风电工程风机基础大体积混凝土施工与质量控制.pdf

第 4 6卷第 7期 2 0 1 0年 7月 一 时 肃 水 利 水 电 技 术 G a ns u W at e r Co n s e r v a nc y a n d Hy d r o po we r Te c hn o l o g y VoI _ 4 6 No 7 J u 1 ， 2 0 1 0 施工技术 风电工程风机基础大体积混凝土施工与质量控制 舒 华 ( 中国水电顾 问集团 中南勘测设计研究院 ， 湖南 长沙4 1 0 0 1 4 ) 摘要 ： 介绍了风力发电工程 中基础施工的工艺特 点， 并结合 工程 实例 阐述 了风力发 电工程机组地基施工 中大体积混 凝土施 工需要注意的问题 ， 以及 为了保证施 工质量采取 的措施和对策。 关键词 ： 风电_T - 程 ； 风机基础 ； 质量控制； 大体积 混凝 土 中图分类号 ： T V 5 4 4 t 9 1 文献标识码 ： B 由于世界能源的日益紧张， 各国不可再生资源开发的局 限性 ， 制约着各国经济的快速发展 ， 所 以可再生能源的开发 利用成 了各国竞相发展 的方 向。我国风能资源丰富 ， 具有 良 好 的开发前景 。 国家发改委 、 能源局从 2 0 0 3 年开始在全 国范 围内组织开展风电建设前期工作 。近 5 a 来 ， 世界风能市场 每年 以 4 |0 的速度增长 ， 同时中国的风力发电量也有 了快速 的增长 ， 风 电机组遍及 2 O多个省 、 自治 区。2 0 0 9年底 ， 全国 ( 不含港、 澳 、 台) 风 电并 网运行总容量达 1 7 6 7万 k W， 风电 装机容量世界排名南 2 0 0 8 年 的第 4名升至第 3 名 。而风能 作为一种可再生能源 ，有着诸多其他能源不可比拟的优点 ， 正逐渐成为 了新能源的发展重点。 1 工 程 概 况 神池风电场一期工程位于山西省神池县 的东南部 ， 靠近 神池县城 ， 升压变电站离神池县城约 2 k m， 整个风电场东到 二道沟河猴儿 L L I ， 南到羊栅 以与宁武县界为界 ， 西到杨家坡 与沙沟子 ， 北到荣庄子东侧 ， 整个 风电场呈条状分布 ， 地 面高 程 l 6 o o 一 2 1 5 5 IT I 。 神池风电场一期工程装机 4 8 MW， 共安装 2 4台湘电风 能有 限公 司生产 的 Z 7 2 2 0 0 0风力 发电机组 。通过 3回 3 3 k V集电线路送入 1 1 0 k V升压变电站 ， 并通过该升压变电站 和 2回 t 1 0 k V接人系统 。本 1 1 0 k V升压变 电站是本风 电 场的升压 站 ， 同时也是神池风电场( J 1 ) 的升压站 ， 通过 4回 3 3 k V集电线路送入 1 1 0 k V升压变电站。神池风电场实测 完整年湍流强度为 0 1 1 ， 1 0 m高度威布尔( We i b u l 1 ) 分布参 数 k 值为 1 8 3 、 c 值 为 1 0 1 2 。神池风电场采用的机组应满足 高于 f c 类风电机组 的要求。 神池风电场一期工程风机基础工程的施工内容为： ( 1 )风机基础及箱变的施 工。 包括风机重力 式现浇钢筋 混凝土基础浇筑； 基础预埋件( 接地网、 管件、 基础环、 电缆管 等 ) 安装 ； 箱变 的砌 筑 ； 基础土石方开挖 、 施工后 土石方 回填 等 ； ( 2 )为实施上述工程 而进行的其他相关辅助工程。 