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摘要:上海奉贤海湾风力发电工程是上海市第一个具有商业运营价值的工程,是一项示范性项目,文中介绍了在紧靠一线海堤的软土基础上建设塔高65m的风力发电机组经验,分析了所采取的相应技术措施。
关键词:风力发电 高塔 地基处理 沉降 吊装
1 引言
上海奉贤海湾风力发电工程是上海市第一个具有商业运营价值的工程,也是一项示范性项目,是一项在紧靠海堤侧软土基础上建造塔高65m的风力发电机组的工程。如何对紧靠一线海堤的地基进行处理是一个棘手问题。
为充分利用滩涂及海塘,减少对土地资源的占用,经市水务局及设计单位专家论证,报市防汛指挥部批准,将4台850kW风力发电机组顺一线大堤内侧沿线布置,要求:离堤最近的桩位到海堤内侧坡脚的距离≮10m:桩基施工或日常运行中可能造成大堤的水平位移≯10mm。为此,设计采用深约42m;φ600mm的全笼抗拔型钻孔灌注桩,用于地基处理,上置外接圆φ12m、高2m的等六边形基础承台,并要求一次浇捣成形。据要求,设计和施工就技术关键问题提出了相应的解决方案。
2 海堤成形时的大块花岗岩抛石对打桩的影响
由于海堤建设和防汛抢险的需要,大堤下面在相对标高-8m以上有一段大块花岗岩抛石层,而离大堤坡角至22m的打桩区域,虽不属抛石区域但也属抛石影响区域。因此,在设计阶段对每台机组安装位置进行了详细的地质勘探,以确认地下无工程型块石。当1#机组打桩初期连续3个钻孔位置发现石块而影响打桩时,决定将1#机所有桩位沿定位的圆形中心线,顺同一方向转移一段弧线距离,并采用手动勘探仪对每个桩位进行深10m的简易勘探,经2个工作日的勘探,确认所有新选择的桩位地下均无石块,使打桩工作处于良好受控状态。
简易勘探的目的,是希望在所有桩基在尚未打入的情况下,一旦发现个别桩位地下存有石块而影响打桩时,可统一对桩位进行重新布局,以避免不必要的补桩,使材料和工时浪费控制在最小范围。
2.1 随塘河上打钻孔灌注桩
据设计,机组基础承台的下平面标高高出青坎原地面约1m;高出随塘河床约2.5m,且每个基础承台下都有至少3根桩的桩位是落在随塘河内的,实际为架空式承台结构。施工方案考虑在φ18m的圆形区域内(>基础直径约6m),用沙土堆筑一个绝对高度约6m的施工作业平台,用于钻孔桩机的站位,并且,待灌注桩养护强度满足凿桩条件后,再开挖至基础承台下平面标高以下0.5m处进行凿桩作业。此施工方案的特点在于平台堆筑方法简单、时间较短、成本较低,但在施工作业中暴露出了土质作业平台稳定性差的问题,主要表现为承载能力和由此引起的标高稳定性差,钻孔桩机的重量、堆土的自然密实现象、随塘河水的冲蚀等都是造成土堆型作业平台下沉、不均匀下沉以致局部塌方、形成内部暗缝的主要原因。而作业平台的下沉或不均匀下沉会直接导致桩的深度和垂直度偏差:局部塌方会直接影响桩机的站位安全:塌方形成内部暗缝又会造成灌浆泄露。针对这些可能出现的问题,施工中采取了以下措施:
(1)堆筑时对堆土进行分层夯实,以减少自然密实量,缩短自然密实过程。
(2)尽可能早一点堆筑,使之有时间尽量多的完成自然密实,要求经历较大的降雨或浇水。
(3)适当增加沿河水侧的放坡,并在可能出现塌方的区域内实施压密注浆,以增加堆土的密实度和结合力。同时修补土堆内部缝隙,避免或减少漏浆。
(4)在钻孔过程中规定一定的时间间隔对桩机的水平度和高层位置进行跟踪测量,发现数据超标应及时修正。
