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文档简介

海上风电水下防护墙体施工综合技术方案一、工程概况1.1项目背景与建设目标本工程位于中国东部沿海某海上风电场,为300MW海上风电项目配套的基础防护工程。针对风电场36台6.25MW风机基础,需在每个单桩基础外围构筑环形防护墙体,以抵御海底泥沙冲刷(设计最大冲刷深度2.5m)、船舶碰撞及海洋生物附着对基础结构的影响。工程区域平均水深18m,最大潮差4.2m,海底地质以粉质黏土为主,局部存在礁石夹层,海流流速0.8-1.5m/s,全年可施工窗口期约240天。1.2结构设计参数防护墙体采用C35钢筋混凝土砌体结构,单圈墙体内径18m、外径22m,呈环形闭合结构。墙体高度自泥面起算5m,其中水下部分3.2m,潮间带部分1.8m。墙体底部设置1.5m宽砂石垫层,主体采用"台阶式"变截面设计:底部3m高度为2m宽基座,中部1.5m高度收窄至1.5m,顶部0.5m高度收窄至1m。墙体内置Φ16mmHRB400钢筋网片(间距200×200mm),沿环向每3m设置一道Φ20mm构造柱,确保结构整体性。1.3工程技术标准本工程施工严格遵循《海上风电基础施工规范》(NB/T31080-2025)、《水下工程施工质量验收标准》(GB/T35583-2017)及《砌体结构工程施工规范》(GB50924-2014),重点控制指标包括:墙体渗透系数≤1×10⁻⁷cm/s混凝土28天水下抗压强度≥35MPa墙体轴线偏差≤50mm表面平整度≤15mm/2m设计使用年限50年,满足百年一遇波浪荷载(波高12.5m)作用下的结构稳定性要求二、施工总体部署2.1施工组织架构项目采用"双总师+专业小组"管理模式,配置:项目经理1人(持一级建造师证)技术负责人1人(海洋工程高级工程师)潜水作业总监1人(持有ADS-4000m潜水资质)施工班组:3个专业潜水队(每队6人,含2名饱和潜水员)、2个机械操作班、1个混凝土作业班安全监督组:配置3名持证安全监督员,实施全过程旁站监督2.2主要施工设备配置设备类型具体型号规格数量主要功能起重船舶2000t全回转起重船1艘材料吊装、设备转运潜水设备KM37水下生命支持系统4套潜水员生命保障水下机器人ROV-DeepTrekkerRevolution2台水下探测、施工监控混凝土设备水下混凝土搅拌站(20m³/h)1套特种混凝土制备定位系统TrimbleR10GNSS定位仪3台三维坐标实时定位声学设备多波束测深仪、侧扫声呐各1套海底地形测绘、墙体检测专用模具模块化钢制模板(1.5m×1m)80块混凝土砌体成型2.3施工总体流程工程采用"分区流水、立体作业"方式组织施工,单个机位施工周期控制在15天内,总工期180天。总体流程如下:施工准备阶段(30天):设备进场、材料检验、技术交底基础处理阶段(每机位3天):地形测绘→清淤整平→垫层施工墙体砌筑阶段(每机位8天):钢筋绑扎→模板安装→混凝土浇筑→养护验收维护阶段(每机位4天):结构检测→缺陷修复→防腐处理三、关键施工工艺3.1海底地形预处理3.1.1高精度地形测绘采用多波束测深系统与侧扫声呐组合探测技术,对施工区域进行0.5m分辨率地形扫描,生成三维地形图。重点标注礁石分布区、冲刷坑等特殊地貌,对高差超过300mm的区域制定专项找平方案。测绘数据通过RTK-GPS实时校正,确保平面位置误差≤100mm,高程误差≤50mm。3.1.2水下清淤与整平采用"先粗后精"两级清淤工艺:粗清淤:潜水员操作高压水枪(工作压力15MPa)冲散淤泥,配合水下泥浆泵(排量200m³/h)将泥浆输送至运泥船;精整平:使用液压抓斗进行精细找平,ROV实时监控平整度,确保基床面起伏差≤150mm。清淤完成后,采用200kg重锤式密度仪检测地基承载力,要求地基土密实度≥90%。3.1.3砂石垫层施工垫层采用级配砂石(粒径5-31.5mm),含泥量≤3%。通过起重船吊放专用下料斗,潜水员水下摊铺整平,分层厚度300mm,采用水下振动棒(频率2800次/min)振捣密实。垫层顶面设置2%坡度,便于排水,完工后采用水下摄像检查铺设质量。