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        風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)局部缺陷的原因分析及處理

        2021-06-30 10:14:44虞奇波陳攀
        科技風(fēng) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:開裂加固灌漿

        虞奇波 陳攀

        摘 要:風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)環(huán)是連接塔筒和基礎(chǔ)混凝土的關(guān)鍵部件,基礎(chǔ)環(huán)及周邊的混凝土是整個風(fēng)力發(fā)電機組運行中受力最大的區(qū)域。針對風(fēng)電場個別風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)環(huán)周邊表面混凝土局部開裂,且在基礎(chǔ)環(huán)底法蘭周邊混凝土出現(xiàn)局部不密實區(qū)的缺陷,本文闡述了出現(xiàn)此類現(xiàn)象的原因,并提出一種采用環(huán)氧樹脂灌漿方案進行修補加固的方案解決此類問題,并采用柔性連接的止水修補措施防止此類問題再次產(chǎn)生。

        關(guān)鍵詞:風(fēng)機基礎(chǔ);開裂;加固;灌漿;止水

        1 風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

        風(fēng)電場風(fēng)機基礎(chǔ)均為八邊形筏板基礎(chǔ),基礎(chǔ)外接圓直徑19.0m,中墩外接圓直徑7m,基礎(chǔ)底板厚0.35m,主梁寬度為1m,高1.5~3.2m,次梁寬0.60m,高1.2m,中墩高3.2m,單個基礎(chǔ)混凝土總量為306.4m3。風(fēng)機基礎(chǔ)混凝土強度等級為c35,墊層混凝土強度等級為c20。風(fēng)機基礎(chǔ)底部鋼筋保護層厚度為70mm,主梁底層主筋保護層厚度為120mm,次梁底層主筋保護層厚度為90mm,其余為50mm。風(fēng)機基礎(chǔ)頂面的基礎(chǔ)環(huán)外2m范圍內(nèi)鋪設(shè)山皮石。

        2 風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)出現(xiàn)的問題

        風(fēng)電場個別風(fēng)力發(fā)電機組塔筒內(nèi)混凝土表面存在不同程度開裂和破碎,局部有結(jié)水。塔筒外混凝土中墩表面與混凝土結(jié)合面止水措施受損,結(jié)合面出現(xiàn)縫隙,基礎(chǔ)環(huán)周邊表層混凝土輕微擠裂,經(jīng)雷達檢測,基礎(chǔ)環(huán)底法蘭與混凝土結(jié)合處存在不密實區(qū)。該現(xiàn)象隨著時間推移將進一步加劇基礎(chǔ)環(huán)受力結(jié)構(gòu)惡化,基礎(chǔ)環(huán)與混凝土基礎(chǔ)間的不密實區(qū)將不斷擴大,勢必對風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)及風(fēng)力發(fā)電機組安全造成嚴重影響,可能造成風(fēng)力發(fā)電機組傾倒的安全生產(chǎn)事故。

        3 此類問題的原因分析

        (1)風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)采用基礎(chǔ)環(huán)插入混凝土式塔筒結(jié)構(gòu),塔筒和混凝土在承載的過程中由于兩種材料的特性不同,變形不能協(xié)調(diào)一致,基礎(chǔ)環(huán)與混凝土間存在一定的微量間隙。(2)風(fēng)力發(fā)電機組為高聳結(jié)構(gòu)、其高度高、重量大、設(shè)備運行動載、風(fēng)載各種力的作用,使風(fēng)力發(fā)電機組不斷振動。振動由塔筒傳導(dǎo)到基礎(chǔ)環(huán),與基礎(chǔ)混凝土不斷產(chǎn)生摩擦,加大基礎(chǔ)環(huán)與混凝土間隙。(3)受充沛雨水侵蝕和臺風(fēng)影響,一旦風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)的止水層破損,雨水沿基礎(chǔ)環(huán)外壁進入基礎(chǔ)混凝土后不斷洗刷,基礎(chǔ)環(huán)與混凝土間隙進一步增大,引起基礎(chǔ)環(huán)周邊局部區(qū)域混凝土不密實,塔筒搖晃傳導(dǎo)至表面產(chǎn)生混凝土擠裂破碎。

