研制报告沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术.doc

1 41 沿海沿海滩滩涂涂软软地基大型地基大型风风力力发电发电机机组组施工施工 综综合技合技术术 研制研制报报告告 中国十七冶集中国十七冶集团团有限公司有限公司 2 41 目目 录录 第第 1 1 章章 研究宗旨研究宗旨 1 1 第第 2 2 章章 项目概况项目概况 3 3 第第 3 3 章章 沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术 7 7 第第 4 4 章章 关键技术和创新点关键技术和创新点 2424 第第 5 5 章章 成果的主要用途和技术原理成果的主要用途和技术原理 2626 第第 6 6 章章 与国内外同类技术对比分析与国内外同类技术对比分析 2727 第第 7 7 章章 成果转化和推广应用情况成果转化和推广应用情况 3030 第第 8 8 章章 今后研发方向今后研发方向 3232 1 41 沿海沿海滩滩涂涂软软地基大型地基大型风风力力发电发电机机组组施工施工综综合技合技术术 中国十七冶集团有限公司 丁效武 陈登明 黄大清 杨兵 关健 庞遵富 第第 1 章章 研究宗旨研究宗旨 1 1 概述概述 随着我国经济高速发展 能源紧张的矛盾日益突出 特别是在东部沿海 长 三角地区能源缺乏的地区 开发新型清洁能源 风力发电是成必然的趋势 在兆 瓦级风力发电机组的商业化 大型机组的本地化 国家再生能法等鼓励政策 新 一轮风力发电投资热潮在沿海地区掀起 东南沿海地区的广东 浙江 福建 江苏属于风能资源丰富 售电市场良好 上网电价较高 筹资能力较强 随着江苏东台 如东二个国家特许权风电项目的 建设开始 沿海风电场的开发与建设进入高潮 各大电力集团公司投资的沿海风 电场 启东 如东 东台 大丰 响水 滨海 射阳 东营 海兴 黄骅等 拟建规模 超过百万千瓦 东部沿海地区是用电负荷中心 电力系统主要是火电 每年需要 从外地大量运煤 增加运输困难 燃煤造成环境的污染 沿海属于风能资源丰富 区 风能密度大约 300w m2 有效风时 3m s 达 7760h 以上 取之不尽 用之不 竭 的风资源 加之沿海大量的滩涂地 为风电场的开发提供条件 同时 搞好沿 海风电场的建设是对未来海上风电场建设在技术上的准备与积累 沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术 是中国十七冶集团有限 公司通过承建的江苏华电连云港中能联合风力发电有限公司 50 2MW 风电机组 项目 江苏华电滨海 121MW 风电场项目 中广核江苏射阳 200MW 风电项等工 程 经过不断地技术创新和总结提高 形成了技术创新 技术进步的成果 2 41 该施工综合技术的研制 针对沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工项目 地质条件复杂 技术难度大 安装高度高 并位于沿海滩涂上施工 存在以下技 术难题 1 风机基础复杂 施工难度大 江苏沿海滩涂修建风电场 海洋水文 气候条件和海底地质条件都非常复杂 其风机基础同时具有海洋结构工程 高耸结构基础 动力设备基础和复杂厚软土 地基基础的显著工程特性 给风电机组地基基础设计和建造带来了困难 2 起重机械及风机设备转运 吊装困难 风力发电塔高 叶轮直径长和风机机舱重量重 风机部件在运输中大多需要 大型起重机才能起吊 另外 江苏沿海滩涂风电场所在区域 种养殖业发达 河网鱼塘密布 防护 林多 架空线 地下管线密布 同时地质差 地耐力低 高潮位受淹 土源稀缺 造成安装 拼装 主设备现场存放 运输 主吊转场困难 吊车无法连续作业 主 吊需反复拆装 效率低 3 风电场内道路 围堰或平台建设难度大 江苏沿海滩涂原状土地耐力比较低 不能直接用作场内道路 需新建或改建 场内道路 施工难度大 工期长 造价高 道路方案需考虑海水风浪冲刷 塘堤坍 塌 路基泡水下陷 以及海堤堤坡爬降 防护林用鱼塘避让 沿海闸桥加固绕道 等各种工况 方案选择直接影响工程造价及进度 4 风机基础为大体积混凝土 且防腐要求高 施工难度大 每基风机基础钢筋混凝土量约为 500m3 直径 20m 厚度 2 7m 为大体积混 凝土 水化热控制以及风机基础具有海洋结构工程特性 结构遭受腐蚀 施工难 度大 3 41 为此 我公司通过多方案比选 优选施工方案 进行技术攻关 通过自主创 新 并研制 叶片专用吊具 专利号 ZL 2009 2 0172117 2 一种简易活动式标 高测量装置 专利号 ZL 2012 2 0427119 3 一种简易多用钢管平衡梁 专利 号 ZL 2012 2 0427119 3 和一项国家级工法 2000KW 风力发电机安装工法 GJEJGF320 2010 有效保证施工质量 降低工程成本 1 2 研究目研究目标标 1 2 1解决沿海滩涂大型风力发电机施工技术难题 提高工效 1 2 2 降低沿海滩涂大型风电项目施工成本 提高经济效益 减少项目投资 1 2 3 保证沿海滩涂大型风电项目施工安全 规避安全风险 1 4 研究的有利条件研究的有利条件 1 4 1 十七冶集团风力与太阳能发电工程技术公司有着多年陆地风电场施工的经 验 为课题研究提供了宝贵的经验 1 4 2 