邻河超大风机塔架基础涉水施工处置方法_王少华.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/11邻河超大风机塔架基础涉水施工处置方法王少华，秦志刚（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122）【摘要】风机塔架基础的合理设计与安全施工对上部结构安全稳定运行至关重要，而在邻河涉水条件下，塔架基础的设计与建设难度激增。为此，拟基于某成功实践的邻河塔架项目，总结邻河风机塔架基础涉水施工处置方法，采用行之有效的技术措施，提供安全稳定的施工环境，确保基础质量达到规范标准，同时尽量减弱施工对周围环境的影响，以期为同类工程建设提供借鉴。【关键词】邻河风机；基础施工；处置方法；防洪排涝【中图分类号】TU475【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）11-0052-030引言风能作为绿色可再生的新能源，在新能源革命的浪潮中深受人们青睐1-2。经过数十年的发展，相对于其他可再生能源的利用，风能投资建设成本较低，技术相对成熟，并且风力发电机组的单机装机容量不断加大，规模化发展的潜力巨大3-4。因此，对风机基础提出越来越高的要求，并且随着塔架高度的不断攀升，应用钢-混凝土混合塔架在经济及技术上的优势愈发明显，这也对塔架基础承载能力以及沉降控制提出了更高的要求5。而复杂的建设环境增加了塔架基础的设计与建设难度，尤其是邻河涉水环境下塔架基础的施工，所涉及的施工难点与待考虑的事项猛然增多，为此本文拟基于某成功实践的邻河塔架项目，总结邻河风机塔架基础涉水施工处置方法，以期为相似的工程建设提供借鉴。1工程概况与难点本文依托于华东平原地区宿州兴晨埇桥区永安51 MW 风电场工程项目，主要简述了邻河风机塔架基础涉水施工处置方法。该项目共有 12 个风机位，其中11 台单机容量 4.2 MW 风电机组和一台 4.8 MW 风电机组，混合塔架结构主要由 98.7 m 混凝土段+1.8 m过渡段+49.5 m 钢塔筒组成，为高耸结构建筑物，受水平风荷载时，其水平力和底部弯矩较大，并且风机对塔架倾斜较敏感，对基础不均匀沉降要求较高，极大地增加了塔架结构建设难度。与此同时，项目地处淮北冲积平原，地势平坦舒展，现主要为农用地和建设用地，交通条件总体较好，但在场址区内分布有多条宽度和深度不等的农用排水沟，并且风机点位地下水类型为少量的上层滞水和稳定的孔隙型潜水，对混凝土结构及其内钢筋具有微腐蚀性，而大部分风机基础又位于河边土埂，其中 14#风机基础距离河口最小距离更是仅有16.7 m，这又对塔架基础建设提出更高的要求。2塔架基础设计方案根据周边完成的地勘资料并结合区域资料，场区内主要为第四纪冲海积（almQ42）、冲湖积地层（allQ43、allQ41），再加之场地内上部以淤泥质粉质黏土夹粉土为主，工程性能为较差至一般，且存在软弱下卧层，极大考验塔架基础设计的合理性、可靠性。若采用天然地基，其承载力和变形明显不能满足结构要求。而为保证上部塔架结构的稳定性，基础在垂直荷载、水平荷载及由风机产生的振动或动力作用下均需具有较好的承受能力，故拟采用桩基础作为风机塔架基础，以有效发挥桩基础高承载力，沉降小且均匀、抗震性能好等特点。风机塔架基础的设计基于风机资料开展，采用CFD 风机工程软件-机组塔架地基基础设计软件WTF4.5.2 进行计算，核验基础结构的基桩承载力、地基承载力复核、沉降变形验算、倾斜变形验算、抗倾覆稳定验算、基础抗滑稳定验算和基础强度等是否满足规范要求6-7，经计算初步设计风机基础桩位布置平面，如图 1 所示。（1）风机基础混凝土承台直径约 20 m。混凝土承台由上、下两部分组成：上部结构主要为圆柱体，高 1.2 m，直径 8.9 m。下部结构为圆形钢筋混凝土基础，直径约 20 m，厚度为 1.02.5 m（变厚度）。（2）风机基础承台下桩型推荐采用预应力高强度混凝土管桩（PHC 管桩），根据 国家建筑标准设计图集:预应力混凝土管桩（10G409），初选直径500 mm、600 mm 和 700 mm 的桩型做简要对比。