3.2钢筋骨架水下安装3.2.1钢筋加工与运输钢筋在陆上预制场加工成6m长标准段,采用环氧树脂涂层防腐处理(干膜厚度≥200μm)。加工完成的钢筋网片通过专用运输架固定,运输架设置减震装置,避免海洋运输过程中涂层损伤。运至现场后,使用淡水冲洗表面盐分,检测涂层附着力(划格法测试≥5B级)。3.2.2水下绑扎工艺采用"模块化拼装+水下焊接"施工:陆上预拼:将钢筋网片拼装成3m×2m模块,节点采用专用水下绑扎丝(镀锌低碳钢丝,直径1.2mm)临时固定;吊装定位:使用四点吊装法将模块吊放至设计位置,通过导桩架精确定位,误差控制在±30mm内;水下连接:潜水员使用水下电弧焊机(电流180-220A,电压24-28V)完成节点焊接,每个焊点焊接长度≥10d(d为钢筋直径),焊缝高度≥6mm。3.2.3构造柱施工沿墙体环向设置36根构造柱,采用Φ20mm主筋(HRB400E),配置4Φ20+箍筋Φ8@100/200。构造柱钢筋笼在陆上整体预制,通过专用导向架插入地基,垂直度偏差≤1/300,底部伸入垫层500mm,顶部与墙体顶部齐平。3.3水下模板工程3.3.1模板系统设计采用定制化钢制模板,面板为6mm厚Q355钢板,背楞采用8#槽钢,横向间距500mm,纵向间距600mm。模板之间通过高强度螺栓连接(M20×80mm,8.8级),接缝处粘贴5mm厚遇水膨胀止水条。每块模板配置2个可调式支撑腿,可实现±150mm高度调节和±5°倾角调整。3.3.2模板安装工艺定位导向:在垫层上预埋Φ50mm导向钢管,间距1.5m,作为模板安装基准;分块吊装:起重船将模板吊放至安装位置,潜水员通过液压千斤顶调整模板位置,确保轴线偏差≤10mm;加固固定:模板外侧设置斜向拉筋(Φ16mm钢绞线)与海底锚杆连接,每块模板设置4个固定点,拉力控制在15-20kN;接缝处理:潜水员水下检查模板接缝,采用专用水下密封胶(聚氨酯类)填充缝隙,确保浇筑时无漏浆。3.3.3模板拆除混凝土强度达到设计强度75%后进行拆模(一般养护7天),拆除顺序遵循"后装先拆、先装后拆"原则。拆除过程中采用ROV实时监控,避免模板碰撞已浇筑墙体。拆下的模板立即进行淡水冲洗和除锈处理,涂刷专用脱模剂(聚四氟乙烯类)后周转使用。3.4特种混凝土水下浇筑3.4.1混凝土配合比设计针对水下施工特点,采用C35P8抗渗混凝土,配合比(重量比)为:水泥(P.O42.5R):粉煤灰:矿粉:砂:石:水:外加剂=1:0.3:0.2:1.8:2.5:0.45:0.012。关键技术措施包括:掺入10%硅灰(粒径0.1-0.5μm)改善界面过渡区采用聚羧酸系高性能减水剂(减水率≥30%)添加专用水下不分散剂(聚丙烯酰胺类),确保混凝土水下损失率≤5%控制初凝时间6-8h,终凝时间≤12h3.4.2混凝土制备与运输在施工船舶上设置移动式混凝土搅拌站,采用"水泥-矿物掺合料-骨料-水-外加剂"顺序投料,搅拌时间≥180s。混凝土出机坍落度控制在220±20mm,扩展度≥550mm。运输采用专用密封罐车(容积8m³),罐体内设置低速搅拌装置(转速2-4r/min),运输时间≤45min。3.4.3水下浇筑工艺采用"导管法+布料杆"联合浇筑工艺:导管布置:沿环形模板内侧均匀布置6根Φ250mm浇筑导管,导管底端距浇筑面高度控制在300-500mm;布料控制:每根导管负责6m弧长范围浇筑,采用混凝土布料杆(工作半径8m)辅助布料,确保混凝土流动半径≥3m;分层浇筑:每层浇筑厚度500mm,采用水下振捣棒(振捣半径500mm)振捣,振捣时间20-30s/点,振捣间距≤800mm;连续作业:单圈墙体混凝土需连续浇筑完成,浇筑速度控制在20-30m³/h,避免出现施工冷缝。3.4.4水下养护混凝土浇筑完成后立即进行养护:初凝前(浇筑后4-6h):潜水员使用毛刷将混凝土表面浮浆清除;覆盖养护:采用专用水下养护膜(聚乙烯醇类)覆盖墙体表面,保持湿润;喷淋养护:对于潮间带部分,每2h喷淋一次淡水,持续养护14天;强度监测:预埋水下混凝土强度传感器,实时监测强度发展,确保7天强度≥28MPa。