十七冶集团有限公司已将沿海滩涂软地基大型风电场建设研究列入公司发 展战略规划 成立了研发攻关小组 汇集了一批年富力强 具有创新能力的工程 技术人员 1 4 3 十七冶集团有限公司和业主都高度重视该项工程的进度 安全 质量以及 对环境的保护 公司不仅组织开展技术攻关 还配备了较强的施工管理人员 训 练有素的作业人员和先进的施工设备 第第 2 章章 项项目概况目概况 2 1 项项目来源目来源 江苏华电 50 2MW 风电场项目 是江苏省发展改革委设立了 江苏沿海滩涂 4 41 综合开发试验区开发利用战略研究 课题 合理开发利用沿海滩涂风力资源的基 础工作 本项目是国家 十一五 科技攻关项目 根据十七冶集团有限公司发展战 略规划 2010 年科技攻关项目计划以及我公司签订的 江苏华电 50 2MW 风电 场项目 的施工合同 为 沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术 提供 有利条件 2 2 工程工程简简述 述 2 2 1 工程工程简简介介 江苏华电连云港中能联合风力发电有限公司 50 2MW 风电机组项目发电设 备土建安装工程 工程分三个施工标段 包括 50 台风机承台基础工程 桩基 塔 筒主机安装 箱变土建安装 集电线路土建工程及杆塔架设 每台风机桩基暂定 根数 38 根 桩长 35 米 600PHC 管桩 集电线路桩长 35 米 吊装平台桩长 25 米 2 2 2 沿 沿线线地理位置 地形地貌 地地理位置 地形地貌 地质质 气候及水文情况 气候及水文情况 1 地理位置 连云港风电项目工程场址位于连云港市灌云县临港产业区海岸滩涂 六圩 港至二弯船闸的沿海区域 中心坐标为北纬 34 30 49 6 东经 119 40 6 6 面积约为 11 平方公里 风电场所在地标高在 0m 4m 之间 本报告所采用高程 均为 1985 年国家高程基准 5 41 2 地形地貌 建场址区位于连云港市灌云县临港产业区海岸滩涂 六圩港至二弯船闸的 沿海区域 灌云县属滨海平原 其间零星分布着大伊山 小伊山 亚芦山 伊芦山 罘山 张宝山等低矮孤山 其中仅大伊山海拔在 200m 以上 其它均在百米以下 拟建场区地处平原区 面积约为 11km2 现主要为人工围垦的滩涂 分布较多的 盐田 鱼塘等 属全新世洪冲击和海积平原地貌类型 成因较为简单 地形平坦 微向海边倾斜 地面平均高程在 2 5m 黄海高程系 左右 3 气候环境 连云港市处于暖温带与亚热带过渡地带 属暖温带湿润性季风海洋性气候 兼有暖温带和北亚热带气候特征 受西风带和副热带天气系统的共同影响 形成 大风的天气系统很多 冬半年常有强冷空气影响 造成偏北大风 春季有高压后 部西南大风 夏半年有温带气旋 热带气旋 台风 及强对流天气 雷雨强风 冰雹 6 41 龙卷 等 因此该地区各月都可出现大风 多年平均气温为 14 2 多年极端最高 气温为 38 8 多年极端最低气温为 13 9 从气候条件看 风能资源较为丰富 4 主要实物工程量 A 标段工程量清单 含主材 序号项目名称单位工程量 1 风机机组本体安装 台16 2 塔筒 基础环 安装 台16 厢式变压器安装台 16 机械挖土方 m3 11800 回填土方 m3 16600 混凝土 C40 m3 8654 混凝土 C15m3792 混凝土 C10m325 混凝土 C30m33620 集电线路钢管塔架 t242 集电线路水泥杆直径 400 m 2328 集电线路水泥杆横担钢材 t46 PHC 管桩 直径 600 m 29061 钢筋 t904 B 标段工程量清单 含主材 序号项目名称单位工程量 1风机机组本体安装台20 2塔筒 基础环 安装台20 7 41 3厢式变压器安装台20 4机械挖土方m313000 5回填土方m319000 6混凝土 C40 m310075 7混凝土 C15m3990 8混凝土 C10m328 9混凝土 C30m33620 10集电线路钢管塔架t242 11集电线路水泥杆直径 400m 2328 12集电线路水泥杆横担钢材t46 13PHC 管桩 直径 600m 34381 14钢筋t1095 2 3 技技术难术难点点 2 3 1 风机基础复杂 施工难度大 江苏沿海滩涂修建风电场 海洋水文 气候条件和海底地质条件都非常复杂 其风机基础同时具有海洋结构工程 高耸结构基础 动力设备基础和复杂厚软土 地基基础的显著工程特性 给风电机组地基基础设计和建造带来了困难 2 3 2 起重机械及风机设备转运 吊装困难 风力发电塔高 叶轮直径长和风机机舱重量重 风机部件在运输中大多需要 大型起重机才能起吊 另外 江苏沿海滩涂风电场所在区域 种养殖业发达 河网鱼塘密布 防护 林多 架空线 地下管线密布 同时地质差 地耐力低 高潮位受淹 土源稀缺 造成安装 拼装 主设备现场存放 运输 主吊转场困难 吊车无法连续作业 主 8 41 吊需反复拆装 效率低 2 3 3 风电场内道路 围堰或平台建设难度大 江苏沿海滩涂原状土地耐力比较低 不能直接用作场内道路 需新建或改建 场内道路 施工难度大 工期长 造价高 道路方案需考虑海水风浪冲刷 塘堤坍 塌 路基泡水下陷 以及海堤堤坡爬降 防护林用鱼塘避让 沿海闸桥加固绕道 等各种工况 方案选择直接影响工程造价及进度 2 3 4 风机基础为大体积混凝土 且防腐要求高 施工难度大 每基风机基础钢筋混凝土量约为 500m3 