袁向平，伍健毓

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司第二分局，四川郫縣 611730)

1 工程概況

慈溪風(fēng)電場(chǎng)位于浙江省慈溪市，屬東海潮間地帶灘涂地貌，共安裝33臺(tái)單機(jī)容量為1.5 MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量49.5 MW。該風(fēng)電場(chǎng)是我公司承建的第一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，成敗與否，對(duì)公司大力開(kāi)拓非水電市場(chǎng)和進(jìn)入新能源領(lǐng)域具有極其重要的作用(圖1)。

圖1 浙江慈溪風(fēng)電場(chǎng)全貌

慈溪風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組采用AW/77-1500-CII機(jī)型，機(jī)組單機(jī)容量1.5 MW，轉(zhuǎn)輪直徑77 m，輪轂高度60 m，發(fā)電機(jī)出口電壓12 kV。

2 工程現(xiàn)場(chǎng)基本條件

2.1 氣象條件

慈溪市多年平均氣溫為14.8℃，極端最高氣溫38.6℃，極端最低氣溫 －10.6℃，年平均高于35℃的日數(shù)為5 d，最多日數(shù)為18 d(1964年);平均相對(duì)濕度81%;多年平均年降水量為1 037.1 mm，年平均雷暴日數(shù)為33.3 d;多年平均臺(tái)風(fēng)影響次數(shù)為1.6次/a。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)地形及地質(zhì)條件

(1)地面高程一般為0.3 ～2.2 m，地形為北東低，南西高。場(chǎng)區(qū)東北部地形為沿海灘涂，地形平坦，地面高程0.3～1.5 m，為潮水浸沒(méi)區(qū)。上部土層為淤泥，厚度約1～3 m，易陷入，不能安裝鉆探設(shè)備;場(chǎng)區(qū)西南部分布魚(yú)塘，田埂縱橫交錯(cuò)，植被較發(fā)育，地面高程一般為1.9～2.2 m，潮水不能到達(dá)該區(qū)。場(chǎng)區(qū)三面均有隔堤圍之，目前東北防洪海堤還在施工中，其它三面的隔堤均已建成，堤寬約10 m，高程3.2～6 m，路面平整，交通條件較好。

(2)據(jù)勘察揭露，勘探深度內(nèi)(勘探孔最深為66 m)均系第四系沉積物，為沖積、海積及河口～海陸相沉積，自上而下主要地層如下:①－1層為素填土;①－2層為吹填土;②－1層為砂質(zhì)粉土;②－2層為砂質(zhì)粉土;②－3層為砂質(zhì)粉土;②－3夾層為砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土;②－4層為砂質(zhì)粉土;③層為粉質(zhì)粘土夾砂質(zhì)粉土;④－1層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土;④－1夾層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉砂;④－2層為粉質(zhì)粘土;⑤－1層為粉砂;⑤－2層為粉質(zhì)粘土夾砂質(zhì)粉土;⑤－3層為中砂;⑥－1層為粉質(zhì)粘土;⑥－1夾層為砂質(zhì)粉土。

2.3 環(huán)境水腐蝕性

風(fēng)電場(chǎng)地表水和淺層地下水化學(xué)類(lèi)型為高礦化度水。根據(jù)國(guó)標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021－2001中的有關(guān)規(guī)定，從氣候條件、土層特性以及干濕交替情況等因素綜合分析，該工程場(chǎng)地環(huán)境類(lèi)型按Ⅱ類(lèi)考慮，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性;在長(zhǎng)期浸水條件下對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無(wú)腐蝕性;在干濕交替條件下對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具中等腐蝕性;對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性，應(yīng)采取防腐蝕措施。

3 道路平臺(tái)施工

慈溪風(fēng)電場(chǎng)布置于外海堤內(nèi)側(cè)的灘涂區(qū)和養(yǎng)殖塘內(nèi)。據(jù)歷年風(fēng)力資料，同時(shí)為減少風(fēng)機(jī)之間尾流影響，設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組行間距約為560～600 m，列間距約為650 m。故道路平臺(tái)施工是風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工和機(jī)組安裝的前提和基礎(chǔ)，也是該工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