实践证明,这些措施对于最终安全优质完成所有桩基施工起到了重要的作用。
2.2 随塘河护围石坝构筑
在施工中遇到了一个极为罕见的自然现象,即在河床上挖掘石坝基础护脚沟时出现挖出的沟道底部标高在短时间内自动抬升的现象,致使由大石块砌成的基础护脚线在水泥未达强度时就因受到不均匀的抬升力而出现大面积开裂,不仅标高变化不一,而且护脚线强度也大受影响。后经核查才知,这是软土层土压自然平衡所造成的一种自然现象,由于软土具有较强的流动性,尤其在湿度达到饱和的情况下,与一般黏土相比更倾向于体现流体的特性,因此,当挖沟造成的位差导致沟底表土所受压力低于河床下同标高处的土压时,压差就会驱动土壤由高压向低压处缓慢流动(与纯流体流动速度相比)直到压力平衡,也就是最终重新填平河床。由见于此,倘若挖沟深0.6m,土壤比重为1.3t/m3则沟底每m2区域有可能获得约700kg的抬升力。因此,只有在短时间内使沟底表面每m3荷重超过一定重量才能使这一现象得以消失。于是,在将第一次被破坏的护脚线拆除重砌时,采取了护脚线与石坝填层一次连续筑成的施工措施,确保了随塘河护围石坝按质、按时砌成,保证土壤回填、承台垫层浇筑、凿桩等后续施工正常进行。
2.3 软土地基上基础预埋件位置精度的确保
据设计,在总厚度为3m的基础承台中埋设有一个重约5t的圆筒式塔筒预埋件,用于实现上部高65m塔体与基础形成插入式连接,同时规定埋件上部法兰水平度偏差按相对高差计算≯±2mm。以保证较高的塔体,不至于因塔底根部连接法兰(即预埋件上部法兰)水平度的微小倾斜,而造成塔体顶部中心与垂直轴线之间的严重位差,从而使塔体垂直方向载荷偏移,影响塔体的垂直稳定性能。也就是说,埋件上部法兰水平度是确保塔体安全的重要指标。也是施工方案予以重点考虑的技术关键。针对基础承台必须一次浇捣成形的设计工艺要求,施工方案中考虑将预埋件通过三点高约2m的支腿,事先放置在与承台下底面标高相同的厚约200mm的混凝土垫层上,并利用与支腿连接的调节螺杆把预埋简体上法兰平面的水平度调整到±2mm范围内,然后再进行承台混凝土浇捣。但是,在总重超过300t的混凝土的浇捣过程中,摊铺在用沙土堆筑的施工作业平台上的200mm混凝土垫层根本无法稳定的支撑这一重量,而不发生沉降。而且,堆筑在随塘河上相当一部分的作业平台,对其上部混凝土重量的支撑能力更差,引起的下沉会更多,所以混凝土垫层的不均匀沉降而导致预埋简体上法兰平面的水平度极易出现超差。为应付难以控制的不均匀沉降,尽力保证预埋筒体上法兰平面的水平度。在实际施工中采取了三种比方案更为周到的工艺或措施,结果四个承台中还是有二个承台的预埋简体上法兰平面水平度超差。
2.3.1 4座塔基承台施工情况
(1)达到标准的#2、#4号承台
#2、#4号承台是第一和第二次浇捣的2个承台,在这二个承台的浇捣过程中都出现了2个多小时浇捣了约占总量2/5的时候出现停浇(系混凝土供应不上原因)情况,此时调节螺杆尚未被埋入,施工人员经用 2个小时观测、调整法兰的水平度,并且在后续浇捣开始以前给了一定量的反向超调,从而在全部浇捣完毕后,水平度基本控制在±1.5mm范围内,满足设计要求。然而,由于浇捣的不连续,违反了设计提出的必须连续浇捣的要求,遭到业主与监理不同程度的疑虑和关注。
(2)#3号承台