直径 20m 厚度 2 8m 属大体积混 凝土 水化热大以及具有海洋结构工程特性 结构遭受腐蚀 施工难度大 2 4 国内外国内外应应用案例分析用案例分析 2 4 1 国外一些国家如 丹麦 英国 瑞典 德国 爱尔兰 荷兰等沿海滩涂软地基 大型风力发电机风电场建设尚无成熟经验 安装成本高 投资增大 2 4 2 目前 国内沿海滩涂软地基大型风力发电机安装 也多采用陆上吊装方法 风险大 成本高 2 4 3 机组整体重量重 体积庞大 从施工机械上考虑 大型起重吊资源匮乏 不 利于降低成本 技术风险太大 2 5 综综合技合技术术路路线线 为了达到本工程研制技术项目的目的 十七冶集团公司成立课题研制小 组 进行技术攻关 大胆创新 借鉴我公司在多年在陆地风电场施工成熟经验 制定详细施工技术方案 在江苏华电连云港中能联合风力发电有限公司 50 2MW 风电机组项目工程中 我公司通过多方案比选 优选施工方案 进行技 术攻关 通过自主创新 对下部 PHC 桩基施工 研发了 一种简易活动式标高测 9 41 量装置 专利号 ZL 2012 2 0427119 3 专利技术 有效保证 PHC 桩高度控制 上部塔架 风机安装 通过自主研制的分体与散装相结合技术 并研制 叶片专用 吊具 专利号 ZL 2009 2 0172117 2 一种简易多用钢管平衡梁 专利号 ZL 2012 2 0427119 3 和一项国家级工法 2000KW 风力发电机安装工法 GJEJGF320 2010 有效保证施工质量 降低工程成本 确保安装人员安全 施工 技术属国际首创 主要研制综合技术包括 1 对下部 PHC 桩基施工 采用活动式标高测量技术 有效控制施工质量 2 对上部大型风力发电机安装施工 采用分体与高空对接技术 3 研发了 叶片专用吊具 专利技术 有效保证叶片吊装的平稳性 4 研发了 2000KW 风力发电机安装工法 有效降低施工成本 第第 3 章章 沿海沿海滩滩涂涂软软地基大型地基大型风风力力发电发电机机组组施工施工综综合技合技术术 3 1 软软地基地基场场内道路施工技内道路施工技术术 江苏华电连云港中能联合风力发电有限公司 50 2MW 风电机组项目 由于 沿线河塘及浅滩地段的淤泥层厚较厚 石方抛填体能否穿透落底或保持稳定是 软基处理成功与否的关键所在 关系到整个工程质量 投资和进度 根据现场踏 勘及对该地域地质成因的了解 该地域河塘及浅滩淤泥层厚度估计在 3 18m 之 间 淤泥层下部有可能存在一层俗称 铁板砂 的含砂量很高的淤泥质砂层 其抗 穿透能力较强 承载力低 经我公司多方案比较 研究 最终确定采用竹排 抛石 挤淤技术 竹排 抛石竹排 抛石挤挤淤淤法 法 沿海滩涂原状土地耐力比较低 不能直接用作场内道路 需新建或改建场内道路 施工难度大 工期长 造价高 为了解决沿海滩涂道路 10 41 平台软地基承载力低难题 采用竹排 抛石挤淤技术 确保道路运输 平台承载力 难题 图 1 道路宽6m 山皮石简易硬化道路 抛石挤於 清於后塘底 木桩护栏 竹排垫层 河塘常年最高水位 图 1 道路施工示意图 竹排 抛石挤淤法 3 1 1 路堤石方抛填原则 1 路堤填筑分级加载控制 塘坝填筑采用分级加载方式施工 填筑分级层面相对标高暂定为 2 5m 5m 7 5m 实际施工时根据路堤沉降速率作适当调整 填筑施工时 严格控制分 级加载瞬时日沉降值和下一级加荷的日沉降量控制值 该值设计有明确要求时 严格按设计要求施工 实际施工时应根据设计图纸的加载程序 加荷曲线及现场原位观测结果确 定 路堤填筑遵循先深后浅 先点后线 薄层轮加 全断面均匀上升的原则 1 路堤抛填施工方法规划原则 路堤抛填采用陆抛方式进行 海滩地段在 平均潮位以下候潮施工 从两头对进施工 2 石料供应 本工程的抛填石料均从周边采石场采购 采用 15 20t 自卸车 运输 直接进入施工作业面 3 路堤施工按照三级加载要求进行分层填筑作业 每一加载层的填筑视其 11 41 填筑层厚度分成单层或多层填筑 施工分层厚度一般控制在 1m 左右 为防止过 大沉降 抛填石料前铺设 2 4 层竹排 本工程堤身采用陆抛方式施工 平均潮位以下部分 候潮施工 配置 15 20T 自卸汽车抛填 其施工工艺流程 见图 2 附图 2 路堤抛石施工流程图 3 1 2 填筑施工 抛填施工时各工作面均采用陆上抛填方法施工 道路两端的两个工作面相 向进行进占立抛填筑 陆抛采用自卸车进占法立抛施工 装载机从开挖石料场装 15 20t 自卸汽车运输填筑 立抛时采用分层流水阶梯式向前进占式抛填 推土 机配合整平 填筑抛填镇压层表面等有理砌要求的面层石料时 要求调整石料场 开采爆破参数 获取较大粒径的块石料 保证面层理砌石粒径符合设计要求 1 抛填石料前铺设 2 4 层竹排 减少抛石挤淤沉降量 见图 3 4 2 施工分层 陆上抛填参考设计加荷曲线和原位观测值记录 严格控制施工 石料采购 石料运输石料抛投 断面不足处补抛 填筑断面测量检测 推土机平仓 沉降 位移观测 中期交工验收 观测结果满足加载要求 下一级加载填筑施工 铺设竹排 12 41 过程中的堆载预压时间及分级加载高度和加载速率 施工分层首先必须满足分 级加载的要求 确保坝体施工的稳定安全 在满足分级加载要求的情况下 一次 加载层视其填筑厚度采用单层立抛填筑 加载时间间必须根据实测沉降 位移变 化速率确定 保证满足设计加载控制要求 若设计没有明确要求时 