风电机组基础混凝土温控防裂影响因素研究

风电机组基础混凝土温控防裂影响因素研究

赵悦

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 陕西省西安市 710065

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，风力发电建设越来越多。随着风电场的大规模建设，大型风电机组基础混凝土的温度裂缝问题逐渐显著。为探究各影响因素对基础混凝土温控防裂的影响规律，本文首先分析原材料及混凝土基本要求，其次探讨施工管控措施，然后研究分层分块浇筑，最后就栓钉对承载力提升的效果以及制度保障措施进行研究，以供参考。

关键词：风机基础；仿真模拟；温控防裂；影响因素

引言

近几年，建筑行业的快速发展，使得大量具有划时代以及里程碑意义的混凝土基建项目坐落于我国各地。在水利工程项目当中，大体积混凝土结构施工实现了广泛的运用，能够确保大体积混凝土结构在其运行全周期内更加可靠地运作，已经成为这一领域研究人员重点研究的话题，同时对于混凝土裂缝问题的研究也已经成为了学术界和工程界未来主要研究的方向。大体积混凝土的温度应力效应的产生，是造成混凝土结构早期出现开裂问题的原因之一。

1原材料及混凝土基本要求

工程流道混凝土利用双掺技术，以粉煤灰取代部分水泥，降低水化热，并且能够改善混凝土和易性。掺入适量的聚丙烯纤维，可防止混凝土收缩开裂，使混凝土达到增强抗裂防渗的目的。（1）施工中选用水化热较低的华新PO42.5普通硅酸盐水泥。（2）掺合料为粉煤灰、矿粉和聚丙烯纤维，其中粉煤灰及矿粉是为了取代一部分水泥以降低水化热的高温峰值，控制最终水化热，同时可改善混凝土的和易性；适量添加聚丙烯纤维以增强混凝土的拉应力。（3）掺加高性能减水剂以减少水泥用量。由于底板混凝土用量较大，应配备充足的搅拌车及输送泵，以保证各施工区段一次连续浇筑，并采用分层形式进行振捣; 由于大体积混凝土需要采用泵送的方式进行施工，因此需要及时联络组织施工，并做到对现场的灵活调度，确保施工质量，以此从这一方面避免裂缝结构的产生。除此之外，还需要尽可能缩短预拌混凝土材料的运输以及等待的耗时，以此确保混凝土输送能够及时，顺利完成对泵站大体积的混凝土施工工作。

2施工管控措施

①按照当地气象站预报资料，严格执行夜间施工制度，只利用第一天晚间6：00至第二天上午10：00的低温时段进行混凝土浇筑。②混凝土浇筑前采用高压水枪对下层混凝土表面进行凿毛处理，对钢模板进行洒水降温处理，降低仓面温度。施工过程中仓面采用喷雾机进行喷雾，增加空气湿度，制造低温施工小气候。③综合考虑混凝土上坝运输系统的设计，尽量减少混凝土入仓前运输时间，入仓后立即平仓振捣，加快混凝土覆盖速度，减少混凝土受环境温度影响的时间。④通水冷却工作应由专门人员负责，成立混凝土温控小组，负责混凝土温控措施的实施及特殊情况处理。混凝土浇筑前应在冷却水管中通入压力水，以检查水管是否存在渗漏或者不通畅的问题。检查过程中应用压力表及流量计同时指示阻力情况，通水压力应控制在0.18MPa以上，且不低于正式通水冷却过程中通水压力的1.10倍。温控管理人员应详细记录冷却水管的各项施工参数，确保每根冷却水管进出口编号准确无误。通水过程中各项参数也应实时、准确采集，建立温度~时间过程线，及时反馈异常状况，并记录处理过程，以作为温控方案实施过程的备案资料，同时也为下一坝块的混凝土温控提供参考和指导意见。⑤一期冷却通天然河水冷却15d，降温幅度在最高温度基础上下降4℃，日降温速率≤0.50℃/d，通水水温与混凝土温度差不宜超过25℃，通水流量为1.80m3/h。建立最高温度预警控制机制，根据温度实时监测数据研判，当发现混凝土温度发展有超过设计允许值可能时，应立即加大通水流量进行控温。⑥混凝土在浇筑完毕后6-18h内及早开始养护。养护方式有人工洒水、旋喷洒水、表面流水、花管喷淋流水、湿草帘等。养护时间不少于28d。⑦合理安排浇筑进度，将需要在高温季节浇筑的坝块控制在廊道附近，充分利用廊道增加混凝土散热面积。

