浅析某风电场风机基础混凝土破损原因与处理措施

浅析某风电场风机基础混凝土破损原因与处理措施
发布时间：2021-07-09T16:48:33.573Z 来源：《当代电力文化》2021年3月第7期作者：左树全
[导读] 某风电场现场人员在检修机组时发现风机基础混凝土内外小部分混凝土破损，多处出现径向裂纹，基础台混凝土与基础环之间出现缝隙且有灰色细灰浆翻出
左树全
（中国水电顾问集团风电张北有限公司，河北省张北县 076450)
[摘要] 某风电场现场人员在检修机组时发现风机基础混凝土内外小部分混凝土破损，多处出现径向裂纹，基础台混凝土与基础环之间出现缝隙且有灰色细灰浆翻出。

本论文主要针对此次风机基础环混凝土翻浆、裂缝等问题进行分析研究，找出问题产生原因，通过对基础环纠偏、加强防水、高强度环氧注浆修复裂缝等方式对该台风机基础进行消缺处理，并对后期运维工作提出合理性建议。

[关键词] 风机基础；混凝土；裂缝；翻浆。

引言:风电场位于河北张家口坝上百万千瓦风电示范基地，平均海拔1400米，总装机容量199.5MW。

基础出现问题风机机型为华锐SL1500-
82，于2013年9月建成并网发电，截至2019年11月，该机组已连续安全运行超过6年，此次风机基础出现破损、裂缝和翻浆现场，在整个风电场运行过程中属于首次，所以，在分析问题产生原因的同时，也可通过重点巡查，预防其他机组出现类似情况。

1 风力发电机组情况介绍
1.1 风机基础介绍
该台机组机型为华锐SL1500-82，风机轮毂高度70米，机组功率1500kW，风机基础设计级别为2级，结构安全等级为二级，设计使用年限50年，抗震设防类别为丙类，混凝土设计强度等级为C35，垫层混凝土等级为C20，采用天然地基。

风机基础底部混凝土直径为16.6米，上部混凝土直径为6.204米，采用基础环形式，基础环直径4.004米。

1.2 问题介绍
2019年11月21日，风电场检修人员在检修该台机组时，发现风机基础环与混凝土之间出现较大间隙，间隙内有水泥翻浆现象，基础环外侧西北方向和对策东南方向有混凝土破损现象，进一步检查发现，基础环内侧与外侧对应位置，也同样发现了混凝土破损现象。

在后期经过设计院的专业详细检测，共发现27处混凝土裂缝缺陷（基本为径向），2处大范围脱空区域，基础环内侧有翻浆和混凝土破损现象。

1.3 环氧类化学灌浆材料介绍
环氧类化学灌浆材料具有较高的粘接强度和防渗特性，可渗入0.2mm混凝土裂缝和微细缝隙内，无毒、热量低且操作方便，能够承受65MPa及以上压力，可作为理想的混凝土补强加固材料使用。

2缺陷产生原因分析
2.1 基础防水性能不满足要求
由于风机基础与混凝土之间的防水涂层和防水材料发生损坏时，就无法实现阻挡水份进入，当雨水或地下水进入风机基础混凝土和钢环之间的间隙，再加上基础钢环的轻微自振，在水、混凝土和钢环之间容易由于摩擦而产生粉末，形成湿磨效应，进一步加大混凝土基础与法兰环磨损，逐步增加基础环与混凝土之间间距，最终导致晃动间隙过大，挤破风机基础混凝土或产生裂缝。

当机组在橙承受360度载荷的作用下，使混凝土粉沫与水形成稠状物挤压冒出基础外(我们称之为翻浆现象)，放大并加剧上述现象。

2.2 基础环与混凝土之间间隙增大
风力发电机组基础环与混凝土基础台应是一个钢筋混凝土整体组合结构，但是，在实际设计和施工过程中，受到混凝土浇注应力、混凝土自收缩、法兰环与混凝土不同材质的温缩差、环形结构等各种因素影响，在基础混凝土基础台和基础环之间无法避免的产生超出正常值的微量间隙，间隙在防水层破坏、基础环轻度自振等外在因素的影响下逐渐增大，甚至会造成钢性基础环与混凝土基础台的研磨，最终导致灰浆翻出，间隙增大。