一般可按下 列要求控制 地表沉降速率控制标准 Smax 25mm d 最大水平位移速率控制标准 Mmax 10mm d 超静孔隙水压力控制标准 Ar 0 6 其它监测项目控制标准 数值不能出现异常变化 若有一项达不到要求 立即停止填筑 必须采取相应措施 根据以上要求 结合设计加载曲线图控制加载速率 图 3 铺设 2 4 层竹排 图 4 石料分层填筑 3 抛填 抛填石料以设计要求的大小 重量为宜 抛填时要大小搭配 石料要 求石质坚硬 遇水不易破碎及水解 湿抗压强度不小于 30Mpa 级配连续 含泥 量不大于 3 15t 自卸车运送石料至坝头 然后大功率推土机或反铲挖掘机整平 使堤身初步达到设计的断面 填筑时应根据理论计算沉降量超填预沉降部分 并 经沉降稳定后 再把堤身按设计轮廓要求用挖掘机整理成型 陆上抛投第一层石 料需候潮作业 每隔 200m 设置高台 以便下一流水段施工的陆上施工机械在候 潮时退至高台 坝顶及简易路面硬化结构层填筑采用压路机碾压密实 图 5 13 41 图 5 石料抛填 3 2 滩滩涂涂 PHC 管管桩桩施工控制技施工控制技术术 江苏华电连云港中能联合风力发电有限公司 50 2MW 风电机组项目发电设 备土建安装工程 工程分三个施工标段 包括 50 台风机承台基础工程 桩基 塔 筒主机安装 箱变土建安装 集电线路土建工程及杆塔架设 每台风机桩基暂定 根数 38 根 桩长 35 米 600PHC 管桩 集电线路桩长 35 米 吊装平台桩长 25 米 针对承台基础 PHC 桩施工是风机基础的关健 研发 一种简易活动式标高测 量装置 专利号 ZL 2012 2 0427119 3 解决承台基础 PHC 桩沉桩标高控制的 技术难题 有效保证桩的沉桩质量 3 2 1 一般要求 1 根据施工图纸规定的桩位 桩型 桩径 桩长 复勘场地地质条件和持力 层埋藏深度 根据设计要求选择合适的成孔和成桩施工机具设备 包括打桩 锤 击和压桩等的压力机械 2 成孔和成桩设备安装就位应平整和稳固 确保施工中不发生倾斜 移动 在桩架或管桩上应设置用于施工中观测深度和斜度的装置 3 桩基工程施工时 对一些特殊地质条件下的风机基础 群桩的第一根桩 必要时第二根桩 应进行试打 具体风机点位由设计指定后 按施工图纸的规定 和监理人的指示 进行成桩试验 以检验施工参数和工艺以及桩长 并将试验成 果报送监理人 3 2 2 施工前准备 1 桩基施工应满足 建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB50202 2012 有关条款的规定 2 施工前应对进入现场的成品桩 焊接用焊条等进行质量检验 满足 建筑 14 41 地基基础工程施工质量验收规范 GB50202 2012 规定的桩长允许进入施工 3 2 3 工艺流程 打桩机就位 挂吊桩绳索 起吊桩顶部插入桩帽 桩尖插 入桩位并双向初步校正 打冷锤 2 3 击检查桩身稳定 校正桩身垂直度 正式 打桩 做好记录 送桩至设计标高 或满足贯入度控制要求 3 2 4 沉桩 1 施工过程中应经常检查桩的贯入情况 桩顶完整状况 电焊接桩质量 桩 体垂直度 电焊后的停歇时间等项目 2 沉桩方式 采用锤击法沉桩 采用重锤轻击 落距为 1 5 2 0m 并根据不 同桩长调整落距 3 沉桩锤重为 8 0t 4 锤击法沉桩时应选择适宜的桩帽和衬垫 锤击沉桩时宜重锤低击 开始落 距较小 待入土一定深度且桩身稳定后再按要求落距进行 一根桩原则上应一次 打入 中途不得人为停锤 确需停锤 亦应尽量缩短停锤时间 5 接桩均采用钢端板焊接法 焊接型式与要求按照图集 苏 G03 2002 执 行 桩段顶端距地面 1m 左右就可接桩 接桩前先将下段桩顶清洗干净 加上定 位板 然后把上段桩吊放在下段桩端上 依靠定位板将上下桩段接直 接头处如 有空隙 应采用楔形铁片全部填实焊牢 拼接处坡口槽电焊应分层对称多人同时 进行 尽量在 15 分钟内完成 焊接时应采用措施减小焊接变形 焊缝应连续饱 满 焊后应清除焊渣 检查焊缝饱满程度 对接头外露金属部分 在打入土之前 应再次涂刷防锈涂料 接桩后待焊缝降温八分钟后再施打 严禁用水冷却或焊好 即打 6 打桩顺序为先内圈后外圈 同圈内打桩时宜跳打 15 41 7 当由于挤密原因引起沉桩困难或地面隆起时 可采取预钻孔 钻孔直径不 大于 550mm 孔深不超过桩长的 1 3 或控制打桩速度 跳打 延长时间隔等措 施 8 沉桩过程中应认真 准确的作好沉桩计录 计录内容至少应包括 桩号 沉 桩开始时间 沉桩结束时间 中途间歇时间 前一半桩长时的锤击数 后一半桩 长每一米的锤击数 最后 3 阵级的贯入度 最后 30cm 的锤击数 9 预应力管桩桩顶与风机承台应可靠连接 3 2 5 终止沉桩 本工程终止沉桩的条件以桩长控制为主 所有的桩均应尽量沉至设计高程 当桩端进入持力层 桩长未达到设计要求 但总锤击数超过 1500 击或最后一米 锤击数超过 400 击或最后三阵 每阵 10 击的贯入度均小于 1 5cm 时 并且桩 打入长度不小于 27m 报监理人员确认后 可终止沉桩 若总锤击数超过 1500 击或最后一米锤击数超过 400 击或最后三阵 每阵 10 击的贯入度均小于 1 5cm 时 但桩打入长度小于 27m 时 应改用在原有桩尖上增加穿透能力型的 桩尖 施打后若满足上述标准 报监理人员确认后 