王 凡

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽 550081)

目前，我國山地風(fēng)電場的塔筒和混凝土基礎(chǔ)的連接方式主要采用基礎(chǔ)環(huán)連接，混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)的施工質(zhì)量是決定上部風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。風(fēng)電場基礎(chǔ)混凝土施工現(xiàn)場易出現(xiàn)以下狀況：① 基礎(chǔ)混凝土質(zhì)量缺陷，以2 000 kW的風(fēng)機(jī)為例，基礎(chǔ)混凝土的單次連續(xù)澆筑方量一般在400 m3左右，由于混凝土澆筑方量較大，且施工環(huán)境復(fù)雜，在施工時(shí)極易出現(xiàn)施工冷縫分層、混凝土內(nèi)部不密實(shí)或空洞、蜂窩麻面、混凝土強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求等質(zhì)量缺陷；② 基礎(chǔ)環(huán)下法蘭位置澆筑不密實(shí),由于預(yù)埋的基礎(chǔ)環(huán)下法蘭較寬(0.5 m左右)，下法蘭和基礎(chǔ)墊層的連接為倒“T”形，且周邊鋼筋較密集，在進(jìn)行混凝土澆注施工時(shí)，下法蘭部位易出現(xiàn)不密實(shí)或脫空區(qū)；③ 鋼筋間距和保護(hù)層厚度不滿足設(shè)計(jì)要求,風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土配筋量大，且多為變階斜面或弧面，鋼筋間距及保護(hù)層厚度施工易不滿足設(shè)計(jì)要求，從而影響基礎(chǔ)受力[1]。

筆者在總結(jié)多個(gè)風(fēng)電場基礎(chǔ)混凝土檢測成果的基礎(chǔ)上，提出了一整套風(fēng)電場基礎(chǔ)混凝土質(zhì)量檢測方法，主要包含：混凝土質(zhì)量外觀檢測、混凝土強(qiáng)度檢測、臺柱體密實(shí)度檢測、基礎(chǔ)環(huán)脫空檢測、基礎(chǔ)環(huán)下法蘭密實(shí)度檢測、塔筒振動(dòng)監(jiān)測等，上述方法可為國內(nèi)同行業(yè)者提供借鑒。

1 混凝土質(zhì)量外觀檢測

基礎(chǔ)混凝土外觀檢測可參照標(biāo)準(zhǔn)GB 50204-2015對混凝土進(jìn)行檢測，主要包括以下幾個(gè)方面：① 記錄混凝土表面的露筋、蜂窩、孔洞的特征；② 對發(fā)現(xiàn)的裂縫進(jìn)行測量與記錄，主要包括裂縫的位置、長度、寬度、形態(tài)和數(shù)量等；③ 對基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)混凝土的結(jié)合部位是否脫開、防水材料是否損壞、附近混凝土是否壓壞等進(jìn)行檢測，對損壞狀況和再利用的可行性進(jìn)行初步判定。除此之外，還可對基礎(chǔ)混凝土進(jìn)行高清三維全景成像，生成與基礎(chǔ)混凝土大小、顏色、結(jié)構(gòu)特征一致的實(shí)景模型，為后續(xù)的檢測監(jiān)測提供初始對比資料。圖1為某風(fēng)電場基礎(chǔ)混凝土三維全景成像結(jié)果，其精度可達(dá)到1 mm。

圖1 某風(fēng)電場基礎(chǔ)混凝土三維全景成像結(jié)果

2 混凝土強(qiáng)度檢測

通過對多個(gè)風(fēng)電場資料的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)風(fēng)電場混凝土質(zhì)量事故的起因都為混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)。這是由于風(fēng)電場的施工存在點(diǎn)多面廣、施工道路崎嶇、混凝土澆筑運(yùn)輸不便、山地氣候不穩(wěn)定、拌合站管理不規(guī)范等影響因素?；炷翉?qiáng)度檢測可采用回彈法、超聲回彈法、鉆芯法等。在進(jìn)行強(qiáng)度檢測時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注臺柱體部位，而如需對混凝土基礎(chǔ)取芯進(jìn)行強(qiáng)度檢測，可選取下承臺擴(kuò)展基礎(chǔ)部位，以免破壞更多的鋼筋。

