論粉煤灰地質條件下建設光伏發電項目

李 云 張東明 劉金亮

勝利石油管理局有限公司新能源開發中心 山東東營 257000

1 項目概況

勝利發電廠灰場36 MW光伏發電項目位于山東省東營市東營區黃河路街道廣蒲溝北、萬泉村區劃內。勝利發電廠灰場區域總面積約0.97 km2,場址中心地理坐標為東經118.522 3°、北緯37.382 5°。勝利發電廠灰場分為A、B、C、D四個區域,36 MW光伏發電項目利用A、B兩個區域0.46 km2土地建設,建設內容主要包括12 019根管樁施工,安裝69 264個峰值功率535 W單晶硅組件、132臺225 kW組串式逆變器、12臺2 500 kVA升壓變壓器、1座35 kV開關站、1套光伏電站35 kV接入系統,敷設4 km長35 kV雙回路電纜,以及基南變改造工作。

勝利發電廠灰場36 MW光伏發電項目的總體情況如圖1所示,主體工程合同施工工期為6個月,時間緊任務重。

圖1 勝利發電廠灰場36 MW光伏發電項目總體情況

2 場地情況

根據詳勘資料,場地勘察深度范圍內所揭露地基土共劃分為七大層。除第一層粉煤灰外,其余地層均由第四紀黃河三角洲新近沉積和一般沉積的黏性土、粉土、粉砂構成。第一層為粉煤灰,呈灰色—灰黑色,含少量植物根系,填埋年限為 1～30 a。第一層因含水量不同,力學性質變化較大,整體結構松散,局部機械碾壓處較密實,遇水表現出濕陷和液化特征。第一層普遍分布厚度為1.00～10.80 m,層底標高為2.08～4.55 m。第二層為粉土,呈黃褐色,中密至密實,土質較均勻,粒細,局部夾雜粉質黏土薄層,厚度為1.50～5.00 m。第三層為粉質黏土,呈黃褐色,土質較均勻,局部夾雜黏土薄層。第四層為粉土,呈黃褐色,局部夾雜粉質黏土薄層,厚度為2.40～7.10 m。

場地原位測試指標統計見表1,場地地基土承載力特征值建議值見表2。表1中,預制樁入土樁長為9～16 m,若樁長小于9 m,則對于第二層,極限端阻力標準值取1 300 kPa。

表1 場地原位測試指標統計

表2 場地地基土承載力特征值建議值

3 項目建設難點

(1) 場地施工條件差,施工難度較大。因投資費用及粉煤灰層不作為樁基礎持力層等綜合因素影響,場地場平時未考慮分層壓實。2021年秋季,東營地區遭遇與常年比較多的降水量,多場暴雨使整個施工場地變為汪洋,場區內積水無處外排。整個場地場平后粉煤灰的厚度為4～5 m,遇到大雨浸泡后變為“海綿體”,場地多處出現“橡皮泥”現象,施工人員或設備深陷其中,給場平、打樁、光伏板安裝、電纜敷設等施工造成極大困難。場地場平后現場情況如圖2所示。

(2) 由于地質條件復雜,打樁施工出現樁身豎向裂縫,部分區域打不進樁。本項目采用PHC-300-AB-70預應力混凝土管樁,樁長9～10 m。打樁施工中出現裂紋情況最高占單日打樁施工量的50%,裂紋長度為5～20 cm不等,裂紋寬度為0.1 mm。裂紋部分在樁體表層,部分深度穿透樁身,肉眼可見。另一方面,在粉煤灰場壩體部分周邊區域,存在部分樁無法打進的情況,占總樁數的0.05%。

(3) 項目建設期間揚塵治理難度大。勝利發電廠灰場所在地區被東營市列為環境敏感地區,已出現多次環保事件。粉煤灰因自身獨有的特性造成揚塵控制難度大,極易產生揚塵,面對施工點多、面積大、行駛車輛多等情況,防范措施稍有不當,就會造成環保事件。個體防護不到位,還會對施工人員造成身體職業傷害。

圖2 場地場平后現場情況

4 攻堅克難典型做法

第一,加強組織運行,推進項目進度。為了保證項目早投產、早收益,項目組及監理單位結合現場實際情況,對施工單位編制的施工進度計劃進行提前審查,對施工單位不合理的工序安排提出意見,合理調整,使進度計劃滿足實際工程進度的需求。同時要求施工單位合理組織施工力量,采取流水線作業方式。施工力量按照工序劃分為若干班組,施工區域劃分為十二個作業施工區,上道工序驗收合格后,下一班組便開始進行下道工序的施工,杜絕現場怠工、窩工現象的發生。積極開展勞動競賽,每日下午生產會組織講評當日的工作情況,將安全、質量和進度控制放在首位,調動參與施工各方的主觀能動性,有效提高施工效率。

