浙江慈溪風電場施工技術研究

袁向平，伍健毓

(中國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

慈溪風電場位于浙江省慈溪市，屬東海潮間地帶灘涂地貌，共安裝33臺單機容量為1.5 MW的風力發電機組，總裝機容量49.5 MW。該風電場是我公司承建的第一個風電場，成敗與否，對公司大力開拓非水電市場和進入新能源領域具有極其重要的作用(圖1)。

圖1 浙江慈溪風電場全貌

慈溪風電場風電機組采用AW/77-1500-CII機型，機組單機容量1.5 MW，轉輪直徑77 m，輪轂高度60 m，發電機出口電壓12 kV。

2 工程現場基本條件

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℃的日數為5 d，最多日數為18 d(1964年);平均相對濕度81%;多年平均年降水量為1 037.1 mm，年平均雷暴日數為33.3 d;多年平均臺風影響次數為1.6次/a。

2.2 現場地形及地質條件

(1)地面高程一般為0.3 ～2.2 m，地形為北東低，南西高。場區東北部地形為沿海灘涂，地形平坦，地面高程0.3～1.5 m，為潮水浸沒區。上部土層為淤泥，厚度約1～3 m，易陷入，不能安裝鉆探設備;場區西南部分布魚塘，田埂縱橫交錯，植被較發育，地面高程一般為1.9～2.2 m，潮水不能到達該區。場區三面均有隔堤圍之，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)據勘察揭露，勘探深度內(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層為砂質粉土;②－2層為砂質粉土;②－3層為砂質粉土;②－3夾層為砂質粉土夾粉質粘土;②－4層為砂質粉土;③層為粉質粘土夾砂質粉土;④－1層為淤泥質粉質粘土;④－1夾層為淤泥質粉質粘土夾粉砂;④－2層為粉質粘土;⑤－1層為粉砂;⑤－2層為粉質粘土夾砂質粉土;⑤－3層為中砂;⑥－1層為粉質粘土;⑥－1夾層為砂質粉土。

2.3 環境水腐蝕性

風電場地表水和淺層地下水化學類型為高礦化度水。根據國標《巖土工程勘察規范》GB50021－2001中的有關規定，從氣候條件、土層特性以及干濕交替情況等因素綜合分析，該工程場地環境類型按Ⅱ類考慮，對混凝土結構無腐蝕性;在長期浸水條件下對混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性;在干濕交替條件下對混凝土結構中的鋼筋具中等腐蝕性;對鋼結構具中等腐蝕性，應采取防腐蝕措施。

3 道路平臺施工

慈溪風電場布置于外海堤內側的灘涂區和養殖塘內。據歷年風力資料，同時為減少風機之間尾流影響，設計風電機組行間距約為560～600 m，列間距約為650 m。故道路平臺施工是風機基礎施工和機組安裝的前提和基礎，也是該工程的重點和難點。

因該工程地下水位高、灘涂地承載力極低，地下水位無法降低，無條件對土進行充分翻曬，施工設備不能進入灘涂地，故原設計方案中的石灰土路基和石灰土平臺根本無法施工。根據工程所在地地材情況和水文地質條件并進行充分調研，將該工程道路和平臺基礎由石灰土路基優化為石渣路基。道路填筑采取進占法施工。在石材的選擇上使用質地較堅硬、不易風化的石渣，下部填筑采用粒徑大于30 cm的塊石進行擠淤，形成承載骨架，上部采用粗細較為均勻的混合料，但需嚴格控制含泥量不超過5%，填筑厚度根據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，因此時地基土極易液化，填筑將難以推進，且填筑后其承載力也不能滿足材料、設備運輸要求，填筑厚度亦將增加較多，均對投資和進度不利。通過對設計方案進行優化，加快了進度、節約了工程投資，路基和平臺承載力得到了充分保證，為后序施工創造了有利條件。