3分层分块浇筑

为保证进水流到混凝土的整体性，流道混凝土两联、三联分别采用一次浇筑完成，混凝土浇筑过程中采用斜层法浇筑，沿仓面长边方向（垂直水流方向）由下游向上游进占，保证在下层混凝土初凝前开始浇筑上层混凝土。层厚控制在20ｃｍ～30ｃｍ，浇筑时保持流道模板两侧混凝土面均衡上升，避免因浇筑高度不一，对模板产生侧向压力，使模板发生侧向位移。并且严格控制浇筑速度，防止流道模板侧压力过大导致模板变形或上浮。下料点依次平整到位后开始振捣，采用二次振捣工艺，加强混凝土的密实性，防止裂缝。浇筑时间注意避开高温天气。浇筑过程中，两联流道和三联流道分别配备12台和18台插入式振动棒，专人分区负责保证振捣质量，特别检查钢筋较密集的部位，保证各个混凝土浇筑部位的均匀及密实性，避免存在过振、漏振的不良现象。项目部在施工现场配备喷雾机降低环境温度和保湿。对于抹面时出现的塑性收缩裂缝，在裂纹的两侧用抹子适当敲击后再次进行抹面使裂缝闭合。施工过程中避免不必要的延误，混凝土可以覆盖保温被时及时覆盖养护。

4栓钉对承载力提升的效果

基础环下法兰与周边混凝土的接触应力可以反映承载力的提升情况,接触应力较大说明该区域受荷情况严重,加固效果不明显。采用栓钉加固的承载力提升方案后,T型法兰顶部与底部和基础混凝土之间的接触应力均有不同程度的减小；同一基础环平面内,基础环中心位置附近的接触应力最大,且该部位设置栓钉后的接触应力下降最为明显。说明荷载在由基础环顶部往下传递的过程中,栓钉承受了部分荷载,使得传递到T型法兰底部的荷载有所减小,单位弧长上有栓钉的压力比无栓钉的压力降低了30%左右。

5制度保障措施

（1）联合参建各方建立施工技术方案研究决策机制。常态混凝土双曲拱坝高温季节施工包含着与混凝土温控相关的多种敏感因素：①常态混凝土产热量较高。②拱坝应力状态对温度高度敏感。③高温季节环境温度高。因此，高温季节施工的可行性必须经过充分的研究和讨论。（2）高度重视预警预案机制。施工总是存在一些不可控因素，因此必须建立预警预案机制，加强对降雨、高温以及气温骤降天气预警、混凝土温度控制预警。项目部开通天气预报短信服务，每天向参建各方发布气象信息以指导生产安排。测温仪器监测到混凝土水化温升过快或温度接近设计允许值2℃～3℃时预警,采取加大通水流量、仓面流水养护等措施，确保最高温度不超温。（3）质量否决权机制。在明确了质量控制标准和技术方案的前提下，严格落实质量管控措施是项目管理重中之重。施工过程中必须赋予一线技术人员和质检人员相应的权力和责任，实行质量问题一票否决制，以保证对施工过程及时、严格、有效的管理。

结语

风机基础混凝土在浇筑初期，表面拉应力增长迅速，极易产生早期表面裂缝；内部随着温度的逐渐降低在后期会产生较大的拉应力，可能超过混凝土抗裂能力而产生裂缝。减小绝热温升能够明显降低基础内部最高温度，从而减小基础内外温差，对降低内外拉应力都会起到积极的影响。根据后期监测观察，未出现危害性裂缝，此技术措施可为同类型大体积混凝土温控提供借鉴。

参考文献

[1]邓友生，李卫超，王倩，等.风电机组基础结构形式及计算方法[J].科学技术与工程，2020，20（21）：8429-8439.

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[3]喻刚.大型水电站地下厂房下部结构研究[D].天津：天津大学，2006.