凝土表面出現(xiàn)裂縫的主要原因。根據(jù)對3個(gè)基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后的裂縫調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)底板、梁頂表面及臺柱杯口等部位裂縫集中，數(shù)量達(dá)13～18條/基，縫寬在0.2～0.6 mm，屬于有害裂縫范圍，長期發(fā)展會對風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)耐久性造成極為不利的影響[3]。

3 雙覆蓋保溫保濕養(yǎng)護(hù)方案的確定

針對風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土養(yǎng)護(hù)方法不能適應(yīng)實(shí)際需要而引起混凝土表面產(chǎn)生裂縫的問題，經(jīng)參建各方多次商討研究，并結(jié)合風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式和實(shí)際自然條件，在原來養(yǎng)護(hù)方式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善，以達(dá)到連續(xù)保溫保濕養(yǎng)護(hù)的設(shè)計(jì)要求，并實(shí)施規(guī)范要求的混凝土表里溫差、表面與大氣的溫差標(biāo)準(zhǔn)。具體方法如下。

（1）混凝土初凝前，在基礎(chǔ)底板、梁體和臺柱頂面先覆蓋一層薄膜;初凝后在薄膜上面再覆蓋一層土工膜毛氈或廢棉被，并充分灑水濕潤。

（2）在臺柱和梁頂布置花管長流水噴灑。

（3）根據(jù)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形狀尺寸，用防雨帆布定制成帳篷式養(yǎng)護(hù)罩，對基礎(chǔ)進(jìn)行整體覆蓋，四周用繩子拉綁固定。具體見圖1～2。

上述方法即為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)雙覆蓋保溫保濕養(yǎng)護(hù)法，較好落實(shí)了連續(xù)保溫保濕養(yǎng)護(hù)的設(shè)計(jì)要求，且將混凝土表面和大氣溫差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，有效解決了冬季混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量問題。雙覆蓋養(yǎng)護(hù)效果詳見圖3～4，對混凝土內(nèi)部、表面、篷內(nèi)外溫度進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)與分析。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析情況，在澆筑完2 d后，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土內(nèi)部達(dá)到峰值溫度65 ℃左右，混凝土表面溫度在46 ℃，篷內(nèi)氣溫25 ℃，外界氣溫在9 ℃以下。帳篷的保溫作用在一定程度上提升了混凝土的表面溫度，使混凝土里表溫差控制在規(guī)范要求的25 ℃以內(nèi);混凝土表面和大氣環(huán)境溫差控制在20℃左右，有效避免了溫差超標(biāo)引起的溫度裂縫。

4 效果評價(jià)

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土采用雙覆蓋保溫保濕養(yǎng)護(hù)的方法，有效解決了高山大風(fēng)天氣對常規(guī)養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的不利影響，并借助帳篷內(nèi)混凝土自身散發(fā)的熱量，形成蒸汽養(yǎng)護(hù)效應(yīng)（實(shí)測帳篷內(nèi)濕度最大為83%）;帳篷的封閉作用使混凝土表面與大氣隔離，可充分利用其自身散發(fā)的熱量形成保溫作用，使其表面和大氣（帳篷內(nèi)）溫差控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi);有效彌補(bǔ)了山地風(fēng)電建設(shè)中，因工藝和常規(guī)溫控措施受成本控制難以實(shí)施的不足，如風(fēng)冷、水冷或冬季骨料加溫等。該養(yǎng)護(hù)方法可操作性強(qiáng)，能有效提升混凝土的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，值得推廣。根據(jù)對后續(xù)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土表面裂縫的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，未再發(fā)現(xiàn)有裂縫產(chǎn)生[2～4]。

5 結(jié) 語

高山風(fēng)電建設(shè)屬國家提倡的新能源工程。目前技術(shù)成熟，建設(shè)規(guī)范不斷完善，但在土建施工上普遍工藝粗糙，特別是對風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)大體積混凝土質(zhì)量的控制不夠，沒有從根源對基礎(chǔ)裂縫進(jìn)行分析，并明確具體措施，多數(shù)僅做表面處理，嚴(yán)重影響基礎(chǔ)混凝土的耐久性。

受投資成本控制和單個(gè)風(fēng)電場混凝土總方量僅約1萬m3等的限制，砂石骨料多由小砂石加工廠生產(chǎn)，工藝粗糙，骨料級配和含泥量等指標(biāo)不穩(wěn)定。多采用普通硅酸鹽水泥代替低熱水泥;基本未采取大體積混凝土生產(chǎn)該有的溫控措施，使混凝土生產(chǎn)、澆筑質(zhì)量難以得到保證。實(shí)際上，可通過養(yǎng)護(hù)來彌補(bǔ)其質(zhì)量上的不足，但受條件限制，多數(shù)風(fēng)電場養(yǎng)護(hù)流于形式，存在無人值守、無養(yǎng)護(hù)灑水專用車、隨意覆蓋等問題。

在對多座高山風(fēng)電場基礎(chǔ)混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量及裂縫情況調(diào)查的基礎(chǔ)上，提出雙覆蓋保溫保濕養(yǎng)護(hù)法。經(jīng)正江嶺風(fēng)電場工程試用和結(jié)果分析，該法可較好提升高山風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，保障風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)使用耐久性。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 陳輝，韓芳垣. 大體積混凝土溫度裂縫的成因分析及控制措施[J]. 混凝土，2006（2）：35-37.

（編輯：唐湘茜）