世界最大塔式光熱電站混凝土預應力樁基預制

韓文洲

摘要： 結合實際，對世界最大塔式光熱電站混凝土預應力樁基預制要點進行研究，希望通過分析后能夠給該領域的研究者提供一些參考。

關鍵詞：世界最大塔式;光熱電站;混凝土預應力;樁基預制

1、前言

面對空氣污染日益嚴重，煤炭資源過度消耗，光伏發電，風電應運而生，目前一種更加新型的發電技術被研發—光熱發電。

本項目為在建世界單機容量最大的塔式光熱電站，其裝機容量達150MW，含7400塊定日鏡和2770MWth的儲熱能力（約7小時）。初設階段樁基形式主要考慮為中空預應力混凝土樁基、直埋型鋼結構、混凝土基礎鋼結構，通過成本測算、工期論證、荷載試驗，最終確定采用中空預應力混凝土樁基（直埋型）。

中空預應力混凝土樁基具有承載力強、節省資源、有效降低成本、工藝先進、集成化流水線作業等特點，適合大批量定型化生產。

2、工程特點

2.0.1 采用混凝土預應力樁基預制，采取流水作業施工，施工效率高，節約時間，滿足日產量需求;采用一料雙流的方式最大限度的利用了有限的作業空間。

2.0.2 樁基結構采取中空模式，減輕樁基的自身重量，也減少材料浪費。節約成本、施工方便。

2.0.3 樁基預制的混凝土在進入模板的過程主要以自流為主，對于混凝土的塌落度要求需控制在250-270。同時，為了保證樁基的表面質量，在澆筑坑槽里的鋼支架上固定有自震電機，使樁基鋼模實現自震效果。鋼模上方帶有出氣孔，保證混凝土表面的浮漿和原存于鋼模內的空氣順利排出。節省人力，施工質量好，保證了連續流水施工的效率。

3.適用范圍

塔式光熱電廠鏡場樁基、其他支架樁基等。

4.工藝原理

本工法中樁基預制主要由鋼筋籠加工、預應力鋼絞線、一料雙流，樁基澆筑、預制施工樁基養護五大工序組成，流水作業施工，施工效率高。

樁基頂部為變截面圓柱體，上部直徑1180mm，下部直徑700mm，長度為5600mm;樁基下部為直徑700mm中空預應力混凝土圓柱，下端2700mm長部分直埋于素混凝土中，其他部分暴露于空氣中。預應力樁基主要受力鋼筋直徑為12mm， 30根直徑12.5mm鋼絞線貫穿均勻分布在鋼筋籠內;直徑380mm的泡沫圓柱，混凝土節省率高達25%。

預應力張拉至90%控制應力時安裝埋件、安裝預埋管線及鋼模板上半部分，待所有預埋構件裝完驗收合格后固定鋼模板上半部分，并加載至110%控制應力，維持2min后恢復荷載至100%加載值。

5、施工工藝流程及操作要點

6、5.1中空預應力樁基施工工藝流程

5.2操作要點

5.2.1 預制車間布局

預制車間采用預支混凝土柱梁單層廠房結構，整個預支加工車間建筑面積為12000m2。預制車間分為鋼筋加工區、組裝區（加載區）、澆筑區、養護區、成品儲存區等五大區域。加工車間配備有桁吊4臺，完全滿足加工車間內流水線作業的工序運轉需求。

5.2.2 鋼筋加工及安裝

鋼筋施工順序：鋼筋加工、配制→鋼筋運輸→鋼筋綁扎/預應力鋼絞線安裝

鋼筋加工、配制程序為：鋼筋調直→除銹（除污漬）→根據料單下料→加工成型

鋼筋下料長度偏差要求控制在2cm以內，豎向環形箍筋加工尺寸控制在±5mm以內。環向水平鋼筋切斷要求采用無齒鋸切割，或采用刀口比較快的鋼筋切斷機，避免造成鋼筋因切斷作業端部變形，影響后續的搭接焊工作。

鋼筋籠制作采用流水線作業模式，在加工車間從西往東依次為鋼筋加工、鋼筋焊接、鋼筋籠組裝。所有樁基的鋼筋籠除了部分樁基長度有變化外，剩余樁基均為同一直徑、長度，所以在鋼筋加工區所有的鋼筋加工均以近似于標準件的形式進行加工擺放。端部異型鋼筋籠采取單獨綁扎、焊接，成型后與下部鋼筋籠進行組裝。

綁扎要求：鋼筋綁扎嚴格按照圖紙和規范要求。先施工豎向環形鋼筋，然后綁扎環筋（插于環形內側）。連接方式采用綁扎;間距允許偏差≤0.5cm。

鋼筋實行跟蹤管理，進廠鋼筋要有廠家合格證，并進行復檢實驗，做好標識（未經檢驗、經檢驗合格、經檢驗不合格）經檢驗不合格的產品禁止使用。加工好的成品鋼筋應將鋼筋標示移植，并做新標示。建立鋼筋跟蹤管理臺帳，實現鋼筋跟蹤到每一個施工部位。