可终止沉桩 施打后若不满 足上述标准 应打至总锤击数超过 1500 击或最后一米锤击数超过 400 击或最后 三阵 每阵 10 击的贯入度均小于 1 5cm 时停锤 当桩顶达到设计高程后 锤击数应满足总锤击数不小于 450 击和最后一米 锤击数不小于 50 击 否则应继续打桩直至满足以上条件 即总锤击数不小于 450 击和最后一米锤击数不小于 50 击 当遇到下列情况之一时 应暂停打桩 并将沉桩计录报告再场监理 分析原因 采取相应措施 1 桩头打碎或桩身出现裂缝 2 桩身严重偏移 倾斜 16 41 3 打桩时 当桩长超过 40 米仍然未达到最后 1 米 50 击 但超过最后 1 米 30 击时 可停止打桩 报监理和设计确认后以此桩长作为该机位的实际配桩进行 施工 若未达到本条标准 应继续施打直至满足最后 1 米锤击数 30 击的标准 3 2 6 沉桩允许偏差 预应力混凝土管桩沉桩允许偏差 1 水平 100mm 2 垂直 20mm 50mm 3 垂直度偏差 0 5 3 2 7 预应力管桩的检测和检验 1 沉桩完成后 施工单位应负责对沉桩质量的初步自检 2 沉桩完成后 应对本工程所有管桩进行承载力和桩身完整性检测 3 沉桩完成后 施工单位应于 24h 内将完整打桩记录报送监理单位 3 3 大体 大体积风积风机承台混凝土基机承台混凝土基础础施工技施工技术术 江苏华电连云港中能联合风力发电有限公司 50 2MW 风电机组项目 风机 承台基础采用 PHC 桩承台基础工程 针对 PHC 桩 大体积混凝土 基础防腐施 工技术难题 制定科学的施工方案 严格控制施工程序 提高混凝土保护层厚度 混凝土保护涂层 掺加钢筋阻锈剂 在满足泵送的条件下控制混凝土用较小坍落 度 确保混凝土防腐要求 3 3 1 平台抛石挤淤前满铺 2 4 层竹排 减少沉降 1 5m 2 5m 大大降低 了填筑成本 提前了工期 质量易保证 在类似软土地基填筑工程中值得推广 3 3 2 软土地基打桩及承台开挖应注意以下几点 1 桩机平台铺设一层厚度 300 500mm 粒径 300mm 的碎石 便于桩机行 走 见图 6 7 2 滩涂软土地基地质条件复杂 每个风机承台正式打桩前 先打 1 2 根试 桩 根据试桩记录和停锤标准 由设计确认桩长和桩的根数 然后配桩及正式打 桩 3 挖土时间应在打桩全部结束并停顿一段时间 约 15 30 天 为宜 4 开挖过程中应放坡 放坡不应大于 1 4 桩顶到桩边平台高差不应大于 1 0 米 并且在开挖过程中应做好保护措施 防止土体侧向位移挤压基桩 5 开挖时 邻近四周不得有震动 宜分层对称均匀挖土 高差不宜过大 特 别在软土区的基坑开挖土面高度应保持均匀 高差不宜超过 1m 特别注意在挖 17 41 到承台桩时必须予留 0 5m 然后由人工清除到桩顶有效位置 确保基坑内桩体不 受损坏 其它高出地面的桩 禁止损坏 6 采用机械开挖时 严禁机械碰撞桩头 7 严禁基坑周边堆载 8 禁止挖掘机一挖到底的违纪现象 这很容易发生因挖土过快过深 引起边 坡过陡 土体高差悬殊造成基坑中卸载过速 土体失稳 产生侧压力造成淤泥向 基坑内蠕动 基地翻涌而引桩起身上浮 倾斜和断裂等事故 9 开挖后承台底部范围内采用块石回填 回填深度为垫层以下 0 5 米 填石 完成后 采用中粗砂进行灌缝压实 填石时要边开挖边回填 保证群桩顶部形成 一个整体 图 6 平台铺填 300 500mm 碎石 图 7 桩间块石嵌固 10 承台做好后 周边应回填 1 2 米宽 长桩为 1m 宽 短桩为 2m 宽 级 配良好的块石 分层填筑 回填深度为 从垫层以下 0 5 米 到承台底面向上 1 1m 止 即与承台边缘平齐 应碾压密实 增加风机承台基础的土体稳定性 11 风机承台底部打 PHC 管桩是解决软土地基承载力最可行的方法之一 在本工程得到有效的应用 打 PHC 管桩具有工艺简单 工期短 造价低 操作简 便 质量易控制等特点 软土地基处理采用打 PHC 管桩具有广泛的推广价值 12 原主吊平台设计满铺毛石 后经我公司科技创新 建议采用主吊履带下打 24 根 23m 长 PHC 管桩 经设计核算满足承载力要求 减少毛石填筑 1 万 m3 左 右 只此一项降低业主投资 100 万左右 见图 8 9 主吊平台下打 24 根 PHC 桩 保证了风机吊装的安全 18 41 图 8 主吊吊装平台 PHC 桩设计 图 9 吊装平台打 PHC 桩 3 3 3 大体积砼裂缝的控制措施 1 砼裂缝原因分析 大体积砼结构 由于体积庞大 砼浇筑后 由于水泥水化热引起浇筑块体 内部温度显著升高 同时由于砼表面散热较快 形成较大的内外温差 形成内约 束 产生较大的温度应力 达到一定数值时 会在砼表面产生裂缝 这种裂缝多 发生在砼浇筑的初期 当砼冷却时 由于逐渐散热冷却产生收缩 加上砼失水引起的体积收缩变形 再加上砼硬化过程中砼自身的收缩 这两种收缩受到地基为结构边界条件的外 约束 会产生很大的收缩应力 如果收缩应力超过当时砼极限抗拉强度 则从约 19 41 束面开始向上开裂成收缩裂缝 严重时可能产生贯穿裂缝 从而影响砼结构的整 体性 耐久性及正常使用 2 大体积砼温控指标要求 对砼裂缝的控制实际上主要为对砼温升 里外温差及降温速度的控制 根 据 GB50496 2009 大体积砼温控指标 1 砼在浇筑入模温度基础上的最大温升值应 50 2 砼内外温差 