据业主和监理的要求,在事先与混凝土供应商交涉并获得保证连续供应的承诺后,#3号承台的施工基本上严格按照原先制订的施工方案进行,在浇捣到混凝土马上要淹没调节螺杆的时候,对法兰水平进行了一次全面的观测和调整,并按照前二次的经验在给予了同样量的超调以后,继续以后的混凝土浇捣,但不久就观测到靠随塘河一侧的下沉速度和下沉量出乎了事先的预料,且完全没有手段控制,任不均匀沉降自由发展,直至全部浇捣完毕。最终,绝对偏差达到约7mm,超标3mm。
事后,对可能引起预埋简体偏斜的原因进行分析,认为:“预埋件通过3点高约1m的支腿,事先放置在与承台下底面标高相同的厚约200mm的混凝土垫层上,然后用与支腿连接的调节螺杆把预埋简体上法兰平面的水平度调整到±2mm范同内”的施工方案存在有明显问题,即厚约200mm的混凝土垫层看似坚固,但由于它所基于的沙土施工平台对百吨混凝土的支撑稳定性不够,所以当沙土平台受压而出现不均匀下沉时,置于它上部的垫层和预埋简体自然也随之下沉,并导致预埋简体倾斜。
(3)#1号承台
据对#3号承台的施工情况的分析,在#1号承台施工中考虑用#20号槽钢构筑成一个基于三个桩基的支撑架,用以放置预埋简体,鉴于桩基对承台重力的承受能力很强,故有理由认为,在混凝土浇捣过程中受力于桩基之上的槽钢结构和预埋简体的沉降就只受钢结构变形的影响,而如能把预埋筒体对钢结构的负载做得尽量的对称,那么,预埋筒体因不均匀沉降所造成的倾斜应该可以得到缓解。于是,在增加了约1万元措施费用的情况下开始了#1号承台的浇捣施工。然而,在混凝土浇捣至调节螺杆被完全淹没(钢结构被淹约800mm)后,预埋筒体还是出现了4mm的水平偏差,并且在整个承台全部连续浇捣完毕后,偏差扩大至6.5mm。分析整个浇捣过程,在混凝土刚刚开始淹没钢结构时的观测数据几乎没有变化,现场情况较为乐观,而忽视了高密度跟踪观测、调整工作,以致在已没有调节手段时发现而偏差已无法补救。但就其总的不均匀沉降量而言,与#3号承台施工时相比是有所减少的,因为期间少了多次调整和有意识的超调,所以措施仍具有一定的作用,但在钢结构被淹过深以后,实际上它已与混凝土一起作为一个整体加入位移,而其刚度较差则是导致最终结果的重要原因。
2.3.2 解决方案建议
通过对上述几种情况的分析发现:若要满足基础承台必须一次完成浇捣的设计要求,那么,垫层的不均匀沉降将是不可避免。
(1)在承台混凝土浇捣过程中,垫层的不均匀沉降是有一段稳定过程的。也就是说,假如垫层上部浇捣的混凝土达到一定重量且不再发生变化。则垫层的不均匀沉降仍将持续一段时间才会趋于停止。
(2)垫层不均匀沉降量(稳定后)与其上部浇捣的混凝土总量成正比。
(3)承台混凝土中的钢结构件,若没有足够的刚性使其在承受上部混凝土重量时不发生变形,那么,因其下部混凝土下沉而腾出的空间无足够的混凝土通过流动来填补,所以也只有通过结构的弹性下弯来平衡重力,即造成事实上的整体跟随下沉,对预埋简体位置的保持帮助不大。
据上述分析,要在施工中较好的解决承台混凝土浇捣过程中预埋简体倾斜问题,从施工工艺的角度说,最好的方法就是对承台分上、下二次浇捣,即按风机供应商提供的标准基础下部,按其对地基的承载要求,先进行打桩,并浇捣用以承载标准基础的地基承台,然后,再以地基承台作为浇捣标准基础的作业垫层,用以同定预埋简体。这样与桩基构成整体的地基承台(厚约1m的作业垫层),就有足够的承载能力来保持水平基准的稳定。但这样做的前提必须是,设计经核算确认标准基础所受到的最大倾覆弯矩应<对应点重力构成的反向弯矩。而从风机供应商提供的标准基础结构与施工工艺要求看,建立于标准基础上的风电机组,只要其地基的承载能力符合要求,其抗倾覆能力是足够的,