包括 施工临时住房， 就近租用当地居民住所， 材料仓库及钢筋加 工 场、 维修 厂布设在升压站 内， 占地 4 0 0 m ； 施工 用电 由现 场施工用电采用 2台柴油发电机组供 电； 施工用水 由现场采 用 2台 8 m 3 蓄水车从县城拉至现场使用。 2 风机基础及箱变主要施工程序 承台施工准备一测量放 线一 基坑开挖一垫层 混凝 土施 工一 基础环 安装一 钢筋 加工 安装一 模板 安装 一混 凝士 浇 筑一拆模一混凝土养护一基坑回填 。 3 风机基础施工 风机基础 的特点是 ： 支撑高耸结构物 的独立基础 ， 机组 支撑塔筒高度一般在 4 0 8 0 m； 其顶部装有较大垂向机组荷 载可达 6 O 9 0 t ； 侧向又具有较大的风荷载作用。 而我国多数 风力机组在近几年开工建设 ， 由于各施工 队安装施 工技术积 累不够， 加之各风电施工现场往往气候环境恶劣 ， 相邻风机 问距均较大， 作业面广， 使得机组地基施工困难， 常造成地基 施工质量良莠不齐， 严重影响了风机的正常安全运行 ， 基础 混凝土地基施工工艺成 了保证风力发 电机组能否正常运行 的重要影响因素。要求基础地基具有较高的承载能力 、 抗变 形能力和抗倾覆能力。 4 大体积混凝土温度变形产生的原 神池境域属温带大陆性季风气候。其主要特征是： 冬季 漫长而寒冷。 春季干旱且多风， 夏季温和无酷暑 ， 秋季凉爽多 连雨。气候寒冷多变， 年平均气温 4 7 a C ， 1 月最冷， 平均气 温 1 3， 7月最热 ， 平 均 1 9， 年平 均降水量 为 4 8 7 m i l l ， 年平均日照时数为 2 8 1 6 7 h ， 元霜期平均 1 1 0 d 。境内常年 多刮偏西风， 年平均风速4 1 m s 。1 义井 7 0 m测风塔平均 湍流强度为 O 1 2 6 。其天气对大体积混凝土影响较大。 风机基础多数属于大体积混凝土施工。 水泥水化热是基 础大体积混凝土中的主要温度因素。水化热温升常达 3 0 5 5， 混凝土在硬化过程中， 由于水泥水化作用， 使得最初几 天产生大量的水化热。混凝土降温值= 温度+ 水化热温升值一 环境温度。其中温升值的影响因素主要有水泥品种和用量、 用水量、 大体积混凝土的散热条件( 主要包括浇筑方法、 混凝 土厚度、 混凝土各表面的能力和其它降温措施) 等。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 6 0 9 作者简介： 舒华( 1 9 7 8 一 ) ， 男， 湖南沅陵人， 工程师， 主要从事水利水电工程设计。 6 2 - 第 7 期 舒华 ： 风 电工程风机基础大体积混凝土施工与质量控 制 第 4 6 卷 由于混凝土导热不 良，热量累积， 从 而引起 混凝土温度升 高和体积膨胀， 使风机基础大体积混凝土中心的水化热升温 随壁( 或板 ) 厚增加而增加。在 升温 时， 混凝土未充分 硬化部 分的弹性模量很大， 因此这种收缩引起很大 的拉应 力。浇注 温度加水化热温度能构成最高温度， 如果不采取有效方法控 制最高温度值， 不采取保温措施降低内外温度差， 或不改善约 束条件减少温度应力， 势必导致结构出现温度裂缝， 严重时可 形成贯穿性裂缝 。 