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探讨如何更好的控制海上风电高桩承台施工质量

2020-06-11 395 上传者：管理员

摘要：海上风机基础是海上风电的重要组成部分,风机基础较多采用高桩承台结构,高桩承台基础受结构、工艺及环境因素影响,施工质量控制难度大。本文依托实际工程实践,研究海上风机高桩承台基础的施工质量控制措施,分别从沉桩控制、整体钢箱模板、预埋件施工控制和承台混凝土裂缝控制四个方面研究总结有关质量控制措施。经实际工程实施验证,措施达到了预期效果,对类似工程具有一定的指导与借鉴意义。

关键词：
控制措施
施工质量
海上风电
海洋工程
高桩承台
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一、概述

风机基础是风机工程的关键组成部分，目前国内外风机基础应用较多的形式有单桩基础、重力式基础、桩基承台基础、高桩承台基础、三角架或多脚架基础和导管架基础等多种形式[1]。但在我国东海区域，平均水深在5～15m的海域多为淤泥质软基海底，不适宜采用重力式基础或者负压桶基础，多采用高桩承台基础型。高桩承台基础涉及专业较多、工序流程长，施工过程管理难度大，海上施工安装作业相对陆上难度要大。此外，风电基础承台预埋件多，预埋件安装精度要求高，螺栓组合件与混凝土浇筑工序穿插进行，预埋件定位精确控制难度大。外海作业环境条件差，承台大体积混凝土的温差控制也是需要重点攻克的难题。因而，研究海上风电高桩承台施工质量的控制措施有现实的意义。

本文以浙江某沿海海域风电场工程为例介绍如何控制高桩承台施工质量。依托工程位于杭州湾平湖海域，该风场东西宽约4.3km，南北长约14km，总面积约48km2，风场中心点离岸约20km。设计高水位+2.99m（1985高程），设计低水位-1.97m，水深为8～12m。风机采用高桩承台基础，为现浇高性能海工混凝土结构，桩基采用8根钢管桩，呈圆周布置，其中34台4.0MW风机基础钢管桩直径为1,600mm,1台7.0MW试验机基础钢管桩直径为2,000mm。

二、施工质量控制措施

根据高桩承台结构、施工工艺结合环境特点分析，高桩承台基础的质量控制主要从沉桩控制、整体钢套箱模板、预埋件施工控制和承台混凝土温差控制等四个关键方面采取措施。

1．沉桩定位控制措施

由于承台放样为外海作业，无法用常规仪器，因此采用GPS定位放样，而且无法用常规仪器校核，为保证沉桩正位率，每个承台第一个沉桩时均需采用GPS流动站进行桩位核定。本工程海上沉桩平面和高程控制采用厘米级精度（GPS-RTK）定位技术为主，开工前在选好的GPS基准点上采集CGCS2000坐标及85国家高程基准，复核后将GPS基准站设置在测风塔上，设置为GPS流动站。施工准备时，将图纸提供的桩号、坐标、尺寸、高程进行复核并结合CAD软件绘制在图纸上，及时发现可能存在的差错。施工过程中应对仪器定期校对，采取恰当的保护措施以保证仪器本身的精确性。

定位放样步骤如下：

（1）沉桩定位软件采用海工高程GPS远距离打桩定位系统，以图形方式现实实时位置；

（2）通过桩架调整钢桩倾斜度，通过打桩船绞锚船调整平面扭角，使之符合设计要求；

（3）缓慢移船，使界面上的拟打桩位和桩架的实际桩位重合，定位时合理设置落后量；

（4）利用GPS流动站对船头桩架上的钢桩桩位进行复核，确定无误后开锤沉桩。

2．整体钢套箱模板控制措施

根据本工程资料及附近海域施工经验，该海域大型施工船舶可作业天数和日历天比值仅为约0.5.因此，因风电投产并网发电的工期紧迫，如何在限定的工期内确保质量需采取有效的控制措施。经过研究，本工程承台基础采用整体钢套箱模流水作业。

整体钢箱模板结构由侧壁模板、底部桁架、上挑梁、下挑梁4个主要部分组成（上、下挑梁之间利用铰接螺栓连接，可拆卸）。钢箱模板侧壁分4个单片拼装而成，整体重量约为120T，经专业设计并建数模验算，满足钢度和强度要求。钢箱模板制作安排在陆上加工制作，整体落驳拖运至现场安装。拼装缝平整度误差控制小于3mm。侧壁各单片采用螺栓连接，桁架梁牛腿与侧壁插销连接。采用定制橡胶条拼缝止水，确保结构不漏水、不渗水。（具体样式如图1)

图1整体钢箱模板

钢箱模板安装时以模板钢梁主梁边线为控制，在桩顶上放出安装定位的标记，并在桩顶上焊接导向板，以使安装钢箱模板时顺着导向板方便就位。为了更精确就位，采用边安装、边测量调整，逐步焊接导向板及限位板的办法。若钢箱模板中心偏位及其倾斜度不符合规范及设计要求时，应及时予以调整，最终满足要求。安装完成后，将钢套箱与8根桩顶利用限位钢板焊接连接成一个整体，避免钢管桩在施工过程中产生晃动，影响施工质量。