第二,針對樁身大比例裂紋問題,通過上級部門協調,聯系油田相關專業的資深專家從人、機、料、法、環五個方面進行論證,查找問題產生的原因。通過論證,發現地質復雜、管樁長度、施工工法、施工人員等因素均會對樁身裂紋產生不同程度的影響。為此,從多個方面制訂專項措施進行管控。通過實施一系列措施,將樁身裂紋率控制在2%以內。同時,對樁身裂紋進行缺陷整改,達到設計質量要求。進行樁身完整性檢測,確保一類樁符合率達到100%。在缺陷處用環氧樹脂、氧化劑、固化劑等按比例搭配進行預處理,再用膠水、水泥、礦粉搭配進行外觀處理。單樁抗壓靜載試驗曲線如圖3所示。Q-s曲線中,橫坐標Q為上部承載力加載值,縱坐標s為對應承載力作用下的樁頂累計沉降量。s-lgt曲線中,橫坐標lgt為上部承載力加載時間(分鐘)的對數,縱坐標s為對應加載時間作用下的樁頂累計沉降量。根據JGJ 106—2014《建筑基樁檢測技術規范》,單樁抗壓承載力極限值為60 kN,根據Q-s曲線和s-lgt曲線確認,現場單樁抗壓承載力特征值為30 kN,滿足設計規范要求。單樁低應變曲線如圖4所示,各樁樁長均為9 m,樁徑均為300 mm,強度等級均為C80,01-10樁波速為4 201 m/s,01-65樁波速為4 166 m/s,01-115樁、02-26樁波速為4 155 m/s,02-80樁波速為4 189 m/s,縱坐標為對應時間的波振動幅值。通過低應變曲線,判斷各樁均樁身完整。

圖3 單樁抗壓靜載試驗曲線

圖4 單樁低應變曲線

第三,針對打樁難度大的部分區域,進行進一步鉆孔探測。通過取芯,發現遇阻區域主要為與粉煤灰接觸面處的粉土層,局部夾雜粉質黏土薄層,土質較均勻,粒細,濕度較低,密實度較高,硬度較高。在掌握地質條件后,調用引孔設備進行引孔。引孔機引孔深度為3 m,試打樁效果不理想。于是制作一根與預應力管樁尺寸相符的鋼樁進行引孔,引孔深度為6 m,試打樁效果理想。少部分樁點存在水泥預制塊,通過破拆解決問題。通過以上措施,使樁點符合率達到100%。

第四,多措并舉降揚塵。通過查閱資料及化驗分析發現,粉煤灰主要化學成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣、三氧化硫。一般情況下,粉煤灰顆料表面光滑而發亮,完全的粉煤灰不含黏土礦物,不具有粘聚力,自凝性較差。對此,制訂專項措施進行揚塵防范。一是根據天氣情況調整施工范圍、施工內容。二是提高灑水車輛灑水頻次。三是對重點區域進行防塵網覆蓋。四是試驗時使用生態環保型粉塵抑制劑進行噴灑覆蓋。五是對于進入施工區域的人員,要求個體防護用品必須佩戴齊全,做好防護。通過以上多種措施,有效控制揚塵。

5 項目建設過程中創新點

(1) 將場區內交流電纜的敷設方式由橋架改為直埋。本項目中組串逆變器至升壓箱變的電纜及升壓箱變至35 kV開關站的電纜,在可研階段采用地面上100～200 mm架設橋架敷設。這樣做,光伏電站建成運維時,敷設在地面上的電纜橋架會阻擋除草機械行進,加之電纜橋架為鋼制材料,幾年后易產生銹蝕腐蝕,使用壽命短。對此,在施工圖設計時,將電纜敷設改為直埋敷設,這樣有利于后期運維,減少費用約140萬元。

(2) 優化設計光伏支架抱箍,減少因抱箍變形導致的光伏組件起伏情況。總結調研光伏發電項目運行過程中出現的問題,發現抱箍設計不合理會導致光伏支架變形,使光伏組件傾角發生變化,影響發電效率。對光伏支架抱箍進行研究,對比其它光伏發電項目的經驗做法,與設計人員溝通交流,設計出了加強版支架抱箍。這一抱箍具有雙螺栓雙加強特點,可以確保光伏支架整體結構的穩固性和可靠性。

(3) 加強直流電纜的保護措施,杜絕埋地直流電纜破損時遇水引起的電路故障。總結光伏發電項目在運維時遇到的問題,直流電纜遇水后發生電路故障的比例非常高。為此,在本項目建設時,將常規用鍍鋅鋼管更換為整根長12 m的聚乙烯管。聚乙烯管柔性好,在穿直流電纜時不易造成電纜外保護損傷。聚乙烯管入土、出土為一根管線,在土中沒有彎頭,水無法進入聚乙烯管,由此杜絕水與電纜的接觸,最終解決問題。

(4) 項目組成員由各個部門的行業專家、技術能手組成,這些行業專家和技術能手是項目順利開展的技術保障。對于項目建設過程中的重點、難點問題,開展現場導師帶徒,以專家能手引領課題、員工提出建議、征集一線生產難題的形式,組織攻關,帶動全員創新創效。

6 結束語

在粉煤灰地質條件下進行光伏發電項目建設,應充分考慮粉煤灰場地的特殊性,抓好項目前期可研工作。在項目建設過程中,要不懼艱難,做好技術攻關工作。

筆者對粉煤灰地質條件下進行光伏發電項目建設的難點進行了分析,對攻堅克難典型做法和創新點進行了介紹,供技術人員與相關項目參考。