一旦外界气温发生变化将会引起混凝土内 部温度变化。在大陆性气候地区或寒冷地区， 外界温度变化 往往成为影响混凝土温度 变形 的主要因素。 5 神池风电场一期工程风机基础工程措施 5 1 基础混凝土浇筑步骤 风机基础混凝土采用商品混凝土， 由混凝土搅拌车从拌 和站运输混凝土到现场。 其配合比如表 1 所列。由于现场条 件制约， 施工布置难度大， 混凝土浇筑强度高， 因此混凝土入 仓采用泵车泵送入仓法进行浇筑施工。 入仓 时混凝 土下料 点 不超过 2 m， 下料要均匀 。 表 1 C 3 5混凝土配合比基本 参数 风机基础简图如图 1 所示， 基础混凝土浇筑分层厚度为 3 0 e m， 上下两层 混凝土浇筑时 间间隔不 大于下层混 凝土初 凝时间， 同层浇筑先中间后外圈浇筑， 在顶层和底层浇筑时， 厚度大小 3 0 e m。 1 5 图 1 风机基础简 图 浇筑部位的钢筋密集，采用 p 5 O 软轴振捣器进行振捣， 振捣时未强顶钢筋或模板，按照振捣器的振捣范围 ( 4 | D 6 o e m间距 ) 进行控 制 ， 振捣 器插入混凝 土按 “ 梅 花形 ” 插 入振 捣。 振捣时 ， 插入 振捣器见混凝土表面有泛浆后 即换 位。 振捣 器“ 快插慢抽” ， 不影响混凝土振捣质量。 混凝土浇筑完毕后 1 2 h对混凝土加以覆盖和浇水 ， 养 护 时间对 掺有混凝土缓凝剂混凝土养护时间不小 于 7 d ， 保 持混凝土处于湿润， 养护水同拌制水 ， 采用塑料布覆盖养护 严密， 并保持塑料布内有凝结水。风机基础 C 3 5混凝土浇筑 温度观测记录表如表 2 所列。 5 2 质量保证措施 ( 1 )浇筑混凝土前， 首先组织施工人员按施工组织设计 表 2 风机基础 C 3 5混凝 土浇筑温度观测记录 注： 开始测试时间为浇筑后 1 0 h 。 制定的混凝土施工工艺、施工技术性能等特点和施工条件， 实行班组技术交底。项 目部施工技术人员、 质检人员负责落 实混凝土的供应和施工工艺组织。 ( 2 )本工程采用商品混凝土 ， 每次浇筑混凝土前 由专人 进行检查混凝土公 司提供 的混凝土配合 比、 配料 单 、 质保单 是否符合规定要求 。 ( 3 )检查混凝土塌落度是否符合要求 ， 随机抽样 。每班 不少 于 3次。 ( 4 )测定并记录混凝土生产时温度和混凝土运输到工 地 的时间及温度 。 ( 5 )保证混凝土表面平整 度和光洁度 ， 使 用优 质的模板 和合理的施工 工艺是关键 。 模板 刚度是保证混凝土表面平整 度的充分条件 ， 模板在重复使用前进行平整度校准 ， 对变形 的模板停止使用。 ( 6 )控制表 面空洞 、 冷 缝 、 夹砂 、 松顶 ， 首先 根据浇筑部 位钢筋密集程度采取合理的入仓方式 ， 混凝土入仓后立 即振 捣， 不允许出现混凝土堆积。振捣采用软轴振捣器 ， 振捣时， 以混凝土泛出浮浆、无明显气泡冒出且不显著下沉为准， 不 允许过振或漏振， 确保混凝土拆模后内实外光。 振捣过程中， 避免振捣器直接冲击模板和埋件 ，造成模板损坏和埋件移 位。模板与模板之间采用“ 厚 1 e m海绵条” 嵌缝， 保证模板 结合处不 留缝隙。 ( 7 )加强混凝土浇筑的过程控制 ，对模板变形进行监 测， 发现变形及时调整。 检查螺栓和扣件连接是否良好， 有效 防止错台、 “ 鼓肚” 等缺陷发生。 ( 8 )保持混凝土外观颜色一致 ， 要求水泥、 粉煤灰及外 加剂 品种选用 同一厂家的产品 ， 脱模剂的选择也尽量是 同一 类型的。混凝土施工完毕后 ， 当天采用草垫覆盖， 在浇筑后 7 d内浇水养护。 6结语 通过施工实践发现， 为防止风力发电机组基础大体积混 凝土 出现裂缝， 应从 以下几方 面注意。 ( 下转封三 ) - 6 3 一 一 第 7期 包金山 ， 等 ： 强腐蚀区超长及高压供水系统适用性探索 第 4 6卷 深 0 7 m， 位 于冻土层 以下 ， 可 以大大 减少供 水管 路 的冬 季 保温费用。 由于开挖断面很小 ， 管沟采用人工配合 自行式 轮式小型 挖掘机进行开挖回填 。 在管道安装完成 、 检查合格后 ， 即可进 行分段 回填 ， 为避免 回填后 出现渗漏 ， 在受力较 大的转 弯段 接头暂不回填到位 ， 待打压合格后再行回填。根据现场地形 和水流方向， 考虑山洪流向对管路安全的影响 ， 在洪水主流 道取料形成棚对固定的泄洪通道， 在无法避开的部位设简易 铅丝笼块石拦洪坝保护管路安全。 同时为避免地下水侵蚀管 路 ， 管线布 置时尽 量避开地下水集 中的坑洼 区 ， 无法 避开时 必须做好管路防腐。 但在管沟开挖约 3 k m，部分 管路 尚未 填埋 时即遭遇洪 水袭击 ， 二次埋设方式修改为图 1 所示 。对 于管 沟 冲毁段 的 供水 管路在埋设前均在处 理后先浅埋 至相对 平整 的地平 面 以下， 并在上部覆盖细沙或戈壁料保护后填埋 ， 埋设后的供 水管路在各个方向均位于冻土层( 6 7 c m) 以下； 其余受洪水 冲蚀造 成的管沟深度 不足段 以各 向埋设 深度 以不 小于冻 土 层控制 。 I _ _ 一 图 1 供水 系统管路埋设方式， c m 4 3 管道 防腐 供水 系统 3 桥至取水 口 1 0 5 k m管路处于 波波娜村 地 下水位以下的河沟段 ， 水质呈强碱性 ， 必须进行管路防腐。 管 路防腐在焊管表面处理合格后 ， 先涂刷 3道成 品沥青漆做为 底漆 ， 涂 刷时基面应干燥无 尘 ， 漏刷务必均匀且 厚度不 得小 于 0 2 m m。在底 漆涂刷完成后 ，包扎聚 乙烯工业 薄膜保护 层 ， 包扎时不得 有褶商 皮、 脱壳 现象 ， 压边 宽度 3 0 4 0 mm， 厚 度为 1 O 1 5 m m。因地下水腐蚀性很强且二次维护难度很 大，安装时的现场对接接头必须严格按要求逐个防腐到位 ， 以减少后期 可能 出现 的二次处理工作量 。 4 4 管路 打压及 蓄水池充水试验 管路打压在管路接口、 管路附属设备全部验收合格后进 行，试压前除转弯段外的管路回填不得小于管顶 以上 5 0 0 m m。打压试验用水水质应满 足生活 饮用水的标准 ，缓慢充 水 ， 以免使 管道发生水锤现象 。先以不大 于 O 1 MP a m i n的 速度 充水加压增压 到 1 5 倍 的工作压力 ， 1 0 rai n 后 检查 管道 接口和管道无渗、 无漏； 然后降至工作压力并用约 1 k g手锤 敲打离心水泵处管道接口焊缝四周， 3 0 r a i n 后无渗、 无漏 ， 即 为合格。 试压合格后， 全系统必须连续试运行 7 2 h以上， 正式 投入使用。 3 0 0 m3 蓄水池在投入使用前要进行充水试验。 