山地风电场基础混凝土质量检测方法

王 凡

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳 550081)

目前，我国山地风电场的塔筒和混凝土基础的连接方式主要采用基础环连接，混凝土扩展基础的施工质量是决定上部风力发电机组正常运行的关键因素。风电场基础混凝土施工现场易出现以下状况：① 基础混凝土质量缺陷，以2 000 kW的风机为例，基础混凝土的单次连续浇筑方量一般在400 m3左右，由于混凝土浇筑方量较大，且施工环境复杂，在施工时极易出现施工冷缝分层、混凝土内部不密实或空洞、蜂窝麻面、混凝土强度不满足设计要求等质量缺陷；② 基础环下法兰位置浇筑不密实,由于预埋的基础环下法兰较宽(0.5 m左右)，下法兰和基础垫层的连接为倒“T”形，且周边钢筋较密集，在进行混凝土浇注施工时，下法兰部位易出现不密实或脱空区；③ 钢筋间距和保护层厚度不满足设计要求,风机基础混凝土配筋量大，且多为变阶斜面或弧面，钢筋间距及保护层厚度施工易不满足设计要求，从而影响基础受力[1]。

笔者在总结多个风电场基础混凝土检测成果的基础上，提出了一整套风电场基础混凝土质量检测方法，主要包含：混凝土质量外观检测、混凝土强度检测、台柱体密实度检测、基础环脱空检测、基础环下法兰密实度检测、塔筒振动监测等，上述方法可为国内同行业者提供借鉴。

1 混凝土质量外观检测

基础混凝土外观检测可参照标准GB 50204-2015对混凝土进行检测，主要包括以下几个方面：① 记录混凝土表面的露筋、蜂窝、孔洞的特征；② 对发现的裂缝进行测量与记录，主要包括裂缝的位置、长度、宽度、形态和数量等；③ 对基础环与基础混凝土的结合部位是否脱开、防水材料是否损坏、附近混凝土是否压坏等进行检测，对损坏状况和再利用的可行性进行初步判定。除此之外，还可对基础混凝土进行高清三维全景成像，生成与基础混凝土大小、颜色、结构特征一致的实景模型，为后续的检测监测提供初始对比资料。图1为某风电场基础混凝土三维全景成像结果，其精度可达到1 mm。

图1 某风电场基础混凝土三维全景成像结果

2 混凝土强度检测

通过对多个风电场资料的调研发现，多数风电场混凝土质量事故的起因都为混凝土强度不达标。这是由于风电场的施工存在点多面广、施工道路崎岖、混凝土浇筑运输不便、山地气候不稳定、拌合站管理不规范等影响因素。混凝土强度检测可采用回弹法、超声回弹法、钻芯法等。在进行强度检测时，重点关注台柱体部位，而如需对混凝土基础取芯进行强度检测，可选取下承台扩展基础部位，以免破坏更多的钢筋。

3 钢筋间距和保护层厚度检测

钢筋间距和保护层厚度检测可参照标准JGJ/T 152-2008。除规程中所列的电磁感应法、雷达法外，三维超声成像技术也能较好地对钢筋间距和保护层厚度进行检测。该方法具有测试连续性好、强度高、辨识度清晰等优点。图2为某风电场钢筋间距和保护层厚度超声检测结果。

图2 某风电场钢筋间距和保护层厚度超声检测结果

4 台柱体混凝土密实度检测

台柱体部位由于结构钢筋极多，在施工时混凝土易出现蜂窝麻面、空洞、露筋、分层冷缝等结构缺陷，图3为某风电场台柱体部位的缺陷照片。笔者在总结多个风电场混凝土缺陷检测的基础上，提出了一种改进的台柱体基础环外侧混凝土内部缺陷超声波质量检测方法。该检测方法具有检测效率高，对混凝土不造成损害，检测结果直观、可靠等优点。

图3 某风电场台柱体部位的缺陷照片

台柱体基础环外侧混凝土密实度超声检测测线布置方式如图4所示，发射换能器安置于台柱顶面，紧挨基础环，接收换能器布置于台柱侧面底部及中部，沿台柱体测试1周，测点距离为5 cm。换能器和混凝土之间采用黄油进行充分耦合，对测得的波速进行统计分析，求得其标准差和临界值，当某一测点的波速小于临界值时，可认定该部位存在异常缺陷。采用该方法对某事故风机进行超声检测，结果如图5所示，结果显示存在3处异常缺陷。

