关键词：基础环；冒浆；防水锚栓
引言
随着世界能源危机的加剧以及环境污染的日益严重，对新型清洁能源的开发与利用已经越来越多的受到世界各国的关注与重视。风能是清洁的可再生资源;风力发电也是当今最成熟和商业化运营最成功的资源开发形式之一，也是世界各国公认的战略能源之一。对于改善我国的能源结构，响应党中央对于节能减排、缓解环境污染的号召，具有很强的现实意义。由于风机是一种高耸构造物，其水平荷载产生的弯矩，对基础的影响很大，因此风机对基础有特殊的要求。在进行基础设计时，不仅要考虑高耸结构的设计要求，还要根据地质条件和环境条件，对风机结构的特点进行分析，并采取合理的措施，使风机能够安全稳定的运行。
1风机基础的几种型式
1.1重力式基础
重力式基础是当前普遍采用的一种风机基础型式，也是目前国内外采用的比较多的和最成功的一种风机基础型式，其主要为钢筋混凝土结构，由于其重量较大，故能很好的抵抗和平衡风机上产生的荷载和弯矩。根据设计规范《风电机组地基基础设计规定》FD003—2007可知，在采用重力式风机基础时，应进行土基承载力验算，其地基承载力应大于基础底部的最大压应力，同时其材料强度应满足设计要求。而且此风机基础在设计时还要根据风机生产厂家提供的荷载工况和风机基础安装所在区域的抗震度进行抗震验算，通过试算来确定控制工况，并根据基础埋深和基础截面尺寸确定最优的截面尺寸，以追求最佳的经济效益。重力式基础结构简单、施工方法简便且造价低，故其应用范围很广，一般的山区丘陵地带都可以采用，但由于其尺寸较大，故其一般不用做海上风场使用，根据其适用条件的不同一般将其设计成方形、圆形、八边形等。当重力式基础应用于海上风电场时，由于其体积和重量较大，如果水深过大，会增加其建造成本，故有其局限性，经研究发现水深20m为重力式基础的极限值，当水深超过20m时，应采用其它型式。
1.2岩石锚杆基础
岩石锚杆基础一般建立在岩石地基上，其基本结构为:锚杆的一端嵌入岩石地基中另一端与混凝土承重台连接，靠锚杆和混凝土承重台共同作用而使风机基础保持稳定的。从基础的结构特点可知此种基础适应性较差，而且经过长期的使用，其稳定性较差。一般在岩石基础中加入锚杆作为增强基础安全的一种安全储备措施。此种基础适用于基岩埋藏较浅、且开挖困难、岩石风化程度低、块体大、裂隙少的岩石地基，而且其基础直径较小，有利于减少占地面积和降低造价。但其施工工艺较复杂，而且目前施工技术尚不成熟，工程经验也较少，因此其稳定性和安全性还有待研究。
1.3预应力墩式基础
预应力墩式基础是一种由环形基础周围土的水平承载力承受基础所受的水平荷载和弯矩。此种基础的特点在于与传统的常用的基础环不同，与塔筒连接采用的是预应力锚栓。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将预应力锚栓固定在内外筒之间，然后浇筑混凝土，振动捣实。预应力锚栓的连接方式也是多种多样，目前我国常用的连接方式有T形和L形两种。此种基础施工工艺简单，且占地面积较小，可节约建造成本;但对锚栓和波纹筒的质量要求较高，且国内应用较少，也没有完整的设计规范，其适用性和结构的安全性还有待检验。
2基础环的常见问题
2.1冒浆以及穿孔钢筋疲劳破坏
投运以后的风电场，运行人员雨后到风机进行例行巡视时，可以发现，很多风机在基础环与混凝土的交接面上，会出现冒泡的情况。这其实是基础环与混凝土之间有脱开的一个有力证明。冒泡的本质，是基础环与混凝土之间有水侵入，随着塔筒带动基础环摆动，筒壁与混凝土之间侵入的水不断的挤出和侵入，产生冒泡现象。不光是有水的情况，没水的情况下，这种挤压也在发生，基础环与混凝土之间持续摩擦，钢筒将强度相对较小的混凝土磨成粉。有水侵入时，水会将这种粉尘以冒浆的形式带出接触面，在筒内外侧形成泥浆。更有甚者，穿孔钢筋由于这种循环磨损的存在而疲劳破坏，被剪断。这种情况下，基础环与基础的连接，就全靠底法兰与混凝土的嵌固力，底法兰以上，基础环与混凝土之间已经不存在黏结力。
2.2接触部位裂缝
基础环实质是一个厚壁钢筒，可以视作一个刚体，其弹性模量与混凝土差别非常大。上部塔筒在风荷载作用下，会有一定程度的变形，连接底部塔筒的基础环随着上部塔筒的摆动，也会发生一定位移。虽然基础环生产厂家在工厂会对基础环壁做喷砂处理，但基础环与混凝土之间，仍然会有相对变形，即基础环和混凝土的接触面会脱开。这种脱开，是基础环这种连接方式本身的缺陷，无法避免。脱开意味着基础环相对基础混凝土发位移，基础环顶面的倾斜度增加，导致塔筒倾斜，二阶弯矩增大。这个二阶弯矩又进一步加剧基础环相对混凝土的位移。具体表现为基础环与混凝土之间的裂缝进一步扩大，塔筒的震动加剧，严重时塔筒内的震动监测装置报警，停机。上述裂缝问题在目前投产的风电场较为常见，但是截止目前，还未出现基础环从基础中拔出，导致风机倒塌的事故。这是由于厂家在基础环底部焊接了一个厚壁底法兰，使其嵌固在混凝土内部，这个法兰提供的嵌固力避免了基础环拔出。同时在基础环壁上开孔，配置一定数量的穿孔钢筋，将基础环锚固于混凝土内。
3常见问题的处理方法
3.1基础环与混凝土顶部的防水
阻止雨水侵入，便不会将粉尘带出，以延缓这种削弱。但是目前，对于风机基础与混凝土之间接触的面的防水处理方案，各个风机制造厂家以及风机基础设计和施工单位并没有一劳永逸的方案，一般来说，两年左右需要对接触部位的防水进行修复或重做。上述问题的根本原因在于基础环的刚度与混凝土的刚度差异较大，而两者之间的接触面积相对较小，两者不能产生很高的握裹力，导致两者有相对位移。
3.2解决冒浆后产生的空洞问题
有些厂家提出，在浇筑混凝土时，应该预留二次灌浆管道，当出现上述冒浆情况发生，形成空洞后，可以进行二次灌浆。但管道如何埋设，却没有给出切实可行方案，可操作性不强。为从根本上解决基础环与混凝土的握裹力问题，有些厂家在基础环上满焊栓钉，以增大握裹力。这种方案从原理上确实能大大增加嵌固力，值得推广。目前应用该方案的风电场不多，效果有待进一步观察。为减小混凝土与钢筒之间的刚度差，增大混凝土强度，并在基础环周边配置大量局部钢筋，也是一个在大范围应用的方法。这种方法的效果，也需要时间检验。
结语
基础环式基础已经在全国各地广泛应用，文中提到的问题也已经充分暴露，研究并解决上述问题十分紧迫和必要。新建的风电场在选择基础环或者锚栓形式时，也应该充分考虑这两种连接方式的优劣，避免在运行中出现的问题，造成经济损失。
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论文作者:吴长洋1,张彬2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/27
标签：基础论文; 混凝土论文; 风机论文; 弯矩论文; 岩石论文; 荷载论文; 重力论文; 《防护工程》2017年第33期论文;