中闽能源-湘电风能5wm风机地基工程方案研究

中闽能源-湘电风能5wm风机地基工程方案研究

1吊装平台及机承台福建能源-湖南能源5mw风扇示范工程位于福清市三山市魁村砂村，距三山市约15公里。这个地方离海岸约40米。主要建设项目位于新亚太平洋相沉积层的第四部分，表面覆盖着厚厚的2.4m厚的砂砾石。工程土建部分由风机承台及吊装平台两部分组成。吊装平台设计高程8.0m,西南侧紧靠山体,其余三面环海侧布置一圈扶壁式钢筋混凝土挡墙,顶高程8.0m。风机基础承台为圆形重力式,位于吊装平台东北侧,距离吊装平台正面边沿约9m。承台最高处约18m,底部直径24m,上部直径11m,中间采用锥台过渡。吊装平台挡墙基础开挖高程约为-2.0m,承台最低基础开挖高程约为-6.5m。根据工程进度计划,全部土建工程需在2011年8月20日至2011年12月30日内完成。土建工程施工期潮水位平均高程为2.83m,极端高潮位为5.15m,平均低潮位为-2.14m,每日潮间12.5h,场址出露时间每次约2~4h。土建工程施工不可避免地要受到海潮的影响。2主家建议关于承台环形围堰的方案本项目设计单位初步设计时采用两种围堰结合的方案。吊装平台施工采用钢筋混凝土扶壁式挡墙作为围堰(顶高程5.2m),采用候潮法施工,待围堰闭气后,在该围堰的保护下施工内侧的钢筋混凝土扶壁式挡墙(顶高程8.0m),两道挡墙同时作为吊装平台的支护结构。风机承台施工采用环形钢筋混凝土或钢板围堰(顶高程5.2m,同时作为承台混凝土浇筑的模板),采用候潮法施工,待围堰闭气后,在该围堰的保护下进行承台永久结构的施工。建设单位组织了多次方案论证会,经充分讨论研究后认为,上述围堰方案存在以下缺点:一是候潮时间较长,每天有效施工时段太短(两次潮间时间合计4~8h),施工效率极低,无法实现工期目标;二是承台环形围堰保护范围太小,不利于施工的展开,且高潮位时海浪对施工的影响无法避免,容易引发承台主体的质量缺陷;三是施工期需跨越台汛期,承台环形围堰的结构安全无法得到充分保证。基于以上三点原因,专家建议采用其他形式的围堰。经过对该工程的布置、工程施工周期、施工时段潮位、料源等情况的综合比较,专家建议采用土石或砂(土)袋填筑的梯形围堰保护整个施工场地的方案。施工单位项目部对目前常用的土石围堰、砂(土)袋围堰及充砂管袋围堰等3种方案进行了比较(围堰挡水标准一致),结果详见表1。根据比较结果,充砂管袋围堰方案最佳,本工程最终采用充砂管袋围堰方案。3大坝结构设计3.1堰顶高程设计围堰设计总长240m,最大底宽33.6m,顶宽5.6m,最大高度8m,迎水面坡度1∶2,采用抛块石护脚,背水面坡度1∶1.5。按照极端高潮位加安全超高0.85m确定的堰顶高程为6m。围堰平面布置如图1所示,结构如图2所示。3.2细度模数较小的海砂坑堰和管袋的铺设针对堰体与海床接触面、堰体与岸坡接触面、管袋自身及管袋间可能出现的渗漏,围堰设计时采取了一定的防渗措施:(1)采用细度模数较小的海砂(模数控制在2.0以下),依靠其致密性好、透水能力差的特点,自身防渗。(2)与围堰接触的海床及岸坡基面清理平整,凸出的岩石凿平,坑洞采用海砂回填密实。(3)铺设管袋时,同一水平面的管袋间留设搭接长度。管袋充砂时严格控制充实度,让管袋自身调整挤密。充填过程采用人工理顺管袋间搭接的部位,确保接缝紧贴密实。4管袋充砂围堰工程(1)管袋制作。根据充砂管袋的应用经验,单个管袋的尺寸大小应根据围堰的结构设计方案确定。本工程管袋采用300g/m2土工布缝制,大部分管袋尺寸在直径2~5m、长7~20m之间。管袋一面设3~4个充填砂袖口,四边角设排水洞。(2)砂料和水源选用。充填用的海砂来源于附近的砂场,用2000m3砂驳运输至本工程临时堆料场卸料待用。配置清水泵直接抽取海水作为充填时的水源。(3)设备与人员配置。本工程配置的围堰充砂设备主要有:11kW泥浆泵3台,5kW清水泵3台,4寸(直径)输水管,3寸(直径)输砂管,管长根据现场实际需要而定。配置施工人员21人。(4)管袋铺袋充砂码砌。经现场探察,围堰基础主要为沉积砂砾石和局部基岩出露,因沉积层形成时间较长,密实度高,表面平整,故在不破坏沉积层的情况下直接铺设充砂管袋。施工前,对海床进行适度的清理平整,以保证堰基较平顺,避免尖锐物对管袋产生破坏。先施工海床最深处的铺袋,退潮至堰基出露时即开始施工。管袋采用钢筋桩定位,根据堰体尺寸,在铺放处四个角插上钢筋桩,先将管袋的角拉环固定在钢筋桩上,按照设计要求铺好袋体并整理平顺。