预应力锚栓风机基础混凝土灌浆加固处理浅谈

雷东

摘 要：结合工程实际，对张拉不合格的预应力锚栓风机基础混凝土，从预应力锚栓松动原因、处理思路和注意事项等方面进行分析，并提出处理方案。相关成果可为类似质量缺陷处理提供参考。

关键词：预应力；锚栓基础；张拉；风机；灌浆加固处理

中图分类号：TV543；TU47 文献标志码：A

近几年，风电建设发展迅速，从风机基础、塔筒到主机和升压站内设备都在不断优化创新。因便于安装、运输和后期维护更换，预应力锚栓风机基础已成为最常见的基础形式，但在浇筑过程中，如果质量控制不当，可能导致基础内部锚板、锚杆与混凝土结合不紧密，出现空洞等现象，后期预应力拉伸不合格，也可能使基础混凝土强度不达标，整个处理过程控制难度较大。单个基础造价较高，为保留整个基础，必须采取科学有效的措施对基础进行处理。

1 工程概述

某风电场共布置25台高原型2000-105风力发电机组，塔架高度80 m，采用现浇圆形钢筋混凝土扩展基础，基础主体混凝土设计强度为C40，采用反向平衡法兰、预应力锚栓组件与上部塔筒连接结构形式（见图1）。

预应力锚栓设计预拉力为440 kN（对应拉伸油压为52 MPa），实际拉伸验收中发现该风机30颗锚栓预拉力达不到设计值，具体为：

（1）外圈（共88颗）：1#～13#基础紧固值为66 MPa，松动值为20～30 MPa；17#、18#基础紧固值为66 MPa，松动值为40 MPa；86#～88#基础紧固值为66 MPa，松动值为50 MPa。

（2）内圈（共88颗）：1#～10#基础紧固值为66 MPa，松动值为20～30 MPa；11#、12#基础紧固值为66 MPa，松动值为40 MPa。

2 锚栓松动原因分析及处理思路

图2为风机基础锚栓松动俯视图。可知，松动锚栓具有成区域、连片出现的特点；部分锚栓松动值较低，且松动位置内外圈具有一致性，主要集中在1#～10#锚栓区域。

根据工程经验并结合理论分析，产生风机基础锚栓松动的原因主要有以下几个方面：预应力锚栓组件材料性能不满足要求；锚栓螺帽存在问题；基础混凝土存在缺陷。

根据风机基础锚栓松动的特点，基本可以排除预应力锚栓组件、锚栓螺帽大量存在问题的情况。为保险起见，可在松动区域选择拆除1～2颗锚杆与原设计长度尺寸进行比较，如无差别即可最终确定。结合相关工程处理经验，可以认为基础混凝土缺陷是造成预应力锚栓松动的主要原因。下锚板上部不密实混凝土以及锚栓所在区域附近混凝土裂缝应是基础加固处理的关键对象。

3 处理方案

3.1 处理原则

基础加固处理应遵循以下原则：

（1）尽量减少对基础及周围土体的破坏，对基础的承载性能不产生较大的影响。

（2）避免拆卸风机主机或塔筒等部件。

（3）加固时采用的灌注材料结石体（固结体）性能指标（如弹性模量）与基础混凝土尽量处于同一水平，避免在加固后产生较大的变形或在长期动荷载作用下产生破坏，风机基础不密实区域、裂缝扩展范围一旦灌注，后续将没有更好的手段再次进行处理。

（4）严格控制水泥基浆液水灰比。大水灰比下水泥基浆液有较好的流动性和可灌性，但会产生体积收缩、析水和分层等不利现象。

（5）避免全部采用环氧浆液进行填充灌注。基础混凝土标号为C40，其弹性模量应为25～35 GPa，常用环氧树脂凝胶体弹性模量一般在1.5 GPa以下，且大多在1.0 GPa左右，混凝土弹性模量是环氧浆液凝胶体弹性模量的10～20倍[1]，在长期压应力作用下，环氧胶凝体会产生长期变形，导致锚栓预应力松弛，尤其采用快速凝结、环氧含量较低的浆液配比时，该现象可能更为突出。

（6）在风机基础塔筒外壁外侧、内壁内侧钻孔，孔径20～35 mm，将待加固锚栓预应力解除后（螺帽不拆除），才能灌注浆液，以提高锚栓附近混凝土的承载性能。

（7）加固完成后，风机应具备尽快运行发电条件。

3.2 确定处理区域

为避免加固后混凝土仍存在不密实区、裂缝以及一段时间后锚栓预应力发生松弛[2] 现象，加固时需根据多次拉伸结果判断基础混凝土缺陷区域，对缺陷区域进行整体加固[3]，初步确定的该风机基础加固区域如图3所示。