需要强调的是，为使整个项目桩基布置方案达到最优，在技术施工阶段将根据每台机位地质详勘资料，对每台机位桩基布置进行比选，选取最优方案，最终归类整合。具体来说，风机塔架基础优化设低碳技术52DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.11.027LOW CARBON WORLD 2022/11计需综合考虑施工及安装场地；进行场地平整设计时，安装平台高程应结合场内衔接道路高程综合考量，同时充分利用回填土，减少开挖量；根据现场地形，风机基础顶部应高于安装场地高程 0.51.0 m，利于土石方平衡及风机基础顶部的排水。最为重要的是，应根据多台风机地质可能存在的差异，提出不同的设计要求和方案。3涉水施工处置方法本项目风机机位附近多为水位较浅的沟，沟边坡为原始地表坡面形式，机位附近沟现况如图 2 所示。为防止风机基础施工、吊装施工与该沟互相影响，该工程将采取钢板桩支护开挖、开挖点远离沟口、对部分沟进行坡面防护等措施，风机基础与现有沟位置如图 3 所示。具体而言，涉水施工需对风机所有涉沟的现场进行踏勘并及时记录，依照现场踏勘记录以及相关数据资料，对风机涉沟区域进行专项会议，开展例会制度，进而对沟与施工段制定相应措施，同时也需针对该施工区域涉沟位置的弃土区进行专项设计、清淤、护坡防护等。3.1防洪排涝安全保障措施本项目风机点位大部分处于沟渠附近，存在雨季洪水内涝风险，因此很有必要制定防洪排涝安全保障措施，具体措施如下。（1）成立防洪排涝小组，及时与上一级主管部门进行沟通。（2）合理安置建筑废料、弃土以及其他垃圾等废物，不得弃于沟渠中，以免淤塞沟渠。（3）风机施工现场的安全保护措施：在钢板桩施工、开挖、基础各施工阶段，基坑需按风电设计设置防水隔离带或排水沟。重点排查沟渠、沟渠边原始地面、基础坑壁钢板桩和风机基础坑等容易积水的区域以及其他水害威胁的区域。发现透水预兆，必须停止作业并采取措施。对风机施工区排水系统进行全面检查、维修，水泵、管路、电控等设备要保持完好，备品配件充足，并进行联合试运转，确保风机施工区排水系统符合规定要求。对沉淀池、水沟等进行一次全面清挖，保证有效容积。风机基坑水泵必须设 3 台，两台使用，一台备用。对现场施工临时用电、电缆等供变电设施进行预防性试验。要加强对本施工区域周边沟渠调查摸底，强化安全监管，严防危及本风电项目的安全生产。（4）雨季期间，增强施工人员防范意识，做好防汛宣传和组织工作。（5）物质保障措施：地面仓库应备有足够的雨衣、铁锹、手镐、尼龙丝袋、沙袋。基础施工队以及吊装作业队仓库应有完好的探水钻机一台，备用潜水泵两台。3.2沟渠与弃土区道路补偿恢复措施本项目的风机位在团结沟沿岸、洪路沟沿岸均有分布，而团结沟和洪路沟两侧部分沟段存有弃土，属 2011 年度埇桥区开展高标准农田建设清淤弃土。针对这部分沟侧弃土区，本项目采取以下恢复和道路补偿措施，确保施工顺利进展。（1）4 个机位风机基础建成后，在不破坏沟渠原状边坡的基础上及时进行土方回填，保证压实度不小于 92%，尽量保持原始沟渠断面、走势和坡度，填土高度达到弃土区顶标高。此外，为加固坡壁，保持边坡的挡水功能，在临水侧坡面设置 C20 混凝土护坡，护坡混凝土厚度 10 cm，护坡上下游各长 50 m，沿长度方向每 10 m 设置一道伸缩缝。（2）机位内侧确保至少 3 m 宽道路，根据实际情况可采用挡土墙对其补偿道路进行加固，3 m 宽道路图1风机基础桩位布置平面塔筒门方向图2机位附近沟现况图3风机基础与现有沟位置机位中心钢板桩支护沟底线现有水面地面低碳技术53LOW CARBON WORLD 2022/11补偿与现有弃土区衔接，挡土墙采用 C20 混凝土浇筑，结构使用 HRB12 热轧带肋钢筋进行绑扎，钢筋间距为 200 mm。3.3风机施工完成后对弃土区的恢复和防护为尽量减少工程对土地的占用，一般选择工点附近凹地、荒地等作为弃土区，做到合理安排弃土、防止新增水土流失点的目的，更进一步的则是实现弃土变田的土地再利用，节约珍贵的土地资源，因此对弃土区土方堆填提出以下 3 点要求。