因該工程地下水位高、灘涂地承載力極低，地下水位無(wú)法降低，無(wú)條件對(duì)土進(jìn)行充分翻曬，施工設(shè)備不能進(jìn)入灘涂地，故原設(shè)計(jì)方案中的石灰土路基和石灰土平臺(tái)根本無(wú)法施工。根據(jù)工程所在地地材情況和水文地質(zhì)條件并進(jìn)行充分調(diào)研，將該工程道路和平臺(tái)基礎(chǔ)由石灰土路基優(yōu)化為石渣路基。道路填筑采取進(jìn)占法施工。在石材的選擇上使用質(zhì)地較堅(jiān)硬、不易風(fēng)化的石渣，下部填筑采用粒徑大于30 cm的塊石進(jìn)行擠淤，形成承載骨架，上部采用粗細(xì)較為均勻的混合料，但需嚴(yán)格控制含泥量不超過(guò)5%，填筑厚度根據(jù)地下水位情況和地基土承載力確定，一般控制在60～120 cm。雨天原則上不填筑，因此時(shí)地基土極易液化，填筑將難以推進(jìn)，且填筑后其承載力也不能滿(mǎn)足材料、設(shè)備運(yùn)輸要求，填筑厚度亦將增加較多，均對(duì)投資和進(jìn)度不利。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，加快了進(jìn)度、節(jié)約了工程投資，路基和平臺(tái)承載力得到了充分保證，為后序施工創(chuàng)造了有利條件。

4 弱基處理

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)布置于軟基上，且軟基厚度達(dá)60余m，故必須對(duì)地基進(jìn)行加固處理才能滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)對(duì)地基承載力、變形等的要求。該工程采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁進(jìn)行地基加固，其最大設(shè)計(jì)深度為57 m。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁具有強(qiáng)度高，抗豎向錘擊力強(qiáng)，抗彎、抗剪能力較差等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)采用三圈布置，內(nèi)圈、外圈為長(zhǎng)樁，中圈為短樁，長(zhǎng)樁主要為提高地基的承載力，短樁主要是增加基礎(chǔ)的抗水平力。為減少管樁在施工過(guò)程中對(duì)已修建好的外海堤的擠壓影響(管樁與已修建好的外海堤最近距離約15 m)，同時(shí)，為減少沉樁困難，采取的是內(nèi)圈——中圈——外圈的施工順序，同圈先施工靠海堤側(cè)管樁，再施工內(nèi)側(cè)管樁。實(shí)踐證明:采取該施工方法，有效地避免了管樁施工對(duì)外海堤的影響，同時(shí)沉樁也較為順利，后序沉樁未對(duì)已成的樁造成明顯的破壞，如造成已成的樁上浮、無(wú)法沉樁、使已沉的樁傾斜等現(xiàn)象，較好地控制了成樁質(zhì)量。經(jīng)檢測(cè)，均為Ⅰ、Ⅱ類(lèi)樁。在管樁施工過(guò)程中需嚴(yán)格控制樁身本身的質(zhì)量、垂直度、樁頂高程、間排距、管樁連接質(zhì)量、終止沉樁標(biāo)準(zhǔn)等。樁本身的質(zhì)量控制嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行出廠和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、驗(yàn)收，需達(dá)到規(guī)范要求才能投入使用。沉樁過(guò)程中，樁身垂直度通過(guò)兩臺(tái)呈90°相交的經(jīng)緯儀實(shí)時(shí)監(jiān)控。樁身垂直度檢測(cè)是控制沉樁質(zhì)量的關(guān)鍵，否則極易造成斷樁、斜樁或Ⅲ類(lèi)樁等現(xiàn)象;樁頂高程采用水準(zhǔn)儀控制，樁頂高程一致有利于樁基均勻受力和上部風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工;樁的平面位置控制采用全站儀準(zhǔn)確放點(diǎn)、作標(biāo)志進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)進(jìn)行校核，以保證平面位置符合設(shè)計(jì)要求;樁體連接采用焊接，為有效防止焊接變形，采取對(duì)稱(chēng)施焊并全部滿(mǎn)焊，焊縫必須飽滿(mǎn)，一般采用3～4臺(tái)焊機(jī)同時(shí)施焊。冷卻約5 min后，在管樁接頭刷環(huán)氧樹(shù)脂，以防接頭處鋼板銹蝕。管樁接頭焊接質(zhì)量是管樁施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，必須高度重視，一定要保證樁頭的平整度和焊接本身的質(zhì)量。終錘標(biāo)準(zhǔn)是控制樁身標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)值、承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求和控制基礎(chǔ)沉降變形的關(guān)鍵，因此，必須按設(shè)計(jì)要求的終錘標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。一般按以下原則進(jìn)行控制:(1)設(shè)計(jì)標(biāo)高;(2)總錘擊數(shù);(3)最后1 m的錘擊數(shù)。在沉錘方式選擇上可選擇錘擊樁或靜壓樁。因該工程采用高強(qiáng)混凝土管樁，其豎向抗錘擊力強(qiáng)，加之該工程各風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)間距較大，采用靜壓樁設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)不便，轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)間長(zhǎng)，成本較高，且地基承載力較低，樁呈環(huán)形布置采用靜壓樁不適合。通過(guò)比選，該工程最終采用D80柴油打樁機(jī)沉樁。