3 鋼筋間距和保護(hù)層厚度檢測

鋼筋間距和保護(hù)層厚度檢測可參照標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 152-2008。除規(guī)程中所列的電磁感應(yīng)法、雷達(dá)法外，三維超聲成像技術(shù)也能較好地對鋼筋間距和保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測。該方法具有測試連續(xù)性好、強(qiáng)度高、辨識度清晰等優(yōu)點(diǎn)。圖2為某風(fēng)電場鋼筋間距和保護(hù)層厚度超聲檢測結(jié)果。

圖2 某風(fēng)電場鋼筋間距和保護(hù)層厚度超聲檢測結(jié)果

4 臺柱體混凝土密實(shí)度檢測

臺柱體部位由于結(jié)構(gòu)鋼筋極多，在施工時(shí)混凝土易出現(xiàn)蜂窩麻面、空洞、露筋、分層冷縫等結(jié)構(gòu)缺陷，圖3為某風(fēng)電場臺柱體部位的缺陷照片。筆者在總結(jié)多個(gè)風(fēng)電場混凝土缺陷檢測的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的臺柱體基礎(chǔ)環(huán)外側(cè)混凝土內(nèi)部缺陷超聲波質(zhì)量檢測方法。該檢測方法具有檢測效率高，對混凝土不造成損害，檢測結(jié)果直觀、可靠等優(yōu)點(diǎn)。

圖3 某風(fēng)電場臺柱體部位的缺陷照片

臺柱體基礎(chǔ)環(huán)外側(cè)混凝土密實(shí)度超聲檢測測線布置方式如圖4所示，發(fā)射換能器安置于臺柱頂面，緊挨基礎(chǔ)環(huán)，接收換能器布置于臺柱側(cè)面底部及中部，沿臺柱體測試1周，測點(diǎn)距離為5 cm。換能器和混凝土之間采用黃油進(jìn)行充分耦合，對測得的波速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，求得其標(biāo)準(zhǔn)差和臨界值，當(dāng)某一測點(diǎn)的波速小于臨界值時(shí)，可認(rèn)定該部位存在異常缺陷。采用該方法對某事故風(fēng)機(jī)進(jìn)行超聲檢測，結(jié)果如圖5所示，結(jié)果顯示存在3處異常缺陷。

圖4 臺柱體基礎(chǔ)環(huán)外側(cè)混凝土密實(shí)度超聲檢測測線布置方式示意

圖5 某風(fēng)機(jī)臺柱體基礎(chǔ)環(huán)外側(cè)混凝土密實(shí)度超聲檢測結(jié)果

5 基礎(chǔ)環(huán)脫空檢測

國內(nèi)大部分風(fēng)電場風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理念是：基礎(chǔ)環(huán)由鋼筋混凝土進(jìn)行包裹，基礎(chǔ)環(huán)壁與表面混凝土距離一般在1 m以上。如何在不破壞基礎(chǔ)混凝土的前提下對基礎(chǔ)環(huán)脫空進(jìn)行檢測是個(gè)難題，國內(nèi)外許多學(xué)者對此進(jìn)行了研究[2]，但從檢測結(jié)果看，均不是太理想。筆者在進(jìn)行了多種方法的重復(fù)試驗(yàn)后，提出了采用全斷面相控陣三維超聲成像檢測方法對混凝土進(jìn)行檢測。

全斷面相控陣三維超聲成像檢測方法采用三維網(wǎng)格化測試方式，分別在臺柱側(cè)面底部、中線、頂部布置3條測線，基礎(chǔ)環(huán)脫空三維超聲成像檢測測線布置方式示意如圖6所示，沿圓的周長方向測點(diǎn)距離為0.2 m，測試方向垂直于臺柱側(cè)面，由于該方法為聲波反射法，因此只需要一個(gè)檢測面。當(dāng)混凝土同基礎(chǔ)環(huán)接觸部位存在脫空時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)反射。

圖6 基礎(chǔ)環(huán)脫空三維超聲成像檢測測線布置方式示意

某風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)環(huán)外部與混凝土基礎(chǔ)分離，裂縫最寬處約25 mm(見圖7)，基礎(chǔ)環(huán)水平最大高度差為100 mm，首節(jié)塔筒軸線傾斜度為40′54″。采用全斷面相控陣三維超聲成像方法檢測基礎(chǔ)環(huán)側(cè)面脫空的結(jié)果如圖8所示，由圖8可明顯發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)環(huán)脫空處的異常缺陷。