        4 灌漿修補方案及漿料特性

        處理方案為采用高壓灌漿對基礎(chǔ)進行加固修補。灌漿材料選用高強度改性環(huán)氧樹脂,所用環(huán)氧樹脂必須符合《JC/T 1041-2007混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》行業(yè)標準要求。使用前進行配比試驗,取得相關(guān)的漿液參數(shù),注漿料抗壓強度必須高于風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)混凝土強度,并具有良好的滲透性。通過填充基礎(chǔ)鋼環(huán)與混凝土間已形成的間隙,使基礎(chǔ)環(huán)與混凝土粘結(jié)成一個整體。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的性能滿足風(fēng)力發(fā)電機組運行的長期耐荷要求,能起到以下效果:(1)能有效對間隙和不密實區(qū)進行填充;(2)采用的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠具較高的強度,并具有很好韌性、耐疲勞特性,能長期適用于風(fēng)力發(fā)電機組運行動載情況;(3)能使基礎(chǔ)鋼環(huán)與混凝土結(jié)構(gòu)有效粘結(jié),增強整體性和強度。

        5 施工方法

        5.1 施工工序

        機械鉆孔→清孔→孔干燥→埋管→高壓灌漿→養(yǎng)護

        5.2 施工工序操作方法

        (1)機械鉆孔。采用鉆桿接鉆頭的方法,沿基礎(chǔ)環(huán)計算好距離,且避開鋼筋網(wǎng),按約依次布置8個孔位,垂直向基礎(chǔ)環(huán)底部法蘭鉆孔,深度約1.7m(到達底部法蘭面)。

        孔位布置:外側(cè)基礎(chǔ)布置Ⅰ序孔4個,Ⅱ序孔4個。Ⅰ序孔與Ⅱ序孔間隔均勻布置,以直徑為4沒基礎(chǔ)環(huán)為例,計算可得8個孔間距為1.57m,放樣做好標記。先鉆Ⅰ序孔,鉆孔完成后若Ⅰ序孔相互貫通,則無需鉆Ⅱ序孔。若Ⅰ序孔相互不貫通,則繼續(xù)鉆Ⅱ序孔。基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)孔位根據(jù)外側(cè)注漿情況布置,若外側(cè)注漿時同內(nèi)側(cè)互竄,則無需鉆內(nèi)側(cè)孔,若不貫通,則一次均勻布置4個孔位。

        孔深:外側(cè)鉆孔至基礎(chǔ)下法蘭頂部,以筏板式基礎(chǔ)為例,深度約為中墩往下1.7m。內(nèi)側(cè)采用電鉆鉆斜孔,從中墩斜打至基礎(chǔ)環(huán)壁,垂直深度0.4m,漿液沿基礎(chǔ)環(huán)壁灌至缺陷部位。

        孔徑:外側(cè)采用51mm孔徑開孔,如碰鋼筋略微位移孔位,無法平移的則換用小鉆鉆孔。內(nèi)側(cè)采用電鉆鉆孔,鉆孔孔徑為25mm。

        (2)清孔。首先向孔內(nèi)灌注滿清水,然后將壓縮空氣持續(xù)灌入孔內(nèi)底部使其形成氣動水,在以上基礎(chǔ)上再用排水設(shè)備將孔內(nèi)水排出;通過以上循環(huán)清洗操作直至最后排出水為清水即為完成清孔。

        (3)孔干燥。將孔內(nèi)水全部抽干后,用鼓風(fēng)力發(fā)電機組持續(xù)向孔內(nèi)吹風(fēng),直至基礎(chǔ)環(huán)與混凝土間隙內(nèi)水分揮發(fā)干燥。