5 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)鋼筋混凝土施工

圖2 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)管樁施工圖

該工程風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為直徑17 m的鋼筋混凝土錐臺(tái)基礎(chǔ)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，鋼筋采用Ⅱ級(jí)鋼筋。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)開(kāi)挖至少應(yīng)在管樁施工完成一周后進(jìn)行，以保證地基土充分排水固結(jié)，并能準(zhǔn)確檢測(cè)樁體承載力。基礎(chǔ)開(kāi)挖過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范棄土，禁止在樁體一側(cè)堆存過(guò)多的棄土，棄土應(yīng)距開(kāi)挖開(kāi)口線(xiàn)以外5 m以上，以防止側(cè)壓力過(guò)大而造成已施工的管樁樁身傾斜或斷裂，進(jìn)而對(duì)已成樁質(zhì)量造成影響(圖2)?；A(chǔ)開(kāi)挖后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行樁體完整性和承載力檢測(cè)(包括豎向和水平力檢測(cè))，須經(jīng)檢測(cè)合格方能進(jìn)行下一道工序。在底板鋼筋混凝土施工前，按設(shè)計(jì)要求，應(yīng)對(duì)管芯上部進(jìn)行回填混凝土施工(一般1.5 m左右)，以提高風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的抗水平力。管樁通過(guò)樁頭伸入承臺(tái)混凝土約10 cm，并加接頭連接筋與承臺(tái)可靠連接，故應(yīng)嚴(yán)格控制樁頂高程和連接筋的焊接質(zhì)量。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)預(yù)埋件采用“鼠籠”結(jié)構(gòu)，其由132根螺栓、加上下法蘭組成(上法蘭為活動(dòng)法蘭)，均在進(jìn)行風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土澆筑前進(jìn)行安裝調(diào)整(圖3)。為保證基礎(chǔ)螺栓的安裝精度，在安裝前，用精度較高的測(cè)量?jī)x器事先放出風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)螺栓的安裝位置和上下法蘭的安裝高程，并將誤差控制在0.5 mm以?xún)?nèi)。由于該工程基礎(chǔ)螺栓安裝精度控制好、施工過(guò)程中保護(hù)到位，從而實(shí)現(xiàn)了全部塔筒安裝一次性入孔率達(dá)100%，實(shí)現(xiàn)了同行業(yè)領(lǐng)先。