不含砼收缩的当量温度 25 3 砼表面温度与其周围环境大气温度之差 20 4 砼降温速度控制在 2 0 天之内 3 大体积砼裂缝的控制 1 砼浇筑之前质量控制 a 砼原材料的选择 配合比设计及降低砼的入模温度控制 b 如果运送到现场的砼坍落度过小 适合添加随车带的高效减水剂 搅拌均 匀后方可继续使用 c 根据运输路途远近 罐车大小及泵车输送能力确定罐车的数量 且冬期雨 雪天气要考虑防滑措施 以保证现场砼浇筑的连续性 2 砼浇筑过程中质量控制 a 砼浇筑采用 斜面分层 施工方法 同时根据砼初凝时间及砼分层浇筑需用 量确定砼的供应能力 b 根据泵送浇筑时自然流淌形成一个坡度的实际情况 在每道浇筑带前后布 置三道振捣棒 前道振捣棒布置在底排钢筋处和砼坡脚处 确保下部砼密实 后 道振捣棒布置在砼卸料点 解决上部砼的捣实 20 41 c 在砼浇筑过程中 上层砼振捣实应在下层砼初凝前完成 且振捣棒下插 5cm d 振捣要采取快插慢拔的原则 且振捣棒略微上下抽动 使振捣密实 振捣时 间不要过长 一般控制在表面出浮浆且不再下沉为止 e 在砼浇筑过程中做好防雨雪工作 同时及时排除砼泌水 上浮的泌水和浮 浆顺砼面流到坑底 随砼向前推进 由集水坑处抽排以提高砼的表面强度 f 在砼浇筑过程中 可采用二次振捣法振捣 以提高砼的密实度 从而提高砼 抗拉强度 g 砼排除泌水和浮浆后 表面仍有较厚的水泥浆 在砼浇筑后一定要认真处 理 按标高用长刮杆刮平 用木抹子搓压 拍实 在接近终凝前 用木抹子搓毛压 光不少于两次 使收缩裂缝闭合 然后覆盖保温材料之前喷洒热水确保砼面湿润 保温材料厚度根据大体积砼表面上部点的温差值而定 3 砼浇筑后质量控制 当气温低于 2 时 砼内孔隙和毛细管中的水分逐渐冻结 水化作用完全停 止 由于水冻结后体积膨胀 使砼结构遭到破坏 最终导致砼强度和耐久性能降 低 因此在砼浇筑后 必须加强砼养护工作 a 加强砼养护措施 经过计算在砼终凝后及时层铺设一层塑料薄膜 一层黑心棉 一层麻 袋进行保温保湿与养护 使砼表面不致快速散热 以控制砼内外温差在允许范围 25 以内 并保持砼表面湿润 防止产生表面裂缝及脱水产生干缩裂缝 且水温与 砼表面温度不宜相差太大 以防因补充水份使砼表面温度陡降而引起砼内表温 差过大 21 41 b 加强砼浇筑后的温度监测与控制 砼内部温度在浇筑完毕后 5 天为升温阶段 温度峰值约维持 1 天左右后开 始转为降温阶段 监测次数是每昼夜不少于四次 在监测砼内部温度的同时监测 环境温度 记录所测温度数据 绘制各截面温度变化曲线 对温度数据及温度曲 线进行分析和预测 以温控指标为标准决定是否采取局部或全部加厚 减薄 保温 层的措施 以达到调控砼温差的目的 3 4 大型大型风风力力发电发电机机组组安装施工技安装施工技术术 中国华电江苏灌云风电场 位于连云港市灌云县临港产业区沿海狭长滩涂 面积约为 11 平方公里 风电场所在地高程在 0m 4m 之间 风机布置在盐田和 渔塘之间 地质资料显示 地基下为约 20m 深流塑状无承载力的淤泥土层 属江 苏沿海或全国最差风场地基 在最差地基安装全国最大 2MW 风机 安全风险是 首要问题 该项目总装机容量为 100MW 单机容量为 2 0MW 采用重庆海装公司与德 国 Aeroden 公司联合开发的 H93 2 0MW 常温型双馈式风力发电机组 该风机是 目前国内陆上最大机型 风机塔筒高度 80m 机舱重量 96t 含工装 叶轮直径 93m 三项指标均属国内之最 3 4 1 吊装机械吊装机械选选型型 本工程 2MW 风机设备主要包括 四节塔筒 机舱 轮毂和三个叶片组成 其 中最关键的是机舱和叶轮的安装 机舱安装最大高度为 85 16m 重 96t 为该工 程中安装位置最高最重的部件 叶轮直径 93m 是安装位置最高 且受风面积大的 部件 在 确保安全 优化配置 的原则上进行吊装机械的选择 3 4 2 设备设备的吊装的吊装质质量量计计算 算 G设备吊装重量 G0 G1 G2 其中 G设备吊装重量 实际载荷 单位 t 22 41 G0 风机设备的实际重量 单位 t G1 吊车吊钩的重量 单位 t G2 吊锁具的重量 单位 t 3 4 3 吊装机械的吊装机械的选择选择 机舱重量 93 4t 安装高度 83 66m 机舱专用吊具重量 3t 叶轮重量 43t 安装高度 83 66m 叶轮专用吊具重量 0 5t G 93 4 3 3 99 4 t G 43 3 0 5 46 5 t 通过计算及综合分析 选用 SCC6500 型履带式起重吊车 SFL 工况 主臂 90m 固定副臂 12m 180t 配重 20m 工作半径 额定起重量 111t 即可满足机舱 和叶轮以及叶片的吊装 同时选用 250t 汽车吊 80t 履带吊和 25t 汽车吊配合吊 装和塔筒卸车 3 4 4 沿海沿海滩滩涂涂软软土地基土地基处处理理 灌云风电工程地处第四系湖积 冲洪积和海积平原地貌类型 地表浅层各地 层的成因及物理力学性质为 1 人工堆积素填土 层号 杂色 松散 很湿 以粉质粘土为主 含植物根茎 厚度 1 20 2 50m 2 淤泥质粘土 层号 灰褐色 流塑 稍有光泽 无摇震反应 干强度中等 韧性中等 土质较均匀 含有机质 厚度 5 00 6 50m 3 淤泥 层号 1 灰黑 流塑 稍有光泽 无摇震反应 干强度中等 韧性中等 土质不均匀 含有机质 厚度 3 00 5 20m 4 