若设计上坚持必须一次完成浇捣的话,建议:
(1)提高施工垫层混凝土厚度,并敷设足够的钢筋与桩基钢筋笼相连。
(2)混凝土垫层下部摊铺的毛石块加大,厚度增加。
(3)在承台混凝土浇捣至调节螺栓将被淹没前,暂停混凝土浇捣,提供一段足够使沉降稳定的时间,待观测到沉降基本稳定,且对水平度进行调整或按经验给予一定超凋以后,冉继续剩余的混凝土浇捣,直至完成。即效仿#2、#4号承台的施工工艺。
3 吊装机械选用及吊装方案的确定
3.1 吊装机械的选择
据起吊重量和高度,可供选择的吊车基本在250t以上的履带吊和汽车吊中,而选择的前提除起吊重量和高度外,主要考虑:吊车的站位要求与现有的场地条件是否接近:吊车的移场作业时间与租赁费用、工期要求是否最佳等。
通过时500t自行汽车吊与250t履带吊认真比较,出于以下理由,最终选择采用500t自行汽车吊作为主吊。
(1)500t自行汽车吊4条支撑腿的受力情况在不同工况下是互不相等的。针对起吊重心主要偏向大堤内侧靠临时吊装平台一边的作业特点,依据受力最不理想的吊装情况,计算出落在大堤上的二个支撑腿,通过路基箱时地面的作用力<6t/m2,在大堤的可承重范同内。而且,500t自行汽车吊所拥有的支腿受力监测系统,可用于吊装过程中对大堤的受力情况进行在线监测的手段,并通过对吊臂方位角的控制,来保证站位于大堤卜的支腿压力≯66t,即路基箱覆盖区域的路面平均受压<6t/m2。也就是说,采用500t自行汽车吊可充分利用大堤路面作为吊装平台的一部分。
(2)500t白行汽车吊4条支撑腿下的路基条件若出现差异而引起不同沉降,吊车具有的自动调整功能可即时进行水平修正,而履带吊若半边坐在永久道路上,半边坐存临时平台上,一旦二者出现不同沉降后果不堪设想。因此,从这个角度说,选用汽车吊,不仅可充分利用大堤路面,减少临时吊装的面积,同时对临时平台承载后难以遇见的沉降量的控制要求相对较低。减少了起重作业中安全保障的不可遇见性。
(3)500t自行汽车吊自重小,可在大堤路面随意行驶,移场作业时间和所需场地明显减少,这既能加快施工进度,又能解决场地狭小问题,同时也没有增加总的租赁费用。
3.2 吊装机械的站位
针对选择的500t自行汽车吊作业要求和现场条件,在吊装站位上采用沿大堤,按主吊、吊件、尾吊为序一字形站位方式,主吊沿大堤内侧的二个支撑腿站立在由大块毛石堆筑的与大堤路面齐平的临时吊装平台上,毛石堆筑高度2m到2.5m,并用水泥沙浆填充,上部摊铺厚约10cm的碎石,平台二侧放坡<1比5,以保证边坡稳定。
3.3 吊装时间的选择
在实际吊装过程中发现,选择合理的吊装时间是风电建设中影响进度的一个关键。由于风场均地处风力较大地区,风速经常超过吊车作业所允许的范同,而影响吊装计划的正常实施,本工程自然也不例外。了解分析现场的风力资源数据,发现,每天上午6点至10点风速相对较低,一般都能满足起吊要求,而下午2点至19点往往是强对流气象频发时段,因此,在施工时间安排上,尽量选在上午6点至10点时段完成起吊难度较大的施丁作业,而在下午则更多的安排塔内工作或地面工作,这样基本做到了3天完成一台风机吊装和吊车移场。
4 结束语
为最大利用风力资源和合理占用土地资源,在紧靠一线大堤侧建设风力发电机组将是沿海城市的主要选择。施工前应对地质条件进行详细的勘查,摸清地下土质及障碍情况,同时在施工过程中必须对基础沉降量、垂直度等加大测量频率,并且在此基础上制定不同情况下的施工方案并合理安排时间,做好应急预案。方可保证在一线海堤侧的软土地基上顺利建设风力发电机组。