圖3 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)地腳螺栓安裝圖

在實(shí)施過(guò)程中，采用全轉(zhuǎn)儀控制平面位置，精密水準(zhǔn)進(jìn)行相對(duì)標(biāo)高控制并加固牢固，在澆筑混凝土?xí)r派專(zhuān)人指揮下料，以防止直接將混凝土卸于埋件。在埋件四周均勻下料，以保證風(fēng)機(jī)預(yù)埋件不發(fā)生變形或傾斜。因混凝土強(qiáng)度等級(jí)高，且工程所在地夏季十分炎熱、冬季十分寒冷，設(shè)計(jì)對(duì)混凝土表面開(kāi)裂控制要求較高(不允許開(kāi)裂，一旦出現(xiàn)細(xì)微裂紋，要求用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ))，因此，對(duì)混凝土的溫控十分重要。為保證混凝土質(zhì)量并有效防止開(kāi)裂，采取了以下措施:(1)嚴(yán)格控制混凝土坍落度在9～11 cm;(2)在一天中選擇適當(dāng)?shù)臐仓r(shí)間;(3)對(duì)商品混凝土站進(jìn)行嚴(yán)格的比選，骨料用防護(hù)棚進(jìn)行保護(hù);(4)嚴(yán)格控制水灰比、塌落度;(5)采取30 cm厚分層澆筑，特別注意斜面和頂面的振搗，保證密實(shí)，加強(qiáng)壓光，抹面;(6)特別要重視保溫和養(yǎng)護(hù)工作 。通過(guò)采取上述措施后，較好的控制了混凝土表面裂縫和結(jié)構(gòu)性裂縫。

6 風(fēng)機(jī)機(jī)組的安裝

該工程單臺(tái)風(fēng)機(jī)重約162.6 t，其中最重件為風(fēng)機(jī)機(jī)艙，重約55 t，最長(zhǎng)件為風(fēng)機(jī)葉片，長(zhǎng)度約37.25 m。風(fēng)機(jī)安裝起吊的最大高度約65 m。該工程選用350 t、55 t履帶起重機(jī)(350 t配超起裝置，同類(lèi)型機(jī)組安裝一般選用400 t或450 t吊車(chē)進(jìn)行安裝)，輔以200 t、50 t汽車(chē)起重機(jī)作為該工程起吊的主要設(shè)備。由于風(fēng)機(jī)安裝起吊高度高、單件重、海邊施工受海風(fēng)影響大、高空作業(yè)危險(xiǎn)因素多，合理的施工組織與安排以及充分的施工前期的準(zhǔn)備工作是實(shí)現(xiàn)順利安裝和提高安裝效率的關(guān)鍵。

(1)風(fēng)機(jī)地腳螺栓的安裝。

每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)由132根M39×2 000 mm螺栓在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝、調(diào)整，預(yù)埋在風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)混凝土中。由于設(shè)計(jì)不預(yù)留二期混凝土，因此地腳螺栓需一次組裝調(diào)整完成，螺栓數(shù)量多且調(diào)整精度要求高(水平度不大于2 mm，垂直度不大于0.5 mm，螺栓間距不大于1 mm)。在現(xiàn)場(chǎng)加工制作工裝并使用專(zhuān)用工具進(jìn)行螺栓定位，保證了螺栓間距、水平度和垂直度。

(2)塔筒安裝。

第一節(jié)重量為38.3 t、長(zhǎng)14.2 m，第二段重量為24.8 t、長(zhǎng)14.3 m，第三段重量為31 t、長(zhǎng)30 m。

塔筒吊裝時(shí)，在塔筒上部連接法蘭、安裝專(zhuān)用起升吊具，4個(gè)吊具必須對(duì)稱(chēng)，盡量均分法蘭連接螺絲孔，在塔筒下部法蘭安裝專(zhuān)用翻身吊具，2個(gè)吊具必須對(duì)稱(chēng)，吊具盡量安裝在法蘭上部位置，主吊設(shè)備(200 t汽車(chē)吊或350 t履帶吊)吊裝塔筒上部法蘭，輔吊吊裝塔筒下部法蘭，檢查確認(rèn)安全可靠后同時(shí)操作兩臺(tái)吊車(chē)提升，塔筒水平調(diào)離地面約2 m后，主吊繼續(xù)慢慢提升，輔吊配合慢慢下落，完成塔筒空中翻身。當(dāng)塔筒完全豎直后拆除塔筒下部法蘭吊具，由主吊獨(dú)立完成塔筒的就位。

(3)風(fēng)機(jī)機(jī)艙的安裝:

①機(jī)艙重64 t(含吊具)，長(zhǎng) 12.4 m、高 4.2 m、寬4.2 m，吊裝高度60 m就位。

②主吊設(shè)備的選擇。廠家提供的機(jī)艙重量為55 t，由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員計(jì)算、校核，邀請(qǐng)相關(guān)專(zhuān)家對(duì)吊裝方案進(jìn)行評(píng)審，專(zhuān)家認(rèn)為:采用400 t履帶吊或500 t汽車(chē)吊進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組吊裝比較安全可靠。通過(guò)首批6臺(tái)機(jī)艙吊裝觀察，機(jī)艙重量均在50 t左右，比廠家提供的參數(shù)小了約5 t。項(xiàng)目部技術(shù)人員重新優(yōu)化編制了風(fēng)電機(jī)組安裝方案，對(duì)各種吊裝工況進(jìn)行了驗(yàn)算和電腦模擬，并報(bào)業(yè)主、監(jiān)理。通過(guò)反復(fù)溝通和詳細(xì)的講解，最終決定采用350 t履帶吊進(jìn)行第二批27臺(tái)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的吊裝。

③機(jī)艙的吊裝工藝措施。在機(jī)艙內(nèi)部4個(gè)吊點(diǎn)安裝專(zhuān)用吊具，通過(guò)調(diào)整吊具位置使機(jī)艙平衡。在主吊稍微帶勁的情況下，找正吊鉤位置，保證機(jī)艙在吊離地面時(shí)不晃動(dòng)。

為了保證機(jī)艙在吊裝時(shí)平穩(wěn)，在機(jī)艙上固定了兩根纜風(fēng)繩，用于吊裝過(guò)程中控制機(jī)艙的擺動(dòng)及調(diào)整就位方向，便于安裝就位。

拆除連接機(jī)艙和臨時(shí)底座的螺栓，采用主吊將機(jī)艙慢慢吊離地面0.2～0.3 m，在檢查確認(rèn)其安全可靠后慢慢提升。

(4)風(fēng)機(jī)葉輪的安裝。

①葉片單片長(zhǎng)度為 37.5 m，重 5.6 t，與輪轂組裝后葉輪直徑約為77 m。

②葉輪組裝。將輪轂進(jìn)行空中翻身后放置在輪轂固定工裝上，從不影響其他吊裝作業(yè)方位進(jìn)行首片葉片與輪轂的組裝，采用專(zhuān)用吊具在葉片重心兩側(cè)2.5 m的兩個(gè)吊點(diǎn)起吊葉片與輪轂進(jìn)行組裝，將葉片逆時(shí)針?lè)较?0°位開(kāi)始計(jì)數(shù))第5顆螺栓退出約100 mm，作為葉片與輪轂對(duì)裝的導(dǎo)向，通過(guò)遙控調(diào)整吊具來(lái)調(diào)整葉片角度和水平度，以保證葉片能準(zhǔn)確與輪轂對(duì)裝，葉片連接螺栓全部穿入輪轂法蘭后按廠家要求對(duì)稱(chēng)緊固連接螺栓。

葉片與輪轂對(duì)裝完成后，為保持平衡，防止葉片傾倒，應(yīng)在葉片的端部用方木或泡沫板支撐，然后拆除吊裝索具，組裝另外兩個(gè)葉片。

③葉輪吊裝。在兩葉片根部安裝提升專(zhuān)用吊帶，在葉尖位置安裝葉尖帶并綁好風(fēng)繩，風(fēng)繩直徑不小于10 mm，長(zhǎng)度約150 m。在另一葉片運(yùn)輸支撐位置安裝翻身吊帶，為防止損壞葉片，應(yīng)在葉片上部加墊保護(hù)板，并在吊帶上綁脫扣繩。

采用LR1350/1型履帶吊和50 t汽車(chē)吊同時(shí)提升葉輪，離地面約15 m時(shí)繼續(xù)主吊提升，輔吊慢慢下落對(duì)葉輪進(jìn)行空中翻身。

7 結(jié)語(yǔ)

在慈溪風(fēng)電場(chǎng)施工中，通過(guò)嚴(yán)格的過(guò)程控制，較好地實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量、安全和進(jìn)度目標(biāo)，該項(xiàng)目至2007年并網(wǎng)發(fā)電以來(lái)一直正常運(yùn)行，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。該工程獲得中國(guó)電力優(yōu)秀工程獎(jiǎng)。