（1）施工测量时，根据导线控制网及控制点高程，复测路基断面，并测设路基中桩线，结合设计放出边桩（水泥路面以下采用回填夯实方法施工）。（2）回填施工时，对于土方的调配，应尽可能地合理利用每段路基施工后的挖余土方和清淤土方（部分沟段根据实际情况可进行清淤），不足部分借土填方。（3）填方施工时，填方段以自卸汽车运输，推土机摊铺，平地机整平，振动式压路机碾压，核子密度仪检测。路基填筑按每层松散土厚 30 cm，分层填筑压实，以保证路基压实度。3.4环境保护措施为尽可能有效地减少施工活动对环境带来的风险和危害，尤其是邻河施工潜在的水文污染，应最大限度地减少施工活动对施工区和周围环境的不利影响，对施工全过程进行环境管理，包括施工技术、施工组织、施工材料、施工设备，需要对其从源头开始进行控制，并对源尾进行治理，具体措施如下。3.4.1废料及弃渣防护措施（1）各堆料场和渣场应因地制宜设置废料渣斗，渣斗数量视存放时间和存放量大小而定。渣斗的施工废料应经常清理并及时转运出场。（2）本工程土建基础清基的杂物、泥土等渣料为施工弃渣，应堆存于业主指定渣场。（3）做好弃渣的治理措施，保护施工开挖边坡的稳定。（4）本工程的固体废弃物包括生产废弃物、生活垃圾等。生产废弃物主要包括生产废料（如混凝土废料、废木料等）和机械设备、车辆因破旧而丢弃的零星部件、废弃轮胎等。生活垃圾包括施工人员在日常生活中产生的废弃物、化粪池底渣等。（5）对固体废弃物的处理主要包括生活垃圾收集系统与处理系统的建设。3.4.2废水、污水的处理对难以集中处理的废水发生源，尽可能利用现场条件，挖砌排水沟，设集水池，控制废水污染环境。对含油生产废水要收集、输送至集中废水处理站处理；在临时生产、生活设施区要埋设排污管收集生活污水，排放到生活污水处理站处理，排污管道必须实现雨污分离。而对于机械设备冲洗及检修时产生的含油废水，采用简易隔油池处理后交由专业机构分离回收。3.4.3废油污染防治（1）机械车辆维修冲洗废水中主要含有泥砂及油污，其主要污染控制指标为固体悬浮物（SS）、油类，将采用隔油池或油水分离器对油类进行收集处理，达标排放。（2）在机械设备停放修理厂等产生废油的主要地区设置油料处理池，废油、外加剂、酸碱液体等汇入废油处理池，集中回收，尽量重复利用。将不能利用的物质汇入施工排水系统末段设置的沉砂池和油水分离器进行处理，防止其对环境造成污染。4结语风机塔架基础是一项较为复杂且系统的工作，在邻河涉水环境下施工不可避免地对周围造成一定影响，本文依托成功实践的风电塔架建设项目，总结邻河风机塔架基础涉水施工处置方法，提出了行之有效的技术措施，为施工人员提供安全稳定的施工环境，确保基础质量达到规范标准，减少施工对周围环境的影响，规避潜在风险，以期为同类工程建设提供借鉴。参考文献1 许新勇，刘峥，张迪.兆瓦级风机塔架基础地基力学特性研究J.水力发电，2012，38（12）：74-76.2 胡玉贵，徐瑶.山东莱州风电场风机塔架基础桩型选择J.广西水利水电，2009（4）：40-43.3 杨锋.近海桩式风机基础塔架动载特性与响应及桩基优化研究D.北京：中国水利水电科学研究院，2012.4 王兆平，张宝林，罗美霞.风电场风机塔架基础施工要点J.内蒙古科技与经济，2011（20）：102-104.5 张冬冬.预应力混凝土风机塔架模型试验和分析研究D.上海：上海交通大学，2015.6 水电水利规划设计总院.风电机组地基基础设计规定（试行）：FD 0032007S.北京：中国水利水电出版社，2007.7 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑桩基技术规范：JGJ 942008S.北京：中国建筑工业出版社，2008.基金项目：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司科技项目“华东平原地区风电混凝土-钢基础塔架结构及农田保护下邻河深基础施工关键技术研究”（KY2022-ZX-03-04）。作者简介：王少华（1989），男，汉族，甘肃庆阳人，本科，工程师，主要从事新能源相关的设计与工程管理工作。低碳技术54