淤泥质粘土 层号 青灰色 流塑 稍有光泽 无摇震反应 干强度中等 韧性中等 局部夹粉土薄层 厚度 5 00 7 50m 23 41 5 粉质粘土 层号 灰黄色 可塑 局部软塑 稍有光泽 无摇震反应 干强 度中等 韧性中等 含较多姜石 局部夹粉土薄层 厚度 1 80 9 50m 以下土层略 由此可见 流塑淤泥土层是无法满足风机吊装地基承载力 25MPa 要求 为了保证吊装平台地基承载能力符合设计要求 特别是保证 650t 履带吊车 在吊装过程中不会产生不均匀下沉 我们采用了灰土平台承载试验 石料平台堆 载试验等方法进行试验 证明该地基无法满足安全吊装要求 最终选择了在每条 履带位置的 15 1 5m 范围 各打 12 根长约 24 35m 的 PHC 管桩 并用焊接 H 型钢矩形桁架梁 将桩顶连接成整体 梁上满铺 60mm 厚路基箱钢板方案 实施 效果非常好 保证两条履带板均匀下沉 吊车整体倾斜度不大于 5 确保了 50 台风机安全吊装无事故 3 4 5 风风机安装方法及控制要点机安装方法及控制要点 1 安装工 安装工艺艺流程流程 如图 10 所示 机舱配件组装 基础环验收 第一段塔筒安装 控制柜开箱 塔筒抬吊 控制柜安装就位 第二段塔筒安装 第三段塔筒安装 第四段塔筒安装 机舱吊装 塔筒配件准备 24 41 图 10 2MW 风力发电机组安装工艺流程图 2 基 基础环验础环验收收 基础环检查包括以下三方面内容 1 用水平仪检查基础环法兰面水平度是否在设计值 1mm 范围内 并与工序 交接资料相符 2 检查基础法兰面有无损坏 锈蚀或混凝土等污染物 若有 应用钢丝刷和铁 砂纸认真清除法兰面上的铁锈或杂物 如法兰面或防腐层有损坏时 应报监理 设备厂家同意后用锉刀研磨平整并补刷防腐层 3 检查基础环内侧面 0 360 方位标记与塔筒底法兰方位对应 并重点检查 塔筒门方向与设计方位是否对应 3 塔筒吊装 塔筒吊装 本工程四节塔筒直径为 4 2 3 005m 最重段 45 067t 最长段 30 824m 塔筒总高 77 261m 其安装程序及控制要点为 1 塔筒检查 对塔筒运输 卸车可能引起的损坏 变形 表面油漆刮擦等进行 检查 如存在问题 应及时报业主 监理和设备厂家确定处理后方可吊装 2 安装准备 塔筒安装前 将灭火器 灯具 电缆等在地面组装完成 将高强螺 栓 配件 工器具等准备齐全置于塔筒相应位置 尽量减少空中作业工序 3 吊具安装 在拆除塔筒支撑架的同时 安装专用吊具连接板 叶轮地面组装叶轮吊装 电气接线 单机调试 并网发电 25 41 4 塔筒抬吊 以 650t 履带吊为主吊机 QUY80 履带吊为辅助吊机 吊起塔筒 离开地面 慢慢将塔筒由水平状态吊至垂直状态 然后 QUY80 履带吊松钩 1 台 主吊机将下段塔筒吊装就位 如图 11 所示 5 塔筒安装 在塔筒内侧安装螺栓及垫圈螺母 用电动扳手将一圈螺栓预拧紧 图 11 6 螺栓紧固 按照紧固力矩表中规定的紧固力矩设置液压扭力扳手 并按对角 方式全部紧固螺母 然后画上标记 7 螺栓终拧 四节塔筒全部安装完成后 应从上到下对高强螺栓对称地进行第 二次力矩紧固 使其达到设计力矩要求 图 11 塔筒安装 4 机 机舱舱安装安装 本工程 H93 2 0MW 机舱外形为 11 6 4 0 3 9m 自重 93 4t 含工装 96t 其安装程序及控制要点为 1 机舱检查 对塔筒运输 卸车可能引起的损坏 变形 表面油漆刮擦等进行 检查 如存在问题 应及时报业主 监理和设备厂家确定处理后方可吊装 2 安装准备 1 清洁机舱 特别是清洁机舱与叶轮连接法兰的锈蚀和油污 2 修复油漆破损处 暴露的接合处使用硅密封材料连接 26 41 3 安装超声波风向标和风速仪 4 将机舱安装和叶轮安装的螺栓 配件 工器具放入机舱安全位置 5 连接机舱专用吊具 稍起后拆除机舱工装 3 机舱吊装 平稳慢起机舱 调整方位角度 并用两条揽风麻绳来控制机舱摆 动 如图 12 所示 4 机舱就位 塔顶安装人员指挥吊机将机舱法兰与塔筒顶部法兰对接 并穿入 螺栓 用电动板手全部紧固 5 螺栓紧固 用液压扳手对称地进行螺栓预紧 第一次 50 然后将吊机松钩 并拆除吊具 6 螺栓终拧 用液压扳手对称地进行螺栓的第二次力矩紧固 第二次 100 使其达到设计力矩要求 图 12 机舱吊装图 5 叶 叶轮轮安装安装 本工程叶轮直径 93m 重 46 2t 单个叶片长 45 3m 重 8 3t 轮毂重 21 3t 其安装程序及控制要点为 1 叶轮检查 分别对轮毂 叶片运输 卸车可能引起的损坏 变形 表面油漆刮 27 41 擦等进行检查 如存在问题 应及时报业主 监理和设备厂家确定处理后方可吊 装 2 安装准备 1 在叶轮吊装回转半径上选择方便叶轮组装的位置 用木垫板垫在轮毂法兰的 凸缘处 使轮毂离地面 50mm 左右 放平放稳轮毂 2 清洁轮毂 叶片 特别是清洁轮毂与叶片连接法兰的锈蚀和油污 3 修复油漆破损处 在叶片重心点加叶片保护器固定吊装索具 慢慢起吊后将 叶片安装到轮毂上 4 将穿入轮毂的所有螺栓上好垫片和螺帽 用电动板手坚固所有螺栓 5 每个叶片组装后 辅吊不松钩保护 直到第三片叶片安装螺栓坚固后 三台吊 车同时松钩 6 用液压力矩扳手对称进行螺栓的二次打压紧固 达到规定的力矩要求 如图 4 所示 7 吊具安装 将主吊车专用吊具安装在两叶片的根部 辅吊吊具固定在叶片的 尾部 