劉剛偉

（中國安能集團第一工程局有限公司，廣西 南寧 530028）

0 引言

作為可再生能源，風力由于具有清潔無污染以及可再生優(yōu)點，因此得到廣泛關注，風機機組自重大，結構高度高并且常年經(jīng)受較大的水平風荷載作用[1]，使風機基礎承受的荷載既巨大又復雜，對基礎的穩(wěn)定性研究是保證風機正常運行的關鍵。由于修建在內(nèi)陸山地上的風電場其地基持力層的深度在剖面上分布不均，且土體性質(zhì)有較大差異，大部分基底揭示情況為土巖組合，因此針對這類情況進行穩(wěn)定性復核，再結合施工技術保證風電場正常建設和運營。

1 工程概況

該項目為龍源賓陽陳平風電項目，位于廣西省南寧市，其場地地貌特征為丘陵低山地形。規(guī)劃裝機容量為76.55MW，場內(nèi)共計16 座機位，風機基礎設計級別為甲級，結構安全等級定為一級，基礎采用現(xiàn)澆混凝土結構，為圓形重力式擴展基礎。項目場地土層情況為砂質(zhì)黏性土與花崗巖的結合土層。

2 穩(wěn)定性理論計算

2.1 荷載工況選擇

由相關規(guī)范[2]可知，作用在風機的基礎荷載可按類型分為永久、可變以及偶然荷載。該文將針對風機在正常使用狀態(tài)下的工況對組合地基的基礎穩(wěn)定性進行驗算，其中穩(wěn)定性包括抗傾覆與抗滑移2 種情況。荷載組合形式按承載能力極限狀態(tài)情況下的基本組合形式，各分項系數(shù)取值為1.0。該項目風機機型主要采用金風GWH171-5.3。其各項參數(shù)見表1。

表1 風機機組設備參數(shù)

參考設計圖紙與地勘報告，通過系數(shù)為1.0 的承載能力極限狀態(tài)情況下的基本組合計算，得到這次驗算中各荷載的取值大小，見表2。

表2 正常使用狀態(tài)下的工況荷載取值

2.2 基礎抗傾覆穩(wěn)定性驗算

在計算工況下的風機基礎抗傾覆穩(wěn)定性驗算如公式（1）~公式（3）所示。

式中：MS為抗傾覆設計值；MR為抗傾覆計算值；γ0為結構的重要性系數(shù)，此處取1.1，γd為結構系數(shù)，此處取1.6；hd為基礎埋深，由設計圖紙取3.4 m；R為風機基礎的半徑，由設計圖紙取9.6 m。

聯(lián)立公式（1）~公式（3），將表2 中的數(shù)據(jù)代入，其計算結果為49344 ＜146311，滿足公式（1）的不等式條件，風機基礎的抗傾覆穩(wěn)定性通過驗算。

2.3 基礎抗滑穩(wěn)定性驗算

當風機機組處于土巖結合地基上時，在自重及外力作用下其基礎與基底接觸面、

土層與巖層的分界面都可能發(fā)生相對滑動，針對基礎與基底接觸面的情況，其抗滑穩(wěn)定性驗算如公式（4）~公式（5）所示。

式中：FS為滑移動力設計值；FR為滑移動力計算值；γ0為結構的重要性系數(shù)，此處取1.1，γd為結構系數(shù)，此處取1.3；e為偏心距，由設計圖紙取3 m；f為基礎與基底接觸面的摩擦系數(shù)，由地勘報告取0.3 m。

聯(lián)立公式（4）~公式（6），將表2 中的數(shù)據(jù)代入，其計算結果為622 ＜5627，滿足公式（4）的不等式條件，風機基礎的抗滑移穩(wěn)定性通過驗算。

2.4 基礎穩(wěn)定性評判

風機基礎在正常使用狀態(tài)下的工況，荷載組合形式按承載能力極限狀態(tài)情況下的基本組合計算下基礎的抗傾覆穩(wěn)定性計算、基礎與基底接觸面的抗滑移穩(wěn)定性計算均滿足規(guī)范要求，在該情況下基礎穩(wěn)定性滿足要求。

3 基礎施工質(zhì)量控制措施

3.1 基礎混凝土鋼筋質(zhì)量控制

鋼筋的制作與安裝搭接應嚴格按照設計要求進行施工，鋼筋制作完成后，對同一批次的鋼筋應進行抽樣調(diào)查，抽樣件數(shù)不少于同一批次數(shù)量的3%且不少于3 件。在對多層鋼筋進行綁扎固定的過程中，應在上下2 層之間用架立鋼筋進行固定，防止兩層鋼筋間產(chǎn)生移位與變形。應對底層鋼筋設置保護層，可采用混凝土塊保持鋼筋與基底的間距要求，面層鋼筋使用高于澆筑混凝土標號的預制砼塊或鋼筋進行有效支撐。鋼筋的間距與型號按設計圖紙進行，并在澆筑前對鋼筋進行檢查，所有的基礎鋼筋均不應接觸基礎錨栓，有不滿足規(guī)范要求的應及時返工調(diào)整。