4 弱基處理

根據地質勘探資料，風機基礎布置于軟基上，且軟基厚度達60余m，故必須對地基進行加固處理才能滿足風機基礎對地基承載力、變形等的要求。該工程采用預應力高強混凝土管樁進行地基加固，其最大設計深度為57 m。預應力高強混凝土管樁具有強度高，抗豎向錘擊力強，抗彎、抗剪能力較差等特點。設計采用三圈布置，內圈、外圈為長樁，中圈為短樁，長樁主要為提高地基的承載力，短樁主要是增加基礎的抗水平力。為減少管樁在施工過程中對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，為減少沉樁困難，采取的是內圈——中圈——外圈的施工順序，同圈先施工靠海堤側管樁，再施工內側管樁。實踐證明:采取該施工方法，有效地避免了管樁施工對外海堤的影響，同時沉樁也較為順利，后序沉樁未對已成的樁造成明顯的破壞，如造成已成的樁上浮、無法沉樁、使已沉的樁傾斜等現象，較好地控制了成樁質量。經檢測，均為Ⅰ、Ⅱ類樁。在管樁施工過程中需嚴格控制樁身本身的質量、垂直度、樁頂高程、間排距、管樁連接質量、終止沉樁標準等。樁本身的質量控制嚴格按規范進行出廠和現場檢測、驗收，需達到規范要求才能投入使用。沉樁過程中，樁身垂直度通過兩臺呈90°相交的經緯儀實時監控。樁身垂直度檢測是控制沉樁質量的關鍵，否則極易造成斷樁、斜樁或Ⅲ類樁等現象;樁頂高程采用水準儀控制，樁頂高程一致有利于樁基均勻受力和上部風機基礎施工;樁的平面位置控制采用全站儀準確放點、作標志進行控制，并實時進行校核，以保證平面位置符合設計要求;樁體連接采用焊接，為有效防止焊接變形，采取對稱施焊并全部滿焊，焊縫必須飽滿，一般采用3～4臺焊機同時施焊。冷卻約5 min后，在管樁接頭刷環氧樹脂，以防接頭處鋼板銹蝕。管樁接頭焊接質量是管樁施工質量控制的關鍵環節之一，必須高度重視，一定要保證樁頭的平整度和焊接本身的質量。終錘標準是控制樁身標高達到設計值、承載力達到設計要求和控制基礎沉降變形的關鍵，因此，必須按設計要求的終錘標準進行控制。一般按以下原則進行控制:(1)設計標高;(2)總錘擊數;(3)最后1 m的錘擊數。在沉錘方式選擇上可選擇錘擊樁或靜壓樁。因該工程采用高強混凝土管樁，其豎向抗錘擊力強，加之該工程各風機基礎間距較大，采用靜壓樁設備轉場不便，轉場時間長，成本較高，且地基承載力較低，樁呈環形布置采用靜壓樁不適合。通過比選，該工程最終采用D80柴油打樁機沉樁。

5 風機基礎鋼筋混凝土施工

圖2 風機基礎管樁施工圖

該工程風機基礎為直徑17 m的鋼筋混凝土錐臺基礎，混凝土強度等級為C40，鋼筋采用Ⅱ級鋼筋。風機基礎開挖至少應在管樁施工完成一周后進行，以保證地基土充分排水固結，并能準確檢測樁體承載力。基礎開挖過程應嚴格規范棄土，禁止在樁體一側堆存過多的棄土，棄土應距開挖開口線以外5 m以上，以防止側壓力過大而造成已施工的管樁樁身傾斜或斷裂，進而對已成樁質量造成影響(圖2)。基礎開挖后，按設計要求進行樁體完整性和承載力檢測(包括豎向和水平力檢測)，須經檢測合格方能進行下一道工序。在底板鋼筋混凝土施工前，按設計要求，應對管芯上部進行回填混凝土施工(一般1.5 m左右)，以提高風機基礎的抗水平力。管樁通過樁頭伸入承臺混凝土約10 cm，并加接頭連接筋與承臺可靠連接，故應嚴格控制樁頂高程和連接筋的焊接質量。風機基礎預埋件采用“鼠籠”結構，其由132根螺栓、加上下法蘭組成(上法蘭為活動法蘭)，均在進行風機基礎混凝土澆筑前進行安裝調整(圖3)。為保證基礎螺栓的安裝精度，在安裝前，用精度較高的測量儀器事先放出風機基礎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以內。由于該工程基礎螺栓安裝精度控制好、施工過程中保護到位，從而實現了全部塔筒安裝一次性入孔率達100%，實現了同行業領先。

圖3 風機基礎地腳螺栓安裝圖

在實施過程中，采用全轉儀控制平面位置，精密水準進行相對標高控制并加固牢固，在澆筑混凝土時派專人指揮下料，以防止直接將混凝土卸于埋件。在埋件四周均勻下料，以保證風機預埋件不發生變形或傾斜。因混凝土強度等級高，且工程所在地夏季十分炎熱、冬季十分寒冷，設計對混凝土表面開裂控制要求較高(不允許開裂，一旦出現細微裂紋，要求用環氧砂漿進行修補)，因此，對混凝土的溫控十分重要。為保證混凝土質量并有效防止開裂，采取了以下措施:(1)嚴格控制混凝土坍落度在9～11 cm;(2)在一天中選擇適當的澆筑時間;(3)對商品混凝土站進行嚴格的比選，骨料用防護棚進行保護;(4)嚴格控制水灰比、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，加強壓光，抹面;(6)特別要重視保溫和養護工作 。通過采取上述措施后，較好的控制了混凝土表面裂縫和結構性裂縫。