同时在主吊具的两个叶片尾部设置揽风绳 控制叶轮提升过程的摆动和碰 撞 8 叶轮吊装 主 辅吊车配合抬吊 将叶轮提升到一定高度后 辅吊停止提升旋转 配合 直到叶轮接近垂直状态摘钩退出吊装 图 13 9 叶轮就位 塔顶安装人员指挥吊机将叶轮法兰与机舱法兰对接 并穿入螺栓 用电动板手全部紧固 10 螺栓坚固 用液压扳手对称地进行螺栓预紧 第一次 50 然后将吊机松钩 并拆除吊具 28 41 11 螺栓终拧 用液压扳手对称地进行螺栓的第二次力矩紧固 第二次 100 使其达到设计力矩要求 图 13 叶轮吊装 6 电电气安装气安装 风机吊装完成后 电气人员按 2 0mw 风力发电机组风场安装手册 和 风 力发电机组装配和安装规范 GB T 19568 2004 的要求 进行机舱 塔筒内高压 电缆 控制电缆及其它电气工程的安装 第第 4 章 关章 关键键技技术术和和创创新点新点 4 1 关关键键技技术术 4 1 1 竹排 抛石挤淤技术法 沿海滩涂原状土地耐力比较低 不能直接用作 场内道路 需新建或改建场内道路 施工难度大 工期长 造价高 为了解决沿海 滩涂道路 平台软地基承载力低难题 采用竹排 抛石挤淤法 确保道路运输 平 台承载力难题 4 1 2 承台基础 PHC 桩控制技术 滩涂天然基础不能满足风机对基础的要 求 一般选用 PHC 桩承台基础 PHC 桩采用摩擦桩 控制沉桩标高准确度 是保 29 41 证桩承载力的关健 4 1 3 确保风机基础混凝土连续浇筑 制订科学经济的混凝土防腐方案 为保证风机基础大体积混凝土质量 应优选直接向当地商品混凝土搅拌站 采购商混凝土 在难于满足时采取自建集中搅拌站 机位平台填筑 挖土 垫层 施工 基础环 或地脚螺栓 埋设 钢筋绑扎 模板支护 混凝土浇筑 混凝土养护 防腐 回填等形成流水作业 有利于人力组织 节省投资 提高混凝土保护层厚度 混凝土保护涂层 掺加钢筋阻锈剂 在满足泵送的 条件下控制混凝土用较小坍落度 确保混凝土防腐要求 4 1 4 选择合理的主吊 设计经济安全的安装平台 针对各机位地形设计详细的吊装方案 根据布机方案 结合各机位所在地貌 工况 设计合理的吊装方案 平台修筑尺寸 优先利用现有邻近通道 海堤 鱼埂 海防路等 选择合理的吊装机械 主吊选择 吊装机舱时吊车的负荷率宜为 82 87 对风机设备组件摆放位置 受地形 地貌 鱼塘 滩涂及最大工作半 径等影响 进行设计优化 保证吊装工作的安全 因现场地耐力极低 充分利用履带式起重机履带的支撑面积较大 对地面的 要求也相对较低的优点 优先选用履带式起重机 同时垫路基板 确保转场安全 在部分吊车负荷率可以满足要求情况下选用轮胎式起重机 针对机舱和叶片 在现场设立临时存放场地 设备到货后集中存放在临时仓 库 安装时再二次运输到吊装点 为了节约运输的成本 塔筒采用一次到位的方 式 在设备到达现场前对场地进行策划 使场地符合风机设备安装的要求 4 2 创创新点新点 4 2 1 针对沿海滩涂原状土地耐力比较低难题 道路 平台 竹排 抛石挤淤法 30 41 解决道路 平台承载力低难题 提高道路通过的安全性 4 2 2 承台基础 PHC 桩施工是风机基础的关健 研发 一种简易活动式标高测量 装置 专利号 ZL 2012 2 0427119 3 解决承台基础 PHC 桩沉桩技术难题 有 效保证桩的沉桩质量 4 2 3 针对大型风力发电机重量重 安装高度高技术难题 研发了 叶片专利吊具 专利号 ZL 2009 2 0172117 2 一种简易多用钢管平衡梁 专利号 ZL 2012 2 0427119 3 有效保证安装质量 4 2 4 针对大体积风机基础及防腐难题 选择先进施工工艺 控制配合比 提高保 护层厚度 掺加钢筋阻锈剂并采用阳极保护 在满足泵送的条件下控制混凝土用 较小坍落度 确保混凝土防腐要求 4 2 5 合理优化吊装平台 原设计吊装平台为 35x70m 通过合理优化设计 将吊 装平台设计为 35x50m 利用底端塔筒 中段底节塔筒一次就位安装 减少平台占 地面积 降低成本 在主吊车站位位置 为了提高地基承载力 满足吊装要求 通 过创新 在吊车履带位置 每边各打 12 根 PHC 桩 上铺一层 60 厚的钢板 既保 证了吊装安全 减少石方填量 有效降低成本 节约投资 31 41 第第 5 章章 成果的主要用途和技成果的主要用途和技术术原理原理 5 1 成果研成果研发发的意的意义义 发展可再生能源是应对气候变化 优化能源结构 解决能源和环境问题的关 键 是调整国内能源战略 转变电力发展方式的重要内容 随着全球范围内石油 煤炭等化石能源紧缺状况的进一步加剧 许多国家都在大力提倡节能减排的低 碳型经济发展模式 中国风能资源储量巨大 风力发电是一种清洁能源 开发风 力发电是可持续发展能源的途径之一 沿海地区的风电发展近年来逐渐火热 与西北传统的陆地发电相比 沿海风 电具有风力资源持续稳定 风速高 风机单机容量更大的优势 海上风力发电效 率高 在规模经济效益上优于陆上风电 海上风电场主要在潮间带 滩涂及近海 海域 能够在退潮期间享受陆上施工的便捷条件 相对成本低 江苏省海岸线 954 千米 位于风能丰富区 拥有 900 多万亩的可利用滩涂面 积 占全国 1 4 居全国各省之首 并拥有世界最大的海岸外辐射沙洲 数量 70 余 个 可承载 9 7 亿千瓦的风电装机容量 据统计 2010 年江苏沿海风电装机总量