        (4)埋管。在已機械鉆孔好的孔內(nèi)埋設(shè)注、溢漿管,注、溢漿管分別采用一長一短兩根鋼管,捆綁好后伸入孔內(nèi),兩根鋼管頂端分別接好閥門,鋼管上部與孔間隙采用快干型環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠進行封堵。

        (5)高壓灌漿。按要求依次壓入調(diào)配好的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠,調(diào)配的原材料為A樹脂,B固化劑,兩者比例為2∶1,采用高壓注漿泵(2Mpa內(nèi))灌注入閥門內(nèi),環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠順孔由底部往基礎(chǔ)面方向灌注,期間若有孔位溢漿則將其注、溢漿管閥門關(guān)閉,直到灌注飽滿至所有孔的溢漿管都有出漿。此時已關(guān)緊所有孔位的注、溢漿管閥門,繼續(xù)注漿至內(nèi)外側(cè)基礎(chǔ)環(huán)與混凝土縫隙整圈出漿為止。若有不出漿區(qū)域,則將注漿位置調(diào)整至離其最近的孔位按上述方法繼續(xù)注漿。注漿期間,采用專業(yè)注漿記錄軟件記錄每段注漿時間和注漿量,便于后期分析。

        (6)養(yǎng)護。待灌漿完畢后須停機自然養(yǎng)護3天(一般漿料可于3天內(nèi)達到原混凝土強度),才可啟動風(fēng)力發(fā)電機組運行。

        6 加固效果

        (1)對加固后的風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)再次進行雷達檢測,報告顯示并未發(fā)現(xiàn)不密實區(qū)。

        (2)灌漿材料試塊硬化后,經(jīng)過抗壓檢測,強度達到60MPa,高于原基礎(chǔ)混凝土強度。

        (3)灌漿后風(fēng)力發(fā)電機組的自振頻率達到風(fēng)力發(fā)電機組廠家要求,并不小于0.4Hz,風(fēng)力發(fā)電機組振動監(jiān)測處于正常范圍。

        7 柔性連接的止水處理

        為確保風(fēng)力發(fā)電機組長期穩(wěn)定運行,避免雨水沿基礎(chǔ)環(huán)外壁進入基礎(chǔ)混凝土后不斷洗刷,引起基礎(chǔ)環(huán)周邊局部區(qū)域混凝土不密實,對基礎(chǔ)內(nèi)外側(cè)進行柔性連接的止水修補。

        7.1 基礎(chǔ)環(huán)外側(cè)止水修補

        (1)混凝土鑿毛?;A(chǔ)環(huán)外側(cè)混凝土面鑿毛,用鋼絲刷清除表面松散顆粒,并用壓縮空氣吹凈粉塵。

        (2)澆筑800mm寬、100mm厚的C40混凝土?;炷翝仓?,在塔筒外周粘貼一道厚10mm、寬大于30mm的橡皮條,粘貼在混凝土與塔筒的交接處,并深入混凝土30mm。待混凝土澆筑完成后,揭去該橡皮條,以形成一個10×30mm的預(yù)留槽。濕潤老混凝土表面,并保證混凝土表面無積水,然后先鋪一薄層的混凝土,來回刮抹三次,使混凝土內(nèi)的水泥漿充分浸透老混凝土表面,然后綁扎鋼筋,澆筑100mm厚混凝土層?;炷翝仓Y(jié)束后,用20mm厚的水泥砂漿找平。

        (3)聚氨酯密封膏止水施工。①澆筑的混凝土初凝后揭去預(yù)先粘貼的橡皮條。②用鐵刷刷除混凝土表面松散物,用壓縮空氣吹掃干凈,并清除油污。③槽內(nèi)填充Φ10mm的閉孔泡沫條(使得聚氨酯密封膏頂面和底面可以自由伸縮,不易損壞)。④縫內(nèi)(泡沫條以上)填充聚氨酯密封膏,填充時注意不得夾雜氣泡,填充完成后注意養(yǎng)護。