四、材料选择与质量控制4.1主要材料技术指标4.1.1胶凝材料水泥:P.O42.5R普通硅酸盐水泥,3d抗压强度≥25MPa,碱含量≤0.6%,氯离子含量≤0.03%粉煤灰:F类Ⅰ级,需水量比≤95%,烧失量≤5%,SO3含量≤3%矿粉:S95级,比表面积≥400m²/kg,活性指数28d≥95%4.1.2骨料细骨料:级配中砂,细度模数2.6-2.9,含泥量≤2%,泥块含量≤0.5%粗骨料:5-25mm连续级配碎石,压碎值≤10%,针片状颗粒含量≤5%,表观密度≥2600kg/m³4.1.3外加剂减水剂:聚羧酸系高性能减水剂,减水率≥35%,含气量≤3%,28d收缩率比≤110%抗分散剂:丙烯酰胺类聚合物,掺量0.8-1.2%,水下混凝土损失率≤5%膨胀剂:钙矾石类膨胀剂,限制膨胀率≥0.025%(水中7d)4.1.4钢材受力钢筋:HRB400EΦ16-20mm,屈服强度≥400MPa,抗拉强度≥540MPa,断后伸长率≥16%构造钢筋:HPB300Φ8mm,屈服强度≥300MPa,冷弯性能180°d=3a钢板:Q355B,厚度6-10mm,屈服强度≥355MPa,冲击功(-20℃)≥34J4.2材料进场检验所有进场材料实行"三检制"(厂家自检、监理抽检、第三方检测),重点检测项目包括:水泥:每200t为一批,检测强度、安定性、凝结时间骨料:每400m³为一批,检测级配、含泥量、压碎值钢筋:每60t为一批,检测屈服强度、抗拉强度、伸长率外加剂:每50t为一批,检测减水率、含气量、pH值检测结果需形成书面报告,不合格材料立即清退出场,严禁使用。4.3施工过程质量控制4.3.1混凝土质量控制开盘鉴定:每工作班至少进行1次混凝土开盘鉴定,检测坍落度、扩展度、含气量抗裂性能:采用圆环约束试验(圆环直径300mm,厚度50mm),28d裂缝宽度≤0.1mm氯离子渗透:采用电通量法,28d电通量≤1000C水下密实度:钻孔取芯(每50m³取1组),芯样完整性≥90%,表面蜂窝麻面面积≤5%4.3.2钢筋施工控制保护层厚度:采用专用垫块(强度≥C40,吸水率≤5%),确保保护层厚度50mm±5mm焊接质量:每300个焊点取1组试样,进行拉伸试验,抗拉强度≥母材强度标准值的95%位置偏差:钢筋网片间距偏差±10mm,保护层厚度偏差±5mm4.3.3模板安装控制轴线位置:环向轴线偏差≤20mm,径向轴线偏差≤15mm垂直度:每2m高度偏差≤8mm接缝宽度:≤2mm,采用塞尺检查稳定性:模板侧向刚度≥15kN/m²,在1.5倍设计荷载下无塑性变形五、安全保障体系5.1潜水作业安全管理5.1.1潜水员资质要求饱和潜水员:持有国际潜水承包商协会(ADCI)认证的ADS-4000m潜水证书空气潜水员:持有CMAS二星以上潜水证书,水下作业经验≥500小时潜水监督:持有ADCI潜水监督证书,8年以上水下作业经验5.1.2潜水作业程序作业前:进行气象水文监测(风速≤12m/s、能见度≥1km方可作业),潜水设备检查(呼吸气体纯度≥99.5%,通讯系统清晰)下潜过程:严格执行"三人同行"制度,潜水员、潜水监督、水面支持人员保持实时通讯,下潜速度≤15m/min水下作业:单次水下作业时间≤90分钟,深度超过30m时需进行减压停留(按USNavyDivingManual减压表执行)紧急救援:配备2套应急潜水装备和1台减压舱,应急响应时间≤15分钟5.1.3潜水医学保障配备专职潜水医师(持有高压氧医学资格证),每日进行潜水员身体检查设置移动式高压氧舱(工作压力0.3MPa),可同时容纳2人治疗建立潜水员健康档案,记录潜水深度、时间、减压方案等信息,严禁带病潜水5.2船舶作业安全措施5.2.1船舶定位与锚固起重船采用"八字锚+尾锚"四锚定位系统,锚链直径≥56mm,入土深度≥6m定位精度控制在±0.5m范围内,配备DP-2级动力定位系统,风速超过15m/s时启动动力定位船舶之间保持安全距离≥50m,设置警示灯和AIS避碰系统5.2.2吊装作业安全制定详细吊装方案,进行受力计算(安全系数≥3.5),并组织专家论证吊装设备定期检查:钢丝绳(断丝数≤10%)、吊钩(无裂纹、变形)、制动系统(制动可靠)设立吊装警戒区(半径20