3.2 基礎混凝土模板質(zhì)量控制

在模板安裝過程中應對高程與平面進行復測與校核，控制偏差不超過規(guī)范允許值，模板應具有一定的剛度與韌性，該項目模板采用定制的鋼模板進行施工。模板在安裝前，應檢查模板是否發(fā)生變形以及尺寸是否有偏差，對底部兩側模板的采用預埋的鋼管進行固定，模板間的連接使用法蘭，固定使用銷釘，為防止振搗過程中產(chǎn)生漏漿、跑漿現(xiàn)象，在法蘭與鋼模之間用止?jié){棉條對縫隙處進行封堵。對預埋部件的布置應按照要求進行[3]。

基礎混凝土澆筑完成后達到設計強度時才能進行模板拆除工作，拆模過程中應注意不要對混凝土產(chǎn)生損壞，先拆除非承重模板再拆除承重模板，在拆除的過程中應按順序進行作業(yè)，盡量不破壞模板，應該注意模板的存放及使用，盡量延長模板的使用壽命。拆除后應及時對現(xiàn)場進行清理，拆除后的模板應由專人進行保管存放。

3.3 基礎混凝土澆筑與溫控措施

基礎混凝土的澆筑質(zhì)量對結構的安全性影響巨大，同時由于基礎混凝土屬于大體積混凝土，在澆筑工序與混凝土裂縫的控制方面是一個難點，因此須針對澆筑作業(yè)以及澆筑溫度進行改進。

3.3.1 基礎混凝土澆筑

風機基礎混凝土屬于大體積混凝土，在澆筑時應分層進行，每層澆筑的混凝土高度宜在30 cm~35 cm，應分層振搗并進行抹平收光。振搗時應配置足夠的振搗棒，遵循快插慢拔的作業(yè)原則，振搗順序為先點后面，保證振搗均勻。振搗過程中的移動距離應控制在振搗棒作用有效半徑的1.5 倍內(nèi)[4]，一般取值在300 mm~400 mm。為控制分層澆筑時上下兩層間接縫可能出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，在振搗上層混凝土的過程中應插入下層混凝土面的50 mm 以下，兩層之間不會形成施工冷縫。振搗時應避開模板、鋼筋以及預留預埋的零部件，當對預留預埋的零部件周圍進行振搗時應排除澆筑過程中混入的氣體，當振搗棒無法滿足要求時應采用人工搗固的方法進行密實。

澆筑完混凝土后應對外表面進行抹面收光工序，將平板震動器在混凝土表面進行振搗，使表面未被振搗器振搗入混凝土的粗骨料進入混凝土內(nèi)，避免產(chǎn)生蜂窩麻面，并將表面振出浮漿。在基礎混凝土初凝前，使用長條形合金尺進行表面刮平，再使用木抹條進行打平。進行初次操作后，混凝土表面會沿鋼筋放置的位置出現(xiàn)收水裂紋，此時進行第二遍收光工作，使用滾筒刷對裂紋出現(xiàn)位置進行滾壓，再使用木抹條進行收光，使裂紋位置閉合。第三道抹平收光工序在基礎混凝土終凝前進行，此時，鋼筋位置可能會產(chǎn)生數(shù)道細小的裂紋，使用木抹條進行揉搓使裂紋閉合，最后再用鐵制平板進行抹光處理。如果在抹平收光后混凝土表面仍然有肉眼可見的裂紋，應使用環(huán)氧樹脂涂料對裂紋進行填充。

基礎混凝土澆筑完成后應進行拆模養(yǎng)護，養(yǎng)護采用的水源應與澆筑時的拌合水一致，并配置專員開展養(yǎng)護工作，養(yǎng)護期內(nèi)做好溫度檢測工作，并保證養(yǎng)護時間在14 天以上，強度達標后可進行基礎回填作業(yè)。

3.3.2 基礎混凝土溫控措施

由于基礎混凝土屬于大體積混凝土，因此混凝土的內(nèi)外溫差如果過大極易造成混凝土產(chǎn)生裂縫，因此在混凝土的澆筑與養(yǎng)護過程中須采取有效措施控制混凝土的內(nèi)外溫差。

基礎混凝土在底板澆筑過程中應安排人員埋設測溫管[5]，測溫管應與鋼筋進行牢固綁扎，避免在澆筑過程中產(chǎn)生移動或遭到損壞的問題。測溫管的位置應結合風機基礎的尺寸進行細分，布置點位應不少于4 處且沿基礎的軸線進行對稱布置。同一平面上沿著基礎的高度布置上、中、下三處溫度傳感器，其中最上面的點位主要是監(jiān)測混凝土表面的溫度，布置位置離混凝土表面的距離≤50mm，最下面的點位主要是監(jiān)測混凝土底面的溫度，位置控制在離混凝土底面50mm 以內(nèi)。結合該工程，測溫管共布置5處，測溫點進行等距布置。其位置示意如圖1 所示。