关键词:风力发电 高塔 地基处理 沉降 吊装
1 引言
上海奉贤海湾风力发电工程是上海市第一个具有商业运营价值的工程,也是一项示范性项目,是一项在紧靠海堤侧软土基础上建造塔高65m的风力发电机组的工程。如何对紧靠一线海堤的地基进行处理是一个棘手问题。
为充分利用滩涂及海塘,减少对土地资源的占用,经市水务局及设计单位专家论证,报市防汛指挥部批准,将4台850kW风力发电机组顺一线大堤内侧沿线布置,要求:离堤最近的桩位到海堤内侧坡脚的距离≮10m:桩基施工或日常运行中可能造成大堤的水平位移≯10mm。为此,设计采用深约42m;φ600mm的全笼抗拔型钻孔灌注桩,用于地基处理,上置外接圆φ12m、高2m的等六边形基础承台,并要求一次浇捣成形。据要求,设计和施工就技术关键问题提出了相应的解决方案。
2 海堤成形时的大块花岗岩抛石对打桩的影响
由于海堤建设和防汛抢险的需要,大堤下面在相对标高-8m以上有一段大块花岗岩抛石层,而离大堤坡角至22m的打桩区域,虽不属抛石区域但也属抛石影响区域。因此,在设计阶段对每台机组安装位置进行了详细的地质勘探,以确认地下无工程型块石。当1#机组打桩初期连续3个钻孔位置发现石块而影响打桩时,决定将1#机所有桩位沿定位的圆形中心线,顺同一方向转移一段弧线距离,并采用手动勘探仪对每个桩位进行深10m的简易勘探,经2个工作日的勘探,确认所有新选择的桩位地下均无石块,使打桩工作处于良好受控状态。
简易勘探的目的,是希望在所有桩基在尚未打入的情况下,一旦发现个别桩位地下存有石块而影响打桩时,可统一对桩位进行重新布局,以避免不必要的补桩,使材料和工时浪费控制在最小范围。
2.1 随塘河上打钻孔灌注桩
据设计,机组基础承台的下平面标高高出青坎原地面约1m;高出随塘河床约2.5m,且每个基础承台下都有至少3根桩的桩位是落在随塘河内的,实际为架空式承台结构。施工方案考虑在φ18m的圆形区域内(>基础直径约6m),用沙土堆筑一个绝对高度约6m的施工作业平台,用于钻孔桩机的站位,并且,待灌注桩养护强度满足凿桩条件后,再开挖至基础承台下平面标高以下0.5m处进行凿桩作业。此施工方案的特点在于平台堆筑方法简单、时间较短、成本较低,但在施工作业中暴露出了土质作业平台稳定性差的问题,主要表现为承载能力和由此引起的标高稳定性差,钻孔桩机的重量、堆土的自然密实现象、随塘河水的冲蚀等都是造成土堆型作业平台下沉、不均匀下沉以致局部塌方、形成内部暗缝的主要原因。而作业平台的下沉或不均匀下沉会直接导致桩的深度和垂直度偏差:局部塌方会直接影响桩机的站位安全:塌方形成内部暗缝又会造成灌浆泄露。针对这些可能出现的问题,施工中采取了以下措施:
(1)堆筑时对堆土进行分层夯实,以减少自然密实量,缩短自然密实过程。
(2)尽可能早一点堆筑,使之有时间尽量多的完成自然密实,要求经历较大的降雨或浇水。
(3)适当增加沿河水侧的放坡,并在可能出现塌方的区域内实施压密注浆,以增加堆土的密实度和结合力。同时修补土堆内部缝隙,避免或减少漏浆。
(4)在钻孔过程中规定一定的时间间隔对桩机的水平度和高层位置进行跟踪测量,发现数据超标应及时修正。
实践证明,这些措施对于最终安全优质完成所有桩基施工起到了重要的作用。
2.2 随塘河护围石坝构筑