m),配备专职指挥人员,使用旗语+对讲机双重指挥恶劣天气(风速≥18m/s、能见度≤1km)停止吊装作业5.3海洋环境保护措施5.3.1施工期污染控制船舶设置油水分离器(处理能力0.1m³/h),含油污水排放浓度≤15mg/L施工垃圾分类收集,可回收垃圾运回陆地处理,不可降解垃圾焚烧处理(配备专用焚烧炉)混凝土施工采用"零排放"工艺,设置泥浆回收系统(回收率≥95%),严禁向海中排放施工船舶配备围油栏(长度100m,高度1.2m),防止油料泄漏扩散5.3.2生态保护措施施工避开海洋生物繁殖期(5-8月),夜间22:00至次日6:00停止水下作业(避免噪音影响海洋生物)采用低噪声设备(昼间≤75dB,夜间≤55dB),振动设备设置减震装置严禁抛锚损坏海床,采用桩腿式平台进行作业施工完成后,对施工区域进行生态修复(投放人工鱼礁,面积1000m²/机位)六、施工进度计划与管理6.1进度计划编制本工程总工期180天,采用Project软件进行进度管理,关键线路如下:施工准备(30天)→地形测绘(5天)→清淤整平(10天)→垫层施工(8天)→钢筋绑扎(15天)→模板安装(12天)→混凝土浇筑(10天)→养护(7天)→验收(5天)每个机位施工采用"4+3+3+5"模式:4天基础处理、3天钢筋模板、3天混凝土浇筑、5天养护验收,36个机位分3个批次流水施工。6.2进度保障措施资源保障:投入2套模板系统、3套钢筋加工设备,确保流水作业设备保障:关键设备(起重船、搅拌站)配备备用设备,故障响应时间≤2小时技术保障:提前进行工艺试验(试浇10m³混凝土),优化施工参数天气应对:建立气象预警机制(提前72小时预测),储备3天应急材料奖惩制度:设立进度奖惩基金,提前完成奖励10000元/天,延误罚款5000元/天6.3进度监测与调整每日召开进度碰头会,对比计划进度与实际进度,偏差超过3天立即分析原因采用BIM技术进行4D进度模拟,可视化展示进度状态关键线路工作延误时,采取增加资源投入(如夜间施工、增加班组)、优化工序(如平行作业)等措施赶工每月编制进度报告,报送业主和监理单位,接受监督检查七、验收标准与流程7.1分部分项验收7.1.1基础处理验收清淤验收:采用声呐扫描和潜水探摸,确保无超过300mm的凸起和凹陷垫层验收:表面平整度≤50mm/2m,厚度偏差±50mm,压实度≥93%地质承载力:采用静力触探试验,地基承载力特征值≥150kPa7.1.2结构施工验收钢筋工程:间距偏差±10mm,保护层厚度偏差±5mm,焊接长度≥10d模板工程:轴线偏差≤15mm,垂直度≤8mm/2m,接缝宽度≤2mm混凝土工程:表面平整度≤10mm/2m,蜂窝麻面面积≤5%,无露筋、空洞7.1.3功能性验收抗渗性能:注水试验(水头1.5m,持压24h),渗水量≤0.05L/(m²·h)结构强度:回弹法检测(每100m²测10点),强度推定值≥设计强度的95%稳定性:超声波检测(检测频率100%),无内部空洞、裂缝(缝宽≤0.1mm)7.2竣工验收工程完工后,由建设单位组织设计、施工、监理等单位进行竣工验收,验收内容包括:施工资料核查:技术文件(图纸、变更)、质量记录(检测报告、验收单)、安全记录(安全日志、应急预案)实体质量检查:外观质量(表面平整度、色泽均匀性)、结构尺寸(直径、高度、壁厚)、功能性(抗渗、强度)观感质量评定:按照《水下工程观感质量评定标准》进行评分(合格标准≥85分)验收结论:形成竣工验收报告,明确验收合格意见或整改要求八、应急预案与风险管理8.1主要风险识别根据JSA工作安全分析法,本工程主要风险包括:潜水事故:潜水员减压病、溺水、水下缠绕船舶事故:碰撞、搁浅、倾覆结构失稳:模板坍塌、混凝土离析环境污染:油料泄漏、泥浆扩散自然灾害:台风、风暴潮、海雾8.2应急组织与响应成立应急指挥部(项目经理任总指挥),下设:抢险救援组:负责现场抢险(15人)医疗救护组:负责伤员救治(配备医护人员2名)后勤保障组:负责物资供应(配备应急车辆2辆)通讯联络组:负责信息传递

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