光伏项目管桩冻裂原因分析及处理方案

一、现场问题

张北某300MW风电项目出现管桩冻裂情况，桩身出现竖向裂缝，裂缝从地面处向上发展，部分开裂桩基出现渗水泛碱现象，如下图所示。

二、原因分析

◆管桩裂缝

出现裂缝的桩基主要集中在地势相对较低区域，根据地勘报告，此区域地下水位相对较高。

经现场查看，出现裂缝的管桩内均有积水，伴随冬季温度下降，水凝结成冰，体积膨胀，产生9%体积膨胀，因此产生数千倍于混凝土抗拉强度的应力，该应力大于预应力管桩桩身抗拉强度，会引起桩基混凝土开裂。

由此推定，裂缝形成原因为：桩内水凝结成冰，发生体积膨胀，引起混凝土管桩开裂。

冻胀时，冷冻面以下土体内的地下水通过毛细作用持续向冻结面补给凝结，使冻害加剧。

◆白色泛碱

混凝土返碱，也称为泛碱，是一种常见现象，主要发生在使用普通硅酸盐水泥的混凝土结构上。

这种现象是由于混凝土中氢氧化钙（Ca(OH)2）等碱性物质与空气中的二氧化碳反应，形成不易溶于水的白色碳酸钙（CaCO3），这些白色粉末状晶体或硬块残留在混凝土表面，导致表面出现白色泛白、起皮或脱落的现象。

泛碱现象不仅影响混凝土结构外观，还可能加速混凝土中钢筋锈蚀，影响结构安全性、耐久性。

白色泛碱产生原因：管桩存在裂缝，水与混凝土中水泥反应，产生硅酸盐结晶物经裂缝析出。

三、处理方案

◆开孔排水

打孔排水，避免管桩内部积水冻结后体积膨胀。

管桩内充填水来自管外水位或管顶开口降雨/雪入渗，管内 充填土来自桩施工时在地面上拖拉时泥土进入桩 内以及施工时从桩底进入的土塞。

开孔方案：每根桩基采用水钻开设一个排水孔，孔径 8-12mm，开孔位 置应位于桩身东西侧（东西侧向阳，有利于排水）。排水孔距离地面约 150mm左右（高出内部土塞或灌实面即可），开孔应避开桩身钢筋。

此做法类似于变电站中钢管构架设计中预留排水口，高出内部灌浆面标高，目的就是排除钢管杆内部冷凝水，防止积水结冰后冻裂钢管杆。

桩顶加盖: 由于降雨也是管内积水的来源之 一，对于管桩顶部加混凝土或钢制防水桩帽进行封 闭即可阻止降雨入渗。

注：桩底加盖并不能完全防止孔内积水的存在，一方面存在冷凝水，另一方面施工中带入的地下水（黏土地质，管桩中积水不容易下渗）

因此，北方项目，应考虑桩体设置排水孔，避免管桩冻裂问题，特别是高地下水区域。

◆裂缝处理

对裂缝宽度小于 2mm 的桩，采用环氧树脂型高分子防腐防水材料进行喷涂。

对裂缝宽度大于 2mm 桩采用高分子沥青软膏进行嵌缝处理。

对于较大的裂缝应采用钻孔压力注胶加固的方法。

对未见裂缝的桩采用聚合物防水涂料喷涂，防止微裂缝进水， 降低往复冻融条件下混凝土的含水率。

注：施工中打桩存在桩体损伤带来的微裂缝问题。

裂缝处理可有效提高混凝土耐久性，解决桩的耐久性问题。

◆桩身加固

方案一：抱箍加固

裂缝进行处理后，采用抱箍加固，阻止裂缝进一步发展， 每根桩一般设置 3 个抱箍，如下图：

方案二：碳纤维加固

裂缝处理后，采用外包碳纤维加固。

裂缝处环向无间隔粘贴 300g/m²碳纤维布 3 层，沿裂缝外延伸长度≥500mm，搭接长度 ≥200mm。

①底胶涂刷在桩体表面，满涂，然后黏贴碳纤维布。

②第一层碳纤维布上再刷环氧树脂胶，再绕第二层...

③包一层布涂一层胶，一层层浸润，干后成为一个整体。

四、预防措施

在冻土地区的管桩，为防止出现冬季管桩的炸裂情况，两个措施很有必要。

①管桩地面以上150mm左右（土塞面以上或灌实面以上）东西侧开孔8-12mm排水。

②管桩内部和外部填充中粗砂，防止内外部冻胀情况。经现场试验验证（详见下文），内外部填砂后的管桩，能有效起到防冻作用。

光伏支架预制桩冻裂问题及解决方案