圖7 某風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)環(huán)與混凝土基礎(chǔ)分離照片

6 基礎(chǔ)環(huán)下法蘭密實(shí)度檢測

風(fēng)機(jī)混凝土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的“凸”形結(jié)構(gòu)使得基礎(chǔ)環(huán)下法蘭密實(shí)度檢測極為困難。在混凝土基礎(chǔ)澆筑前預(yù)先埋設(shè)好超聲測管，采用樁基聲波透射法檢測原理進(jìn)行檢測能解決上述難題。

當(dāng)某風(fēng)機(jī)下法蘭部位有兩個(gè)以上鉆孔時(shí)，在其中一個(gè)鉆孔內(nèi)倒入顏料，在其余鉆孔處進(jìn)行觀察，如果短時(shí)間內(nèi)其余鉆孔能觀測到顏料，則說明不密實(shí)存在連通性。圖9為某風(fēng)電場基礎(chǔ)環(huán)下法蘭密實(shí)度檢測結(jié)果，其中圖9(a)為鉆孔內(nèi)窺鏡檢測結(jié)果，可明顯發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)環(huán)下法蘭部位混凝土松散不密實(shí)，圖9(b)為在某一孔內(nèi)倒入顏料約1 min后，在另外一鉆孔內(nèi)觀察到的顏料。

圖9 某風(fēng)電場基礎(chǔ)環(huán)下法蘭密實(shí)度檢測結(jié)果

7 塔筒振動(dòng)監(jiān)測

由于在混凝土澆筑驗(yàn)收后,需要對臺柱頂面以下部位進(jìn)行碎石土回填，當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)電運(yùn)行后，如需對混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測則比較困難。筆者對某風(fēng)電場的試驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)了對塔身的偏振測試能有效反映基礎(chǔ)混凝土的狀況。

某風(fēng)電場基礎(chǔ)混凝土存在故障的風(fēng)機(jī)與無故障風(fēng)機(jī)塔筒偏移曲線如圖10所示，圖10(a)為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)環(huán)與混凝土基礎(chǔ)分離的風(fēng)機(jī)的偏移曲線，當(dāng)風(fēng)速為7.4 m·s-1時(shí)，在塔身高度(離地高度)33.8 m處的偏移已達(dá)150 mm左右，而基礎(chǔ)混凝土無故障的風(fēng)機(jī)在塔身高度34 m處的偏移不到35 mm。

圖10 某風(fēng)電場基礎(chǔ)混凝土存在故障的風(fēng)機(jī)與無故障風(fēng)機(jī)塔筒偏移曲線

8 結(jié)語

(1) 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土質(zhì)量檢測可包含：混凝土質(zhì)量外觀檢測、混凝土強(qiáng)度檢測、鋼筋間距和保護(hù)層厚度檢測、臺柱體混凝土密實(shí)度檢測、基礎(chǔ)環(huán)脫空檢測、基礎(chǔ)環(huán)下法蘭密實(shí)度檢測、塔筒振動(dòng)監(jiān)測等。其中前3項(xiàng)為規(guī)范明確的驗(yàn)收項(xiàng)目，后4項(xiàng)可作為缺陷調(diào)查的檢測項(xiàng)目。

(2) 對風(fēng)機(jī)混凝土進(jìn)行三維全景成像，生成與基礎(chǔ)混凝土大小、顏色、結(jié)構(gòu)特征一致的實(shí)景模型，可為后續(xù)的檢測監(jiān)測提供對比資料。

(3) 臺柱體基礎(chǔ)環(huán)外側(cè)混凝土內(nèi)部缺陷可采用超聲檢測，測線布置采用對角斜側(cè)方式能全面檢測臺柱體部位的混凝土澆筑質(zhì)量。

(4) 三維超聲成像檢測法能對基礎(chǔ)環(huán)接觸部位的脫空缺陷進(jìn)行有效識別。

(5) 通過鉆孔及聯(lián)通試驗(yàn)，可有效檢測基礎(chǔ)環(huán)下法蘭周邊混凝土不密實(shí)情況。

(6) 對塔身的偏振測試能作為定檢項(xiàng)目，有效反映基礎(chǔ)混凝土的狀況。