【摘 要】 对于基础环式风电机组基础，塔筒和主机载荷通过基础环传递给基础。基础环作为预埋在基础混凝土内部的钢制部分，是基础和钢塔连接的过渡构件，也是钢塔筒与基础连接的关键构件。而基础环与基础主体混凝土连接部位存在刚度突变，在长期交变载荷的作用下，基础环附件的混凝土存在疲劳破坏的风险。
【关键词】 基础环 基础混凝土 载荷 疲劳
引言
我国风电装机规模不断扩大，随着大型风电场的陆续建成投产，风电场因风电机组基础问题造成的事故不断出现，很多机组的基础环与混凝土基础承台接缝处喷浆，基础承台上表面及侧面出现开裂现象。
1. 案例研究
某风电场于2015年投入正常运营，装机规模为4.8万千瓦，单机容量为2MW。运行5年后，多台机组出现基础环与混凝土基础承台接缝处喷浆，基础承台上表面及侧面开裂现象。选取其中一台机组检测如下：
根据现场查勘，该风机基础门洞附近，在基础环外侧存在混凝土表层破碎带，通过敲击可推断该破碎带长1.06m（沿环向），宽0.7m（沿径向）；门洞顺时针180度位置，风机基础环外侧存在混凝土表层破碎带，通过敲击可推断该破碎带长1.0m（沿环向），宽0.6m（沿径向）。钢塔筒外侧与基础混凝土之间的防水胶条开裂、脱落、缺失。详见图1。
图1：风机混凝土开裂情况
参照《雷达法检测建设工程质量技术规程》（DGJ32-TJ79-2009）结合检测现场条件，对基础承台顶面和基础环内部沿塔筒壁进行检测。采用400MHz 天线沿测线进行顺时针方向检测，基础承台表面检测线、基础环内部测线布置如图2 所示。
图2：雷达检测区域示意图
对现场采集的雷达数据进行处理，得到的是有横纵坐标的二维图像，横坐标为雷达天线测距轮沿测线行走时，雷达天线所扫描的位置，起点为零、单位为米；纵坐标向下，为雷达探测的深度，单位为米。雷达检测结果见图3~图5。
图3：风机基础内侧线雷达图
图4：风机基础外侧线雷达图
图5：塔筒内侧线雷达图
根据工程介质的雷达成像特征，排除各种杂波干扰，在检测图像上对目标物进行识别。在检测范围内，中浅层的混凝土较均匀。本工程基础环埋深约1.6m，在该深度附近受基础环下法兰的影响，存在较强的雷达波反射，局部存在不密实、分层、裂隙等情况，详见雷达图中圆圈标示的位置。
根据现场检测及综合分析，认定该机组基础环与混凝土间已产生破裂带，基础环下法兰处形成空腔，存在严重安全隐患。
2. 原因分析
2.1 风机基础受力特点
对于采用基础环连接方式的风电机组基础，基础环为一厚壁钢筒，可以视为一个刚体，其弹性模量与混凝土差别较大。基础环埋入混凝土的部分是一个刚形结构，而整个塔筒又是一个柔性体，在基础环和混凝土之间就形成了一个应力集中部位，如果基础在这个部位有缺陷，就很容易造成疲劳破坏。
2.2 混凝土基础破坏原因
基础法兰环与底端基础台是一个钢筋混凝土整体组合结构，受工程结构特点，在基础大体积混凝土浇筑过程中度应力、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组合无法避免的使法兰与混凝土之间产生微量间隙。在基础环外侧与基础混凝土之间的防水层被破坏后，雨水（泠凝水）会渗入塔筒内或基础缝内，在风的动力荷载作用下，基础环下法兰附近的混凝土受到反复地挤压和受拉而破碎、开裂。在长期的疲劳荷载和水的共同作用下，基础环周边的混凝土进一步磨损，混凝土被挤压碾碎呈粉末状，并被雨水带出，导致部分塔筒内、外出现泛浆现象，该泛浆现象随着时间推移将进一步加剧基础环受力结构恶化，随着泛浆量加大，刚结构基础环与混凝土基础结构间隙将不断扩大，基础进一步地恶化。
3. 修复措施
对于大型混凝土结构修复，业内有比较成熟的方案。一般选用对基础混凝土内部空腔进行注浆处理。注浆步骤可分为孔位布置、钻孔、埋管、灌前检查、化学灌浆、表面恢复等几个步骤。灌浆材料要求渗透空隙0.1mm，故钻孔采用垂直钻孔方案，钻孔至基础环下法兰面边缘，材料能渗透进不密实区域。成孔后用空压机进行通风试验，至少区域内有两个孔贯通。采用吸尘器，吸管伸至孔底，自下而上反复吸尘。利用内窥摄像头，检查钻孔内法兰三角区混凝土破裂情况及钻孔清洁度，同时采用充气法对结构内部及注浆孔连通性进行检测。钻孔内植入注浆管，采用镀锌铁管，至钻孔底部。注浆时最大压力设定0.5MPa，通过注浆孔输送到病害处，填满裂缝缝隙。在注浆过程中，安排专门人员在塔筒内部及承台外侧，进行实时观察，发现冒浆或混凝土原有裂缝变宽或者出现新的裂缝，立即停止注浆。最后对表面裂缝采用硅酮等材料进行防水处理。
4. 结论
引起风机基础大体积混凝土产生裂缝的因素较多，原因较复杂，往往是多种原因综合产生叠加效应导致混凝土结构物产生裂缝，而基础环与基础主体混凝土连接部位存在刚度突变，在长期交变载荷的作用下，基础环附件的混凝土也存在疲劳破坏的风险。因此，在风机基础大体积混凝土施工过程中，应从结构物设计、原材料、配合比、施工过程全方位、全过程的采取防裂措施，以确保风机基础的使用寿命和结构安全稳定。
参考文献：
[1] 《陆上风电场工程风机组基础设计规范》（NB/T10311-2019）.
[2]《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）.
[3] 《风电机组地基基础设计规范（试行）》 （FD003-2007）.
[4] 《雷达法检测建设工程质量技术规程》（DGJ32-TJ79-2009）.
作者：重庆海装风电工程技术有限公司技术部 刘俊