3.3 孔位布置

考虑到风机基础松动锚栓区域内外侧部分可能存在缺陷混凝土，内外排控制性钻孔设在松动锚栓两侧，具体孔位布设如图4所示。

以上孔位为初步设计孔位，可根据现场灌注压力、灌注量进行孔位调整，对于高压下吃浆量较小区域可适当减少孔数，对于重点灌注区域应适当增加孔数，以保证加固效果。

由于风机电缆从下锚板下部穿出基础，在穿缆附近区域钻孔会对电缆造成潜在威胁，应根据电缆图纸确认电缆位置，尽量避开电缆，并在附近补孔。

3.4 钻孔

塔筒外部，场地较为宽阔，对钻孔施工无明显影响；塔筒内部，基础混凝土顶面与进塔门平台间净空较小，需拆除加固区域的进塔门平台钢板，待加固完成后恢复原样。孔深3.15 m，孔径范围20～40 mm，开孔孔位偏差不得大于3 cm（若遇到钢筋，可适当调整孔位），孔口管埋设深度按伸入混凝土段8～15 cm控制。钻孔时，先钻外排加固区域外侧孔，再钻内排加固区域外侧孔，以上钻孔灌注完毕待凝12～24 h后，再按两端剩余孔、中间孔的顺序进行钻孔、灌注，钻孔完成灌注后仍需进行待凝。

3.5 灌浆

3.5.1 主要材料

为改善浆液流动性、析水性，减少用水量，选择掺加外加剂的水泥基浆液。为提高压力作用下渗透性，提高固结体弹性模量，选择高渗透性改性环氧浆液。先采用可控性施工方法灌注水泥基材料对较大的裂隙或不密实区进行充填加固，再灌注环氧浆液对细微裂隙进行充填加固。

3.5.2 灌浆

钻孔完成后，埋设孔口管，进浆管接灌浆泵，开始全孔灌浆。灌浆压力小于3 MPa（暂定），具体情况根据P—Q曲线和实际灌浆情况调整。灌浆开始时先打开进浆阀门，进行填压式灌浆，灌浆压力逐步升至设计压力。正常情况下，灌注作业应连续进行，以利充填密实和节约浆材。灌浆过程中对基础进行监测，一旦基础或周围土体出现异常，立即停止灌浆。

3.5.3 结束灌浆

灌浆结束标准原则上应保证基础混凝土裂隙完全填充，施工现场可采用“设计灌浆压力下注入率小于0.05 L/min”作为结束标准。灌浆结束后，保持压力下闭浆，浆液待凝后，卸除阻塞设备，结束灌浆。

3.5.4 注意事项

（1）灌浆前采用五彩布或塑料布对风机塔筒及机柜进行防护，施工完成后进行拆除。

（2）灌浆过程中，根据吸浆需求量，现场调制浆液。对于高渗透性改性环氧浆液，将主液和固化剂溶液按质量（或体积）比例混合均匀，倒入贮浆桶即可灌注。

（3）主液和固化剂溶液混合过程中，注意固化剂溶液缓慢注入主液中，边注入边搅拌，控制注液速度以保持浆液温度在30 ℃以下，若温度过高，固化剂加入过程中，搅拌桶应放入水中冷却。

（4）必须分批配制浆液，随用随配，以保持浆液低黏度，提高灌浆质量，节约浆材。

3.6 特殊情况处理

（1）灌浆中，如发现有串浆现象，应及时采取并联灌浆等措施处理。

（2）灌浆中，如浆液温升过高，出现暴聚征兆，应立即调换新浆，必要时还要冲洗设备和管路，然后再继续灌浆作业。

（3）灌浆作业因故中断，应尽快恢复灌浆。

4 效果检查

待凝28 d后，对处理过的风机基础预应力锚栓做超张拉实验，力矩打到66 MPa（张拉力510 kN）一周后进行52 MPa拉伸验收，在52 MPa检查油压下无松动即为合格。

5 结束语

近年来，风电工程建设项目越来越多，实施过程中出现了各种各样的质量缺陷，而风机基础质量缺陷危害较大，处理不当将会造成不可估量的损失。本文提供了预应力锚栓基础质量缺陷分析方法和加固处理方案，并结合实例加以说明，对类似工程预应力锚栓基础质量缺陷处理有一定的参考价值。

参考文献：

[1] GB 50367—2013，混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2] 刘嫔，张立英，崔振磊，等.风电机组预应力锚栓基础局部承压分析[J].西北水电，2015（4）：99-101.

[3] 徐军，冯又全.风力发电塔预应力锚栓基础环向预应力加固方法研究[J].葛洲坝集团科技，2019（4）：11-16.

Grouting Reinforcement for Concrete Foundation of Prestressed Anchor Blower

LEI Dong

（China Yangtze Power Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：In line with project practice，this paper analyzes and provides solutions for the concrete foundation with unqualified prestressed anchor bolts in tension from three aspects：causes of prestressed anchor bolts loosening，handling techniques，and precautions. Our findings offer reference for addressing similar quality defects.

Key words：prestress；anchor bolt foundation；tension；blower；grouting reinforcement treatment

作者简介：雷 东，男，工程师，本科，主要研究方向为风机基础形式和关键技术应用。E-mail：lei_dong@ctg.com.cn