圖1 測溫管布置示意圖

布置好測溫管后，須安排專人對風機基礎按要求進行內(nèi)外溫差記錄，溫度監(jiān)測頻率為在澆筑后的7 天內(nèi)，每天測量次數(shù)應大于24 次，七天后頻率按每天6~8 次進行監(jiān)測，在澆筑時每班次測量澆筑時的溫度應大于2 次[6]。

3.4 基礎沉降監(jiān)測措施

風機基礎的沉降觀測是重要的安全性保障手段，其檢測時間應貫穿整個施工期與運營期，并因結合風電工程的實際情況布置水準點，調(diào)整觀測頻率。

3.4.1 水準點的布置方法

布置水準控制點應結合場地的地形和巖土性質(zhì)，該項目為滿足風機的沉降監(jiān)測需求，由于每臺風機相距均較遠，對每臺風機均設置2 個水準控制點，點位應離風機基礎10 m以上，每臺風機均應單獨觀測，沉降觀測點應均勻分布在風機基礎的平臺上，用直徑為22 mm 的三級鋼進行預埋，并與風機基礎的鋼筋進行焊接或綁扎，使其與結構連為一體，該項目沉降觀測點設為6 個，其位置布置示意圖如圖2 所示。

圖2 沉降觀測點布置示意圖

3.4.2 監(jiān)測頻率及要求

監(jiān)測過程中測量水準控制點到監(jiān)測點之間的高差時，應控制兩點距離在50 m 以內(nèi)，前后的視距差值控制在1m 以內(nèi)視線高度控制在0.55 m 以上，進行讀數(shù)時兩次讀數(shù)的差值控制在0.4 mm 以內(nèi)，讀數(shù)精度至0.01 mm。對風機的沉降觀測應按表3 進行。

表3 風機基礎沉降觀測頻率表

3.5 基礎與塔筒防水措施

基礎混凝土與塔筒之間的防水質(zhì)量對后期風機的使用壽命影響較大，結合該項目風機使用年限及防水要求，防水材料選用西卡（Sika）。該材料具有一定的柔韌性并且黏結力較強，還能再一定程度上防止開裂并且施工較為方便，能較好地應用在基礎與塔筒間的防水部位。止水分為三道工序進行防水作業(yè)。1）通過密封條進行第一道止水工序，密封條布置在基礎混凝土下50 mm 處，在防水作業(yè)前應對基礎的外表面進行清潔，防止有油污和雜物影響密封條的粘結效果，在基礎混凝土澆筑過程中應采取措施防止鋼筋觸碰到止水條的部位，如采用預制混凝土墊塊對鋼筋與密封條之間進行間隔作用。2）使用密封膏進行第二道止水工序，密封膏的位置在套筒底部與基礎混凝土的接縫部位，并在塔筒完成安裝后施作。應預留密封膏的凹槽，在基礎混凝土澆筑前須在塔筒外邊緣粘貼一道厚度為10 mm、寬度為20 mm 的橡膠條，該橡膠條應深入基礎混凝土內(nèi)20 mm，待基礎混凝土完成澆筑后，清除該橡膠條，使密封膏的凹槽得以成型，并對凹槽處進行清潔，保持凹槽的潔凈。當混凝土表面出現(xiàn)局部不平整或呈松散狀態(tài)時，應使用鐵刷進行處理，并使用泡沫棒進行填充，使斷面平整。3）采用防水涂料與瀝青防水膜進行第三道止水工序，在施工前同樣需要保持基礎混凝土與塔筒表面潔凈，在施工防水涂料前，應對基礎混凝土表面進行灑水潤濕，保證有效地粘結，但需要控制水量不應有明顯的水滴，防水涂料須經(jīng)過低速攪拌器進行攪拌，與水按比例混合后進行涂刷作業(yè)，瀝青防水膜的施工應等待防水涂料固化后才可以進行，一般等待時間在4h~8h。

4 結論

該文對丘陵山地地貌的風機基礎工程進行研究，通過理論計算針對風機在正常使用狀態(tài)下的工況對組合地基的基礎穩(wěn)定性進行驗算，進行了抗傾覆與抗滑移驗算后，得出基礎穩(wěn)定性滿足要求的結論。同時針對基礎施工中鋼筋工程、模板工程、混凝土澆筑與養(yǎng)護工程、防水工程提出質(zhì)量控制措施，保證基礎的施工質(zhì)量，也為以后風機上部結構的安裝工作奠定基礎。