图4 台柱体基础环外侧混凝土密实度超声检测测线布置方式示意

图5 某风机台柱体基础环外侧混凝土密实度超声检测结果

5 基础环脱空检测

国内大部分风电场风机基础设计理念是：基础环由钢筋混凝土进行包裹，基础环壁与表面混凝土距离一般在1 m以上。如何在不破坏基础混凝土的前提下对基础环脱空进行检测是个难题，国内外许多学者对此进行了研究[2]，但从检测结果看，均不是太理想。笔者在进行了多种方法的重复试验后，提出了采用全断面相控阵三维超声成像检测方法对混凝土进行检测。

全断面相控阵三维超声成像检测方法采用三维网格化测试方式，分别在台柱侧面底部、中线、顶部布置3条测线，基础环脱空三维超声成像检测测线布置方式示意如图6所示，沿圆的周长方向测点距离为0.2 m，测试方向垂直于台柱侧面，由于该方法为声波反射法，因此只需要一个检测面。当混凝土同基础环接触部位存在脱空时，便会产生强反射。

图6 基础环脱空三维超声成像检测测线布置方式示意

某风机基础环外部与混凝土基础分离，裂缝最宽处约25 mm(见图7)，基础环水平最大高度差为100 mm，首节塔筒轴线倾斜度为40′54″。采用全断面相控阵三维超声成像方法检测基础环侧面脱空的结果如图8所示，由图8可明显发现基础环脱空处的异常缺陷。

图7 某风机基础环与混凝土基础分离照片

6 基础环下法兰密实度检测

风机混凝土基础设计的“凸”形结构使得基础环下法兰密实度检测极为困难。在混凝土基础浇筑前预先埋设好超声测管，采用桩基声波透射法检测原理进行检测能解决上述难题。

当某风机下法兰部位有两个以上钻孔时，在其中一个钻孔内倒入颜料，在其余钻孔处进行观察，如果短时间内其余钻孔能观测到颜料，则说明不密实存在连通性。图9为某风电场基础环下法兰密实度检测结果，其中图9(a)为钻孔内窥镜检测结果，可明显发现基础环下法兰部位混凝土松散不密实，图9(b)为在某一孔内倒入颜料约1 min后，在另外一钻孔内观察到的颜料。

图9 某风电场基础环下法兰密实度检测结果

7 塔筒振动监测

由于在混凝土浇筑验收后,需要对台柱顶面以下部位进行碎石土回填，当风机发电运行后，如需对混凝土质量进行检测则比较困难。笔者对某风电场的试验也进一步证实了对塔身的偏振测试能有效反映基础混凝土的状况。

某风电场基础混凝土存在故障的风机与无故障风机塔筒偏移曲线如图10所示，图10(a)为风机基础环与混凝土基础分离的风机的偏移曲线，当风速为7.4 m·s-1时，在塔身高度(离地高度)33.8 m处的偏移已达150 mm左右，而基础混凝土无故障的风机在塔身高度34 m处的偏移不到35 mm。

图10 某风电场基础混凝土存在故障的风机与无故障风机塔筒偏移曲线

8 结语

(1) 风机基础混凝土质量检测可包含：混凝土质量外观检测、混凝土强度检测、钢筋间距和保护层厚度检测、台柱体混凝土密实度检测、基础环脱空检测、基础环下法兰密实度检测、塔筒振动监测等。其中前3项为规范明确的验收项目，后4项可作为缺陷调查的检测项目。

(2) 对风机混凝土进行三维全景成像，生成与基础混凝土大小、颜色、结构特征一致的实景模型，可为后续的检测监测提供对比资料。

(3) 台柱体基础环外侧混凝土内部缺陷可采用超声检测，测线布置采用对角斜侧方式能全面检测台柱体部位的混凝土浇筑质量。

(4) 三维超声成像检测法能对基础环接触部位的脱空缺陷进行有效识别。

(5) 通过钻孔及联通试验，可有效检测基础环下法兰周边混凝土不密实情况。

(6) 对塔身的偏振测试能作为定检项目，有效反映基础混凝土的状况。