在施工中遇到了一个极为罕见的自然现象,即在河床上挖掘石坝基础护脚沟时出现挖出的沟道底部标高在短时间内自动抬升的现象,致使由大石块砌成的基础护脚线在水泥未达强度时就因受到不均匀的抬升力而出现大面积开裂,不仅标高变化不一,而且护脚线强度也大受影响。后经核查才知,这是软土层土压自然平衡所造成的一种自然现象,由于软土具有较强的流动性,尤其在湿度达到饱和的情况下,与一般黏土相比更倾向于体现流体的特性,因此,当挖沟造成的位差导致沟底表土所受压力低于河床下同标高处的土压时,压差就会驱动土壤由高压向低压处缓慢流动(与纯流体流动速度相比)直到压力平衡,也就是最终重新填平河床。由见于此,倘若挖沟深0.6m,土壤比重为1.3t/m3则沟底每m2区域有可能获得约700kg的抬升力。因此,只有在短时间内使沟底表面每m3荷重超过一定重量才能使这一现象得以消失。于是,在将第一次被破坏的护脚线拆除重砌时,采取了护脚线与石坝填层一次连续筑成的施工措施,确保了随塘河护围石坝按质、按时砌成,保证土壤回填、承台垫层浇筑、凿桩等后续施工正常进行。
2.3 软土地基上基础预埋件位置精度的确保
据设计,在总厚度为3m的基础承台中埋设有一个重约5t的圆筒式塔筒预埋件,用于实现上部高65m塔体与基础形成插入式连接,同时规定埋件上部法兰水平度偏差按相对高差计算≯±2mm。以保证较高的塔体,不至于因塔底根部连接法兰(即预埋件上部法兰)水平度的微小倾斜,而造成塔体顶部中心与垂直轴线之间的严重位差,从而使塔体垂直方向载荷偏移,影响塔体的垂直稳定性能。也就是说,埋件上部法兰水平度是确保塔体安全的重要指标。也是施工方案予以重点考虑的技术关键。针对基础承台必须一次浇捣成形的设计工艺要求,施工方案中考虑将预埋件通过三点高约2m的支腿,事先放置在与承台下底面标高相同的厚约200mm的混凝土垫层上,并利用与支腿连接的调节螺杆把预埋简体上法兰平面的水平度调整到±2mm范围内,然后再进行承台混凝土浇捣。但是,在总重超过300t的混凝土的浇捣过程中,摊铺在用沙土堆筑的施工作业平台上的200mm混凝土垫层根本无法稳定的支撑这一重量,而不发生沉降。而且,堆筑在随塘河上相当一部分的作业平台,对其上部混凝土重量的支撑能力更差,引起的下沉会更多,所以混凝土垫层的不均匀沉降而导致预埋简体上法兰平面的水平度极易出现超差。为应付难以控制的不均匀沉降,尽力保证预埋筒体上法兰平面的水平度。在实际施工中采取了三种比方案更为周到的工艺或措施,结果四个承台中还是有二个承台的预埋简体上法兰平面水平度超差。
2.3.1 4座塔基承台施工情况
(1)达到标准的#2、#4号承台
#2、#4号承台是第一和第二次浇捣的2个承台,在这二个承台的浇捣过程中都出现了2个多小时浇捣了约占总量2/5的时候出现停浇(系混凝土供应不上原因)情况,此时调节螺杆尚未被埋入,施工人员经用 2个小时观测、调整法兰的水平度,并且在后续浇捣开始以前给了一定量的反向超调,从而在全部浇捣完毕后,水平度基本控制在±1.5mm范围内,满足设计要求。然而,由于浇捣的不连续,违反了设计提出的必须连续浇捣的要求,遭到业主与监理不同程度的疑虑和关注。
(2)#3号承台
据业主和监理的要求,在事先与混凝土供应商交涉并获得保证连续供应的承诺后,#3号承台的施工基本上严格按照原先制订的施工方案进行,在浇捣到混凝土马上要淹没调节螺杆的时候,对法兰水平进行了一次全面的观测和调整,并按照前二次的经验在给予了同样量的超调以后,继续以后的混凝土浇捣,但不久就观测到靠随塘河一侧的下沉速度和下沉量出乎了事先的预料,且完全没有手段控制,任不均匀沉降自由发展,直至全部浇捣完毕。最终,绝对偏差达到约7mm,超标3mm。