从工程实践来看，采用整体钢套箱模板的作用有三：（1）有效避免了常规模板的拼接接缝不足导致漏浆等现象；（2）整体刚度大，避免了模板变形导致的砼浇筑成型尺寸变形与偏差；（3）模板的综合利用率提高，也满足了工期要求，根据工程实际实施记录，钢箱模板安装及铺底3d，承台一期钢筋砼4d，一期砼养护7d，挑梁及底部桁架拆除1d，桩芯钢筋笼安装浇砼2d，承台锚栓组合件及二期钢筋砼7d，养护14d，钢套箱侧模拆除及拼装2d，单个承台钢套箱周转需（3+4+1+2+7+2）/0.5+（7+14)=59d。与常规模板现场组装比较，节约天数约50%。

3．预埋件施工控制措施

风机设备基础预埋件包括预应力螺栓组合件和温度监控传感器，均是精度要求较高的预埋件，是整个风电基础成败的关键之一。预应力螺栓组合件采用整体安装工艺。

承台混凝土第一批浇筑时，其顶面对应预应力螺栓组合件部位埋设钢板，控制好安装标高。混凝土强度满足设计要求后，将高支撑螺柱及底板焊接固定在预埋钢板上，支撑螺柱顶部设置一个标高调校螺帽，将调校螺帽统一调平。

预埋件利用运输方驳运送至现场后，利用履带吊吊装至支撑螺柱的调校螺帽上。调整调校螺帽的高程，使预应力螺栓组合件顶部法兰垫板标高和平整度符合设计要求。调平后，将支撑螺柱顶部的紧固螺帽拧紧，将预应力螺栓组合件固定在支撑螺柱上。预应力螺栓组合件顶部所有螺栓头和螺帽均抹上二硫化钼并套上保护帽。检查验收合格后，将预应力螺栓组合件与结构钢筋进行加固。（螺栓组合件安装施工如图2)

图2螺栓组合件安装

4．承台混凝土温差控制措施

海上风电高桩承台混凝土为大体积混凝土混凝土，受限于海上施工环境，大体积混凝土的裂缝控制难度大，混凝土浇筑温差[2]为大体积混凝土浇筑主要控制要素。温差的监测采用集成模块化监控系统，通过网络远程接收温度值，每半小时采集一次数据，并自动进行温差分析。监测周期不得少于14d，内外温差不大于25℃时，方可拆除模板。

承台混凝土温控措施：

（1）胶凝材料选用选用低水化热水泥，选择与水泥相匹配的高效减水剂，采用船载低温水作为拌合用水。

（2）优化配合比，减小水泥用量以降低水化热。

（3）改善材料热传导性能，优先选用导热系数较大的粗骨料，尽量采用较低的用水量。

（4）混凝土浇筑温度高于28℃时应进一步降低原材料温度[3]，如必要时向集料喷淋雾状水，或者在使用前用冷水冲洗集料，以降低骨料入机初始温度。喷水后重新测定骨料的含水率，调整施工配合比。

（5）混凝土终凝前采用二次振捣法，排除混凝土因泌水在粗骨料和水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土和钢筋的握裹力，并防止因混凝土沉落而出现的裂缝。

（6）延长拆模时间和加强养护：在冬季适当延长拆模时间，起到保温和保水作用，于夏季适当延长拆模时间，同样起到保水作用。延长拆模时间和加强混凝土养护，都将有利混凝土充分水化，提高抗裂作用。

（7）必要时布置冷却水管。根据典型施工数据，结合温差控制理论研究，在大体积混凝土内部布设冷却水管，当监测温差数据超过规定值时，实施注水冷却，确保温差在合理范围。

三、结论

该风电场工程的高桩承台通过采取综合控制措施，施工质量得到保证，根据过程监测数据及验收结果，满足设计及规范要求，达到了预期目标。措施总结为以下四点：（1）流动GPS站精准控制沉桩定位；（2）采用钢套箱整体安装工艺，提高了安装工效，确保施工质量；（3）预埋件施工管理是成败关键之一；（4）大体积混凝土内埋设温控监测设备，实时监测混凝土内外温度差，采取综合措施有效控制温差，防止大体积混凝土开裂。该综合措施及经验可供类似工程借鉴。

参考文献：

[1]黄金海.海上风电机组的基础施工质量控制技术研究[D].北京:华北电力大学,2013.

[2]龚剑,李宏伟.大体积混凝土施工中的裂缝控制[J].施工技术,2012,361(41):28-32.

[3]朱德华,刘成军,王新刚.海上风电承台大体积混凝土裂缝控制技术[J].中国港湾建设,2016,06:68-71.

卢干利,江涛.海上风电高桩承台施工质量的控制措施[J].中国水运(下半月),2020,20(03):256-257.