将泥浆泵输出口插入管袋袖口内绑扎牢固后,开始向内吹充海砂(海砂要与海水充分混合)。管袋迅速被充满且产生一定压力,袋内海水被压挤排出管袋外(利用土工布的滤砂排水特性)。为防止充暴破裂、过厚或不均匀,严格控制吹填过程中的压力及吹填后的管袋尺寸及充实度。管袋充好并检查合格后将袖口扎紧扎严。管袋根据堰址地形从低到高丁顺码砌充填,最底部管袋沿围堰纵轴码放,相互间压紧,管袋间不孤立,形成整体,以防海水冲刷造成位移。充砂管袋成形后,在每个潮间低潮位时,人工排查管袋是否存在破口。如发现破口,应及时缝补好。充砂管袋围堰施工从2011年9月10日开始,至2011年10月22日结束,工期47天。整个围堰共计使用土工布3.5万m2,充填砂3.5万m3,平均日充填强度744m3,最大充填强度1000m3。5围堰第二调整管袋放放,确定顺平台环2011年10月2日,围堰尚在施工期间即遭遇第一次台风。因围堰未完全成型,顶面沿堰纵轴方向码放的管袋在风浪的作用下整体移位后破袋,而沿堰纵轴垂直方向码放的管袋破坏轻微。台风过后,将堰顶部位的管袋全部改成沿堰纵轴垂直方向码放。2011年10月25日迎来第二次台风,此时围堰已成型。由于此次台风风浪较第一次大,围堰整体结构虽未遭破坏,但迎水面边坡管袋被冲毁两袋,说明围堰迎水面抗冲刷能力还是不足。经研究,决定在围堰迎水面主风方向增加三袋管袋,顺斜面从底部横向码放至堰顶,其余有发生变形的地方适当加宽加厚。围堰局部渗水量较大的部位采用麻包围堰围成小积水坑,利用潜水泵强制排水。围堰在2011年10月22日合拢闭气至2012年2月18号主体工程施工结束破堰拆除期间,各项指标均能满足本工程的施工要求,在多次台风的冲击下未出现垮堰或大的结构破坏。6管袋渗透膜的优点(1)因地制宜,节能环保。围堰主要材料为平潭海砂,来源丰富,采用海船运输,可做到因地制宜、节能环保。(2)结构简单,适应性好。充填充砂管袋时内部为有压充填,管袋上下、左右的结合处缝隙因受压而密实,使水流无法侵入而抗冲刷。管袋码放逐层抬高,接触面相互叠加,整个围堰形成一个整体,增加了围堰的抗冲刷能力和整体稳定性。管袋随意变形的特性保证了在各种基础接触面都能够结合紧密,成型快,适应性好。实践证明,充砂管袋围堰的防渗效果完全满足施工要求。(3)施工快速,安全可靠。管袋袋体为工厂定制,现场采用人工码放,只有往管袋内充填海砂需要泥浆泵及清水泵,设备投入极少,施工工艺简单、速度快,可在较短时间形成围堰。由于单个管袋体积较大,确保围堰施工过程中不会被潮水冲垮,适应候潮法施工工艺。围堰运行期间,可随时根据水文、气候、使用要求等条件的变化对围堰进行调整及加固。(4)易拆除,无污染。破堰时采用挖掘机破除表层管袋,待涨潮时让海水冲走海砂,人工捡拾袋体,退潮时挖掘机继续破除下一层管袋,直至破堰到底。海砂被海水冲走后不会造成环境污染及水土流失。7管袋铺设与充填由于是首次在此类工程中采用充砂管袋围堰,没有现成的经验可供参考,施工单位项目部在施工中边实施边摸索,总结出以下要点供类似工程参考。(1)结构设计要点。单个管袋的尺寸在满足工艺要求的前提下应尽量大,迎水面坡度宜在1∶2至1∶2.5之间,背水面坡度宜在1∶1.5至1∶2之间,堰顶宽度应大于5m。围堰最上部三层管袋的码放方向应与围堰纵轴线垂直,这样每袋管袋与海水接触面变小,被压面积加大,增加了管袋抗击海水冲刷力。围堰迎水面坡脚应有抛石护脚,主迎风方向应额外增加横向码放的管袋用于护面。同一水平面的管袋与管袋之间铺袋时留设的搭接长度宜控制在500mm左右,上下层管袋接缝位置应交错均匀布置。最下层管袋充实度可按照50%控制,充实度应逐层提高,但最高一般不超过70%。(2)施工要点。施工前应严格检查海砂的细度模数,模数不符合标准的海砂不得用于充填。底层管袋充填时,基面应确保处理平整,管袋应整体铺平,每层管袋叠加面做到平行。管袋充填过程中,应严格控制充填尺寸和充实度,避免砂尺寸不足或过大导致整体结构出现缺陷,一般每层管袋厚度控制在500~800mm。上层管袋施工前应检查下层已施工好的管袋间的接缝处是否紧贴密实,不够密实的地方可采取塞填粘土处理。同一管袋应在一次涨退潮期间完成充填,以避免水流对管袋袋体的冲刷破坏。每个管袋充填完成后应至少经历一次涨退潮后方可进行上一层管袋施工,以确保管袋中的海砂密实度满足要求(手压袋面无明显变形)。围堰施工及运行期间,应每天安排专人定时巡查围堰表面,如发现破口,应及时缝补,