6 風機機組的安裝

該工程單臺風機重約162.6 t，其中最重件為風機機艙，重約55 t，最長件為風機葉片，長度約37.25 m。風機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(350 t配超起裝置，同類型機組安裝一般選用400 t或450 t吊車進行安裝)，輔以200 t、50 t汽車起重機作為該工程起吊的主要設備。由于風機安裝起吊高度高、單件重、海邊施工受海風影響大、高空作業危險因素多，合理的施工組織與安排以及充分的施工前期的準備工作是實現順利安裝和提高安裝效率的關鍵。

(1)風機地腳螺栓的安裝。

每臺風電機組基礎由132根M39×2 000 mm螺栓在現場進行組裝、調整，預埋在風電機組基礎混凝土中。由于設計不預留二期混凝土，因此地腳螺栓需一次組裝調整完成，螺栓數量多且調整精度要求高(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)。在現場加工制作工裝并使用專用工具進行螺栓定位，保證了螺栓間距、水平度和垂直度。

(2)塔筒安裝。

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

塔筒吊裝時，在塔筒上部連接法蘭、安裝專用起升吊具，4個吊具必須對稱，盡量均分法蘭連接螺絲孔，在塔筒下部法蘭安裝專用翻身吊具，2個吊具必須對稱，吊具盡量安裝在法蘭上部位置，主吊設備(200 t汽車吊或350 t履帶吊)吊裝塔筒上部法蘭，輔吊吊裝塔筒下部法蘭，檢查確認安全可靠后同時操作兩臺吊車提升，塔筒水平調離地面約2 m后，主吊繼續慢慢提升，輔吊配合慢慢下落，完成塔筒空中翻身。當塔筒完全豎直后拆除塔筒下部法蘭吊具，由主吊獨立完成塔筒的就位。

(3)風機機艙的安裝:

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

②主吊設備的選擇。廠家提供的機艙重量為55 t，由專業技術人員計算、校核，邀請相關專家對吊裝方案進行評審，專家認為:采用400 t履帶吊或500 t汽車吊進行風電機組吊裝比較安全可靠。通過首批6臺機艙吊裝觀察，機艙重量均在50 t左右，比廠家提供的參數小了約5 t。項目部技術人員重新優化編制了風電機組安裝方案，對各種吊裝工況進行了驗算和電腦模擬，并報業主、監理。通過反復溝通和詳細的講解，最終決定采用350 t履帶吊進行第二批27臺風電機組設備的吊裝。

③機艙的吊裝工藝措施。在機艙內部4個吊點安裝專用吊具，通過調整吊具位置使機艙平衡。在主吊稍微帶勁的情況下，找正吊鉤位置，保證機艙在吊離地面時不晃動。

為了保證機艙在吊裝時平穩，在機艙上固定了兩根纜風繩，用于吊裝過程中控制機艙的擺動及調整就位方向，便于安裝就位。

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

(4)風機葉輪的安裝。

①葉片單片長度為 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方位進行首片葉片與輪轂的組裝，采用專用吊具在葉片重心兩側2.5 m的兩個吊點起吊葉片與輪轂進行組裝，將葉片逆時針方向(0°位開始計數)第5顆螺栓退出約100 mm，作為葉片與輪轂對裝的導向，通過遙控調整吊具來調整葉片角度和水平度，以保證葉片能準確與輪轂對裝，葉片連接螺栓全部穿入輪轂法蘭后按廠家要求對稱緊固連接螺栓。

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

③葉輪吊裝。在兩葉片根部安裝提升專用吊帶，在葉尖位置安裝葉尖帶并綁好風繩，風繩直徑不小于10 mm，長度約150 m。在另一葉片運輸支撐位置安裝翻身吊帶，為防止損壞葉片，應在葉片上部加墊保護板，并在吊帶上綁脫扣繩。

采用LR1350/1型履帶吊和50 t汽車吊同時提升葉輪，離地面約15 m時繼續主吊提升，輔吊慢慢下落對葉輪進行空中翻身。

7 結語

在慈溪風電場施工中，通過嚴格的過程控制，較好地實現了質量、安全和進度目標，該項目至2007年并網發電以來一直正常運行，取得了良好的經濟、社會和環境效益。該工程獲得中國電力優秀工程獎。