事后,对可能引起预埋简体偏斜的原因进行分析,认为:“预埋件通过3点高约1m的支腿,事先放置在与承台下底面标高相同的厚约200mm的混凝土垫层上,然后用与支腿连接的调节螺杆把预埋简体上法兰平面的水平度调整到±2mm范同内”的施工方案存在有明显问题,即厚约200mm的混凝土垫层看似坚固,但由于它所基于的沙土施工平台对百吨混凝土的支撑稳定性不够,所以当沙土平台受压而出现不均匀下沉时,置于它上部的垫层和预埋简体自然也随之下沉,并导致预埋简体倾斜。
(3)#1号承台
据对#3号承台的施工情况的分析,在#1号承台施工中考虑用#20号槽钢构筑成一个基于三个桩基的支撑架,用以放置预埋简体,鉴于桩基对承台重力的承受能力很强,故有理由认为,在混凝土浇捣过程中受力于桩基之上的槽钢结构和预埋简体的沉降就只受钢结构变形的影响,而如能把预埋筒体对钢结构的负载做得尽量的对称,那么,预埋筒体因不均匀沉降所造成的倾斜应该可以得到缓解。于是,在增加了约1万元措施费用的情况下开始了#1号承台的浇捣施工。然而,在混凝土浇捣至调节螺杆被完全淹没(钢结构被淹约800mm)后,预埋筒体还是出现了4mm的水平偏差,并且在整个承台全部连续浇捣完毕后,偏差扩大至6.5mm。分析整个浇捣过程,在混凝土刚刚开始淹没钢结构时的观测数据几乎没有变化,现场情况较为乐观,而忽视了高密度跟踪观测、调整工作,以致在已没有调节手段时发现而偏差已无法补救。但就其总的不均匀沉降量而言,与#3号承台施工时相比是有所减少的,因为期间少了多次调整和有意识的超调,所以措施仍具有一定的作用,但在钢结构被淹过深以后,实际上它已与混凝土一起作为一个整体加入位移,而其刚度较差则是导致最终结果的重要原因。
2.3.2 解决方案建议
通过对上述几种情况的分析发现:若要满足基础承台必须一次完成浇捣的设计要求,那么,垫层的不均匀沉降将是不可避免。
(1)在承台混凝土浇捣过程中,垫层的不均匀沉降是有一段稳定过程的。也就是说,假如垫层上部浇捣的混凝土达到一定重量且不再发生变化。则垫层的不均匀沉降仍将持续一段时间才会趋于停止。
(2)垫层不均匀沉降量(稳定后)与其上部浇捣的混凝土总量成正比。
(3)承台混凝土中的钢结构件,若没有足够的刚性使其在承受上部混凝土重量时不发生变形,那么,因其下部混凝土下沉而腾出的空间无足够的混凝土通过流动来填补,所以也只有通过结构的弹性下弯来平衡重力,即造成事实上的整体跟随下沉,对预埋简体位置的保持帮助不大。
据上述分析,要在施工中较好的解决承台混凝土浇捣过程中预埋简体倾斜问题,从施工工艺的角度说,最好的方法就是对承台分上、下二次浇捣,即按风机供应商提供的标准基础下部,按其对地基的承载要求,先进行打桩,并浇捣用以承载标准基础的地基承台,然后,再以地基承台作为浇捣标准基础的作业垫层,用以同定预埋简体。这样与桩基构成整体的地基承台(厚约1m的作业垫层),就有足够的承载能力来保持水平基准的稳定。但这样做的前提必须是,设计经核算确认标准基础所受到的最大倾覆弯矩应<对应点重力构成的反向弯矩。而从风机供应商提供的标准基础结构与施工工艺要求看,建立于标准基础上的风电机组,只要其地基的承载能力符合要求,其抗倾覆能力是足够的,
若设计上坚持必须一次完成浇捣的话,建议:
(1)提高施工垫层混凝土厚度,并敷设足够的钢筋与桩基钢筋笼相连。
(2)混凝土垫层下部摊铺的毛石块加大,厚度增加。
(3)在承台混凝土浇捣至调节螺栓将被淹没前,暂停混凝土浇捣,提供一段足够使沉降稳定的时间,待观测到沉降基本稳定,且对水平度进行调整或按经验给予一定超凋以后,冉继续剩余的混凝土浇捣,直至完成。即效仿#2、#4号承台的施工工艺。
3 吊装机械选用及吊装方案的确定
3.1 吊装机械的选择
据起吊重量和高度,可供选择的吊车基本在250t以上的履带吊和汽车吊中,而选择的前提除起吊重量和高度外,主要考虑:吊车的站位要求与现有的场地条件是否接近:吊车的移场作业时间与租赁费用、工期要求是否最佳等。
通过时500t自行汽车吊与250t履带吊认真比较,出于以下理由,最终选择采用500t自行汽车吊作为主吊。
(1)500t自行汽车吊4条支撑腿的受力情况在不同工况下是互不相等的。针对起吊重心主要偏向大堤内侧靠临时吊装平台一边的作业特点,依据受力最不理想的吊装情况,计算出落在大堤上的二个支撑腿,通过路基箱时地面的作用力<6t/m2,在大堤的可承重范同内。而且,500t自行汽车吊所拥有的支腿受力监测系统,可用于吊装过程中对大堤的受力情况进行在线监测的手段,并通过对吊臂方位角的控制,来保证站位于大堤卜的支腿压力≯66t,即路基箱覆盖区域的路面平均受压<6t/m2。也就是说,采用500t自行汽车吊可充分利用大堤路面作为吊装平台的一部分。
(2)500t白行汽车吊4条支撑腿下的路基条件若出现差异而引起不同沉降,吊车具有的自动调整功能可即时进行水平修正,而履带吊若半边坐在永久道路上,半边坐存临时平台上,一旦二者出现不同沉降后果不堪设想。因此,从这个角度说,选用汽车吊,不仅可充分利用大堤路面,减少临时吊装的面积,同时对临时平台承载后难以遇见的沉降量的控制要求相对较低。减少了起重作业中安全保障的不可遇见性。
(3)500t自行汽车吊自重小,可在大堤路面随意行驶,移场作业时间和所需场地明显减少,这既能加快施工进度,又能解决场地狭小问题,同时也没有增加总的租赁费用。
3.2 吊装机械的站位
针对选择的500t自行汽车吊作业要求和现场条件,在吊装站位上采用沿大堤,按主吊、吊件、尾吊为序一字形站位方式,主吊沿大堤内侧的二个支撑腿站立在由大块毛石堆筑的与大堤路面齐平的临时吊装平台上,毛石堆筑高度2m到2.5m,并用水泥沙浆填充,上部摊铺厚约10cm的碎石,平台二侧放坡<1比5,以保证边坡稳定。
3.3 吊装时间的选择
在实际吊装过程中发现,选择合理的吊装时间是风电建设中影响进度的一个关键。由于风场均地处风力较大地区,风速经常超过吊车作业所允许的范同,而影响吊装计划的正常实施,本工程自然也不例外。了解分析现场的风力资源数据,发现,每天上午6点至10点风速相对较低,一般都能满足起吊要求,而下午2点至19点往往是强对流气象频发时段,因此,在施工时间安排上,尽量选在上午6点至10点时段完成起吊难度较大的施丁作业,而在下午则更多的安排塔内工作或地面工作,这样基本做到了3天完成一台风机吊装和吊车移场。
4 结束语
为最大利用风力资源和合理占用土地资源,在紧靠一线大堤侧建设风力发电机组将是沿海城市的主要选择。施工前应对地质条件进行详细的勘查,摸清地下土质及障碍情况,同时在施工过程中必须对基础沉降量、垂直度等加大测量频率,并且在此基础上制定不同情况下的施工方案并合理安排时间,做好应急预案。方可保证在一线海堤侧的软土地基上顺利建设风力发电机组。