隱蔽驗收：鋼筋工程屬于隱蔽工程，在澆筑混凝土前應對鋼筋及預應力鋼筋線進行四級驗收簽字，并作好記錄。

5.2.3 鋼模板安裝

預應力樁基鋼模板是根據樁基尺寸量身定做的。分為頂部鋼蓋、底部鋼蓋、上部模具、下部模具，各部件之間拼縫均做密封處理，保證不漏漿。

頂部及底部鋼蓋留有30個預留眼用于穿預應力鋼絞線，鋼絞線錨具固定在頂部鋼蓋板/張拉臺座末端。上部模具在異形端部留有混凝土澆筑口，頂部沿中線位置等間距布置6個排氣孔，便于混凝土振搗過程中氣體的溢出。

模具下半部分就位安裝→鋼筋籠吊裝→鋼絞線與模具底盤鏈接→模具頂蓋安裝（固定）→模具

上半部分安裝→預應力鋼絞線與頂部張拉臺固定

5.2.4先張法預應力樁基加載

模具加載前驗收合格→加載設備檢查合格→預應力加載→應力放張

預應力鋼絞絲張拉端長度預留1m長，便于與張拉設備進行連接。預應力張拉至90%控制應力時安裝埋件、安裝預埋管線及鋼模板上半部分，待所有預埋構件裝完驗收合格后固定鋼模板上半部分，并加載至110%控制應力，維持2min后恢復荷載至100%加載值。

使用空氣加壓機通過預先固定在鋼筋籠里面的鋼絞線施加拉力，達到預應力效果。拉力施加順序一定是對稱位置進行（類似于更換汽車輪胎安裝螺栓順序），保證180°對應位置上的受力一致。加壓機上配備有安全儀表盤，設置MAX數值，保證拉力不會過載。

5.2.5 混凝土澆筑及養護

使用桁吊將驗收無誤的鋼模（預應力已加載完成）放置在澆筑坑槽中的鋼架上，通過鋼模預留的活動孔將混凝土澆筑其中。樁基預制的混凝土在進入模板的過程主要以自流為主，對于混凝土的塌落度要求需控制在250-270。同時，為了保證樁基的表面質量，在澆筑坑槽里的鋼支架上固定有自振電機，使樁基鋼模實現自振效果。鋼模上方帶有出氣孔，保證混凝土表面的浮漿和原存于鋼模內的空氣順利排出。同時，這些氣孔也能讓施工人員觀測到混凝土在模板中的實時位置。

混凝土澆筑“一料雙流”即可同時在一條線上開始兩根樁基的混凝土澆筑工作，節約了時間，同時也最大限度的利用了有限的空間。每批次混凝土澆筑留置3組（每組不少于3塊）同條件養護試件，留置不少于2組標準養護試件。

澆筑完成后，通過桁吊將其運輸至下一道工序，預制樁基的養護、拆模環節。混凝土的強度增長條件表明了，在冬天寒冷條件下預制樁基的混凝土強度增長是存在問題的。為了保證冬季預應力混凝土施工的質量，現場預先加工了12M*10M*2M的半封閉式養護罩，使用電熱鼓風機通過預留在養護罩上的通氣孔，將高溫空氣輸送進養護罩內。正常狀態下，養護罩內溫度為55℃，樁基鋼模周圍溫度35℃，保證了混凝土能較快速度內到達拆模強度。

同時，該工序也加快了鋼模板的倒用效率。在夏季的施工過程中，按照當地的規范規定，混凝土的入模溫度不能超過32℃。為了滿足這一要求，減少當地高溫氣候條件對預制效率的影響，現場引進摩洛哥制冷效果最好的制冷機，對混凝土施工用水進行降溫處理，同時使用制冰機，將冰塊投入到水中，進行施工用水的二次降溫。現場的施工過程中，達到的最低混凝土出機溫度為12℃。

5.2.6拆模及修復處理

拆模后的預制樁基要進行樁基表面質量驗收，樁基預埋件驗收。通過驗收的樁基，按照要求會在樁身加印有四位數的“出廠編號”。該出廠編號對應有驗收RFI，混凝土澆筑時間，混凝土澆筑溫度，混凝土試塊實驗報告編號。

樁基表面出現蜂窩、麻面、針眼等缺陷時，必須經過專業處理并驗收合格后方可進行下一道工序。

6、效益分析

結合摩洛哥努奧三期塔式光熱電站中空預應力樁基項目進行分析，中空預應力混凝土樁基每根需要澆筑混凝土2.88m3， 采用中空預應力混凝土技術混凝土節省率為25%。鏡場共有7400根樁基，混凝土節省量為5328m3。根據摩洛哥當地建材市場價格信息1m3混凝土的單價約為700人民幣，產生的經濟效益約為373萬人民幣。

7、結果評價

采用預應力樁基施工工藝，縮短了整體施工工期，僅需投入88人（2班倒），減少人員投入，節約了成本。采用本套施工工藝，施工質量得到提高，僅僅5個月5天，采用流水作業，施工效率高，人員投入少，經濟效益高，值得推廣使用。

參考文獻：

[1]彈卡式連接預應力混凝土方樁接頭力學性能研究[D]. 王云飛.浙江大學 2018

[2]復合配筋混凝土預制方樁力學性能研究[D]. 楊帆.浙江大學 2017

[3]PHC管樁混凝土加速養護負效應改進措施研究[D]. 姚峰.中國礦業大學 2016