高性能海工混凝土在海上風電示范項目中的應用研究

沈偉，吳建芳，陳義華，馬國寧

（1.中交三航寧波分公司，浙江　寧波　315000；2.寧波科環新型建材股份有限公司，浙江　寧波　315000）

高性能海工混凝土在海上風電示范項目中的應用研究

沈偉1，吳建芳1，陳義華1，馬國寧2

（1.中交三航寧波分公司，浙江寧波315000；2.寧波科環新型建材股份有限公司，浙江寧波315000）

本文從上海東海大橋海上風電承臺混凝土結構特點和環境條件出發，研究并提出風電承臺混凝土結構耐久性策略和實施方案。對海工承臺高性能混凝土配合比設計和施工應用進行闡述和探討。

海上風電；高性能海工混凝土；耐久性；溫度

1　工程概況

東海大橋近海風電場為中國首座海上風電場，工程位于上海市東海大橋東部海域。單機容量 3 兆瓦的 SL3000 離岸型風電機組共 34 臺。風機基礎采用高樁混凝土承臺（如圖 1 所示），承臺采用 C45 高性能海工混凝土。單個承臺混凝土約616m3，采用攪拌船水上一次性澆筑成型。竣工圖見圖 2。

圖1　承臺示意圖

圖2　風機竣工圖

東海大橋近海風電場，位于上海東海大橋東部海域，地處北亞熱帶南緣，東北季風盛行，工程海區風向季節變化明顯，全年以偏北和偏東南向風為多，每年4～8月以東南向風為多，9 月～翌年 2 月以北向風為多，3 月份因冷、暖空氣交替頻繁，以東南和北向風為主，多年平均氣溫 17.2℃，海區全年鹽度一般在 10.00‰～32.00‰ 之間，水最大流速 1.80m/ s，年平均降水量 985.9mm。在此環境條件下，氯離子滲入引起鋼筋腐蝕，從而導致結構受損是影響混凝土結構耐久性最主要的原因之一。因此，本工程中所用的混凝土必須是高抗氯離子滲透性、體積穩定、抗裂性好的耐久性海工混凝土。

2　海工混凝土配合比耐久性設計

從高性能海工混凝土的基本要求出發，在原材料的優選試驗中，應通過混凝土坍落度及擴展度評價其工作性、通過混凝土 7d、28d 抗壓強度等評價其力學性能、通過混凝土的電通量和氯離子含量試驗結果評價混凝土的抗氯離子滲透性能，并綜合設計要求及現場施工特點選擇最優方案。

2.1原材料

（1）水泥：本工程選用寧波科環新型建材股份有限公司生產的高性能海工水泥（符合 Q/NSJ0003－2009《高性能海工水泥》規定）。該水泥以適當礦物組份的硅酸鹽水泥熟料，摻入適量礦渣或礦粉、粉煤灰、硅灰、硅鋁質微粉和適量石膏共同粉磨或分別粉磨而制成。

（2）粗集料：采用浙江寧波北侖產的 5～25mm 連續粒級碎石，表觀密度 2630kg/m3，針片狀含量不大于 7%，含泥量不大于 1.0%。

（3）細集料：采用福建閩江中砂，細度模數 2.6，表觀密度 2630kg/m3含泥量不大于 1.5%，泥塊含量不大于 0.5%。

（4）水：采用飲用水。

（5）外加劑：采用上海格雷斯 ADVA152 高效減水劑，減水率 25%，且與水泥適應性良好。

2.2配合比

上海東海大橋近海風電場工程項目部委托寧波市鎮海金正建設工程檢測有限公司進行多組配合比設計，最終確定的工程施工配合比如表 1 所示。

表1　混凝土配合比　　kg/m3

2.3高性能海工混凝土性能試驗結果

高性能海工混凝土的力學性能試驗結果見表 2；抗氯離子滲透性能試驗結果見表 3，其抗壓強度、氯離子含量及電通量指標均符合 JTJ 275－2000《海港工程混凝土結構預防腐蝕技術規范》標準要求。

表2　高性能海工混凝土力學性能

表3　高性能海工混凝土抗氯離子滲透性能

3　海上風電場工程混凝土澆筑主要施工措施

上海東海大橋海上風電場工程共有 34 個承臺，每個承臺混凝土約 616m3，采用攪拌船水上一次性澆筑成型。工程連續澆筑時間長、方量大，且澆筑現場海洋環境浪高、流急、涌大，又需要趕潮水作業，故采用中交三航局有限公司的大型攪拌船三航混凝土 16# 連續澆筑，輔以運料船配合海上加料。滿足了工程各階段施工的需要，為確保按計劃完成澆筑高性能混凝土的施工任務起到關鍵作用。

3.1嚴格控制原材料質量、確保高性能混凝土內在質量

高性能混凝土與普通混凝土相比較，混凝土水膠比較小，其膠凝材料顆粒較小，摻用的高效減水劑對原材料的適應性較敏感，室內試驗和工程實踐均表明，骨料含泥量（石粉）對高性能混凝土和易性和強度的影響非常明顯。項目部嚴格按要求對粗骨料進行清洗，以確保粗骨料的合格率，同時采用質量較穩定的福建閩江砂，確保混凝土和易性和強度達到設計要求。