充水 分 3次， 每次充水三分之一水深， 每次充水结束后稳定 2 d ， 观察和测定渗漏情况，在确定无渗漏现象并验收合格后 ， 方 可利用原基础开挖戈壁料沿水池 四周 分层 均匀 回填密实。 5系统 运 行 5 1 蓄水池进水管改造 原设计进 水管 管 口向下 冲预埋钢 板的底板 ， 主要是担心 高压水流长期冲击水池内部隔墙致其倾翻。 运行期发现在水 池水位达到 1 2左右后的供水速度较慢， 送水压力明显偏 大。同时， 该水池以下 5 个参建单位近 4 0 0人的生活用水均 从 主管 的岔管 引用 ， 频繁 启动抽水对 水泵的损害很大 ， 也容 易损坏岔管导致漏水和供水 中断 。 后在蓄水池进水管 口增加 了一 个岔管 口位于水池顶板底 部 ， 既利于供水顺畅 ， 也使生 活用水量得 以保 障。 5 2 极端气温下运行保护 2 0 0 8年度 ， 和 田地区遭遇 3 O年一遇低温暴 雪天气 ， 最低 气温超标 ， 故在泵房 又增 加 了 1 套取 暖保温设施 ， 保证 了水 泵内部不 出现冻害损坏 ；并 间隔 2 h左右抽 水一次活动 管 路 ， 避免管 内用水上冻 ， 确保 了正常供水。 5 3 管路维 护 由于水头大 、 距 离远、 压力高 ， 运行期 也出现了管路爆裂 漏水 问题 。 出现问题 的原 因一是焊管 自身存在细小砂眼漏水 与冲沟戈壁料 反应产生强腐蚀 性致管路锈 蚀变薄后水力 切 割损坏； 二是急转弯段法兰接头因长期供水的冲击力使其两 侧受力不均， 致水封失效出现漏水和腐蚀。通过对不合格焊 管的及时更换 和修补 ， 转弯部位 的镇墩加 固 ， 彻底消 除了存 在问题 。 6结 语 供水 系统已安全运行 近 3 a ， 历 次洪水并未造 成埋设于 冲沟内的管路出现损坏。管路填埋方式还利于防盗、 故意或 无意的人为破坏， 施工简单 ， 运行方便 ， 节约成本 ； 措施方法 得当， 也可避免强腐蚀区的管路侵蚀； 一次供水 ， 还可在通讯 不便的地区减少中间环节。 在类似新疆地区沙漠和戈壁等的 野外 ， 超长及高压供水系统不失为一种很好的供水方式 。 ： 不 奈 尜 缔 乔 _幺 环 尔 珠 出尔 出乖 钎 希 貊 ( 上接 第 6 3页) ( 1 )在进行风机基础混凝 土浇筑时 ， 为控制 混凝土水化 热 ， 对原风机基础 C 3 5 混凝土配合 比进行了优化 、 调整 ， 用部 分磨细矿渣粉替代水泥 ， 控制用水量( 长距离运输 ， 对塌落度 有一定要求 ) ， 适当降低水胶比， 以降低水化热； ( 2 )在混凝土浇筑过程中应采用平铺分层浇筑， 每浇筑 层厚度控制在 3 O 一 5 0 e m； ( 3 )在浇筑过程 中应保证混凝 土振捣到位 ， 特别 是底层 钢筋部位处的振捣， 同时注意仓面泌水情况； ( 4 )为防止表 面裂缝 的出现 ， 在混凝土浇筑 收仓 后应及 时用塑料 薄膜 覆盖 ， 并铺设草垫 ， 在混凝土初凝后 ， 及时进行 洒水养护， 保持混凝土表面湿润； ( 5 )在混凝土浇筑完成后及时采用保温被覆盖， 防止内 外温差过大， 产生裂缝， 做好内部温度测控记录。 参考文献 ： 1 白雪景 风力发电机组基础施工质量保障措施探讨 J 科学之 友 ， 2 0 0 8 ， ( 1 1 ) ： l 4 1 6 2 江正荣 建筑施工工程师手册 M 北京： 中国建筑工业出版社， 2 O O 2