2.3 机组运行载荷长期作用
风力发电机组结构高大，在设备运行过程中，受到动载、风载等力的综合作用，使结构产生自振并传导至结构基础部分。

在机组载荷的长期作用下，机组会产生变形和自振，钢结构基础环与混凝土结构产生摩擦，加大钢环与混凝土间隙，导致翻浆和更大的间隙产生。

3 解决措施
分别沿塔筒门外侧4m和7米以及塔筒内侧钻取混凝土芯样，将三组芯样试件在室内试验机上进行抗压强度检测，检测结果表明，最大强度为66.8MPa,最小强度为61.5MPa,满足C35混凝土设计强度要求。

所以，为解决该台机组上述问题，计划从以下几个方面开展消缺处理工作。

3.1基础环纠偏
将风力发电机组基础环沿水平方向均匀测点（每60度一个点，共6个点），安装感应监测端头，并做好标记和数据记录，监测点位于基础环焊缝处，准确判断出基础环倾斜的方向。

依据水平度测量结果，确定基础顶升点和固定点。

通过控制千斤顶力度和行程，对基础环进行纠偏处理，最终将基础环水平度调整至满足偏差允许范围内即可。

在施工过程中，通过加装在基础环内外监测探头，对基础环水平度进行实时监测，若出现偏差时，即可通过千斤顶及时进行纠偏处理。

纠偏过程中注意检查基础环与千斤项受力情况，观察基础环是否有异常，否则立即停止，查明原因后再继续。

3.2高压环氧注浆恢复风机基础整体性
对于基础环与混凝土基础台之间的间隙，采用专用特长钻头，沿基础环外部计算好角度，用钢筋探测器避开钢筋网，沿塔筒外圈，距离基础环壁100mm——250mm处按一定间距（6-8个）垂直风机基础成孔。

在基础环内侧斜向均匀钻孔，最终机械成孔布置应能能确保注满基础环和基础台混凝土之间的间隙，使塔筒与基础达到整体刚性组合，同时做好成孔的防护工作。

钻孔完成后，首先用鼓风机吹出孔和缝隙之间的灰尘，然后向孔内注入高压清水反复清洗至无砂石出现，烘干后采用内窥镜进行检查，合格后向已机械成孔好的孔内设注、溢浆嘴，待注浆嘴浆液强度合格后，用高强环氧注浆法对裂缝进行修复。

在环氧注浆时，应先对基础环外部裂缝进行修复，基础环外部修复24小时后方可开展基础环内部注浆工作。

在整个修复过程中，要确保浆液有效填充到混凝土裂
缝当中，直至浆液饱和无法注入为止，最后做好养护、检测和验收工作。

对于有可见的明显裂缝部位，按照30cm的间距骑缝安装注浆嘴，并进行注浆封堵，待8-12小时注浆嘴强度达到要求后可进行正式注浆修读裂缝。

3.3 基础环与混凝土之间加强防水
沿基础环在混凝土台一周切割宽30mm、深度20mm的槽，清除槽内杂质，打磨掉之前的防水层，用高压水进行表面清洗，清除表面浮沉和灰渣，待槽内彻底干燥后，在开凿好的槽内镶嵌柔性止水材料。

同时，沿基础环外侧涂刷底涂和高性能封闭材料，粘贴网格布，继续涂刷封闭材料，直至裂缝处封闭材料厚度达到3mm以上即可。

刷防水涂层，阻止雨水等下渗。

3.4加强运行管理
加强其他运行机组的巡视和检查力度，重点对基础开裂、防水破坏、基础沉降等加强管理，及时修复破坏的防水涂层，定期做好基础沉降观测，建立每台机组运行台账，降低缺陷发生概率。

4 结束语
通过此次风机基础缺陷总结发现，基础防水对风机有非常重要的作用，防水不仅关系到基础的耐久性，还能直接影响到基础的结构安全性。

在机组正常运行过程中，我们要做好设备巡视运维工作，认真开展防水修复、故障处理、沉降观测等工作。

参考文献
(1)期刊论文。

康明虎. 某风电场风机基础故障分析及处理. 可再生能源, 2014,06期.
(2)技术标准。

风电机组地基基础设计规定. FD003-2007.
(3)电子文献。

主要责任者. 张北电厂华锐#77机组基础灌浆加固维修服务施工组织设计及专项施工方案: [施工方案]. [2020,06].公司内部施工方案.。