沒有就算了。村長適時接過話頭。八斗丘補償問題，村委過些天會研究，你不要到處找人說事。特別是不要找那樣專門戳漏洞的什么狗屁記者。

3.2澆筑過程控制

3.2.1前期策劃

由于設計要求承臺一次性澆筑，承臺為 Φ14000mm、高4.5m 的大體積混凝土結構，混凝土澆筑后會因內外溫差產生溫度應力，容易導致裂縫的產生。為減少裂縫，應減少混凝土內外溫差。根據類似工程的施工經驗，在承臺混凝土內部預埋 3 層 ф50mm×2.5mm 的冷卻水管如圖 3、圖 4 所示，（圖中尺寸以 mm 計，標高 1985 年國家高程以 m 計）。

風機基礎混凝土承臺內部有鋼管樁、預埋過渡段塔筒及連接件等鋼構件，這給布置預埋水管帶來一定的難度，冷卻水管豎向分 3 層布置，在同一層中過渡段塔筒外布置 2 圈，并繼以八角星狀布置，在具體實施布置過程中堅持“見縫插針”的原則。冷卻水管采用具有良好導熱性能的 D50 鋼管，鋼管間采用鋼骨網樹脂軟管進行連接，與鋼管連接端部采用鐵絲牢固綁扎至少 2 道。同時在 2 節鋼管間用短鋼筋加以輔助連接。

布置時，過渡段塔筒外部從標高 3.50m 布置至標高1.50m，然后將冷卻水管引至過渡段套內部，即可從標高1.50m 布置至標高 3.50m 處，最后將水管進水、出水口均引至過渡段塔筒內部承臺頂面上方即可。冷卻水管布置完畢要進行通水試驗，了解冷卻水管的暢通情況和接頭漏水情況，漏水的接頭要重新綁，保證接頭密封且水管暢通。

圖3　預埋冷卻水管平面圖

圖4　預埋冷卻水管立面圖

3.2.2過程控制

承臺混凝土采用分層澆筑，分層厚度控制在 300mm 以內。先澆筑過渡段塔筒內部混凝土，再澆筑過渡段塔筒外側混凝土。 在混凝土內埋設冷卻管通水冷卻。為保證冷卻水管的通暢及檢查接口密封性能，澆筑混凝土前先灌淡水，對每個接口進行檢查，遇漏水進行包裹。檢查合格后進行混凝土澆筑，并在不同深度埋設溫度檢測儀。

根據承臺特點，澆筑混凝土時分層下灰，分層振搗，分層厚度控制在 300mm 以內。承臺混凝土振搗采用 75 型的振動棒，過渡段塔筒內部配置1臺，過渡段塔筒外側配置 3 臺，混凝土振搗從四周往中間振搗；因承臺上部 1.5m 高的位置為一圓臺（四周 1∶1 的邊坡）為了減少斜面混凝土的氣泡，在鋼套箱外側斜面上等間距布置 8 套附著式振搗器，在混凝土澆筑時每次開動 4 個，交替開動。澆筑過程中嚴格控制混凝土的坍落度，澆筑過程中根據實測坍落度情況進行調整，澆筑后頂面混凝土進行二次振搗。因一次澆筑混凝土量大，承臺頂部混凝土會因泌水產生浮漿，同時需要準備1臺泥漿泵，用來清除表面浮漿。

3.2.3效果

（1）未發現冷卻水管堵塞現象；

（2）表面氣泡得到有效克服，外觀質量好；

（3）混凝土內部溫度均小于 70℃；

（4）承臺側面無裂縫。

3.3加強保護層施工質量控制

現澆混凝土構件保護層厚度、質量是否達到設計指標要求，是確保高性能混凝土構件達到預期使用年限的重要環節。因此，控制好保護層墊塊的規格，質量和安裝部位至關重要，為使所用墊塊強度及滲透性均達到 C45 高性能混凝土的技術要求，本工程保護層墊塊采用 C45 高性能混凝土制作。特制一批 Φ100mm 鋼質模按規格成型墊塊。通過配合比把關并定期測定墊塊抗壓強度（平均強度達 50.9MPa），以保證墊塊的質量滿足要求。布置墊塊時，為保證承臺頂面鋼筋網標高一致，保護層墊塊以承臺中心為圓心，以放射狀形式均勻布置，且在各圓周上布置距控制在 1.5m 左右。承臺墊塊示意圖見圖 5。

圖5　承臺墊塊示意圖

4　高性能混凝土質量評定

現澆 34 個高性能混凝承臺，混凝土性能穩定，承臺無裂紋產生，效果良好。構件承臺的混凝土質量評定結果見表 4、表 5。承臺在施工過程中采取設置冷卻水管的措施來控制混凝土養護的內部溫升，承臺混凝土在養護階段其內部溫度均滿足規定的要求（圖 6）。

表4　C45 高性能混凝土質量評定表

表5　C45 高性能混凝土耐久性質量評定表

圖6　測點溫度隨時間變化曲線

5　結論

根據工程調研和環境條件分析，綜合考慮現場的實際情況、原材料、工藝設備及其可行性和經濟合理性等問題，上海東海大橋風電場采用以高性能混凝土技術為核心的綜合耐久性策略和方案，確保了高性能混凝土質量符合耐久性設計要求。

[1] 徐強．《高性能海工混凝土在上海深水港工程中的應用技術研究》技術鑒定報告[R]．上海市建筑科學研究院，2002.

[2] 陳肇元．混凝土結構耐久性設計與施工指南[M]．中國建筑工業出版社，2004,5．

[3] JT/J 268－1996．水運工程混凝土施工規范[S]．

[4] JT/J 275－2000．海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范[S].

［通訊地址］浙江省寧波市中交三航寧波分公司（315000）

沈偉，工程師，中交三航寧波分公司。