        (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厚自粘聚合物改性瀝青防水卷材,兩道防水卷材按照附圖二裁剪后粘貼,上下層防水卷材搭接的位置要求錯開,且要求裁剪縫位置居中錯開。防水涂料施工前,在基礎(chǔ)環(huán)周按附圖要求粘貼40mm寬的無紡?fù)凉げ迹ㄒ?guī)格400g/m2),局部幾個點稍加固定即可,保證防水材料在基礎(chǔ)環(huán)和混凝土交接處脫開自由,防水涂料和防水卷材施工完成后回填土覆蓋保護,并在基礎(chǔ)環(huán)周800mm寬范圍鋪走道磚。防水涂料和防水卷材的施工按照《屋面工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50345-2012)的要求施工。

        7.2 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)側(cè)止水修補

        (1)基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)側(cè)200mm寬度范圍基礎(chǔ)頂面抹15~35mm厚的防水砂漿層(摻建筑膠,下同),砂漿層周邊高中間低,坡向基礎(chǔ)中心的排水管;設(shè)備支架底部要求采用防水砂漿抹成60mm高、直徑150mm的饅頭形小墩子,以方便防水涂料的施工。

        (2)基礎(chǔ)頂面和塔筒交接處先綁一圈棉繩,再做10×10的三角形聚氨酯密封膏貼角。

        密封膏施工完成后涂兩道1.5mm厚合成高分子防水涂料,基礎(chǔ)頂面和塔筒壁上的涂層寬度均為200mm,密封膏和防水涂料之間土工布墊開。

        處理后的風(fēng)機基礎(chǔ)經(jīng)過長期觀察,并未出現(xiàn)表面開裂,滲水等現(xiàn)象,有效減避免了上述問題的復(fù)發(fā)。

        8 結(jié)論

        引起風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)環(huán)與混凝土出現(xiàn)間隙及表面開裂的主要原因為采用基礎(chǔ)環(huán)插入混凝土式塔筒結(jié)構(gòu),塔筒和混凝土在承載的過程中由于兩種材料的性能不同,變形不能協(xié)調(diào)一致,長期作用基礎(chǔ)環(huán)與混凝土界面防水止水措施損壞。當?shù)爻渑嬗晁治g和臺風(fēng)影響,雨水沿基礎(chǔ)環(huán)外壁進入基礎(chǔ)混凝土后不斷洗刷,引起基礎(chǔ)環(huán)周邊局部區(qū)域混凝土不密實,塔筒搖晃傳導(dǎo)至表面產(chǎn)生混凝土擠裂破碎。

        風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)加固修復(fù)的主要方法:對雷達檢測存在缺陷的風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)采用改性環(huán)氧樹脂高壓灌漿法進行加固修復(fù)。風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)加固灌漿的主要流程:機械鉆孔、清孔、孔干燥、埋管、高壓灌漿、養(yǎng)護。

        本次加固的主要作用是將基礎(chǔ)環(huán)與混凝土間的不密實區(qū)通過滲透性較好的高強度樹脂材料進行填充,改善風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)局部受力狀態(tài)。為確保風(fēng)力發(fā)電機組長期穩(wěn)定運行,避免雨水沿基礎(chǔ)環(huán)外壁進入基礎(chǔ)混凝土后不斷洗刷,引起基礎(chǔ)環(huán)周邊局部區(qū)域混凝土不密實,對基礎(chǔ)內(nèi)外側(cè)進行高標準止水修補,達到了較好的效果。

        參考文獻:

        [1]康明虎.某風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)故障分析及處理[J].可再生能源,2014,6:809-812.

        [2]汪宏偉.風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)環(huán)松動原因分析和注漿加固[J].中國安全生產(chǎn)技術(shù),2016,12(3):104-107.

        作者簡介:虞奇波(1988— ),男,漢族,浙江寧波人,本科,助理工程師,研究方向:新能源工程建設(shè)。

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