风机基础大体积混凝土施工关键技术探讨

2019-10-21黄鹏飞

锦绣·上旬刊 2019年8期

摘要：风电场工程施工工期紧、任务重、质量控制标准高，为了满足风电场整体施工工期及混凝土质量要求，实际施工过程中，对风机基础混凝土施工关键技术及工艺不断进行实践及探讨，为类似工程总结经验。

关键词：风机基础;大体积;混凝土施工;关键;技术;探讨

一、工程概述

山西静乐县堂尔上乡5万千瓦风力发电工程设计安装20台2.2MW、3台2.0MW的风力发电机组，总装机容量50MW，采用一机一变。风机所发电量经35kV集电线路接入拟建220kV升压站。风力发电机组经箱式变电站升压至35kV电压后，经集电线路接入220kV升压站，风力发电机组与箱变的接线方式采用一机一变的单元接线方式，集电线路采用35kV架空线方式，每台箱变35kV侧电缆与跌落保险连接，通过跌落保险与集电线路T接。

风机基础工程主要包括：土方开挖和填筑，地基处理，承台混凝土浇筑，预埋件埋设（防雷接地、电缆套管等），钢筋制安，基础锚板支撑组件安装，基础锚栓组合件安装调平，基础防腐密封等。风机基础混凝土主要包括垫层混凝土、承台混凝土。风机基础作为大体积混凝土，其浇筑施工方法为质量控制中的关键部分。风机基础垫层混凝土共计900m?，承台混凝土共计13938m?。根据总进度计划，23台风机基础大体积混凝土2019年8月开始浇筑，2019年10月结束。

二、施工条件

山西省静乐县堂尔上乡境内，距离静乐县城约50km。静乐县气候四季分明，十年九旱，属于温带季风气候，夏季暖热且昼夜温差大，冬季寒冷。年平均气温为 7度，一月均温零下9度，七月均温23度，年降雨量380至500毫米，无霜期120至135天。

风电场各风机位置地层主要为全～中等风化的花岗岩，风机等建（构）筑物宜采用天然地基，持力层可选择强～中等风化的基岩。风机位置地下水主要为基岩裂隙水，具微承压性，且埋深一般大于10.0m，补给来源主要为大气降水补给。风电场土的类型为中硬场地土～岩石，基岩埋深<5m，建筑场地类别为Ι0～Ⅰ1类。本区地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.45s，抗震设防烈度为Ⅶ度，设计地震分组为第三组。

三、风机基础大体积混凝土施工特点

（1）风机基础混凝土一次性浇筑量大，混凝土浇筑时需要采取可靠措施，保证施工过程中不因产生大量水化热而出现裂缝。混凝土浇筑应连续不间断浇筑至竣工，避免出现裂缝。

（2）风机基础内部结构复杂，混凝土浇筑时的工作难度较大;

（3）风机基础混凝土块体大，对大体积混凝土施工、保温、保湿、养护措施要求严格，确保混凝土内外温差不超过25℃，做到有效防止混凝土出现裂缝及蜂窝麻面等质量问题。

四、施工总体部署安排

为加强施工管理，确保工程质量和施工进度，施工现场组建钢筋班、木工班、混凝土班三个专业作业队伍，同时组织施工，分工合作，形成平行流水作业布局，并受项目部统一协调指挥。风机基础工程难点和关键是基础锚栓组合件安装以及承台混凝土施工质量，须重点做好基础锚栓组合件调平、安装等工作，确保施工进度。

五、风机基础总体施工工艺流程（见图1）

六、基础锚栓组合件埋设关键施工技术

（1）基础锚栓组合件及支撑件的临时存放及保护

基础锚栓组合件等构件到货后，存放在物资设备中转仓库。存放时分项、分部位按一定次序摆放，并在底部垫枕木，以免碰撞，保护工作面、易损部位及涂层等不受损伤。并采取适当的防雨防冻措施。

（2）基础锚栓组合件进场卸车

① 基础锚栓组合件卸车前首先确定放置位置，确定位置的原则是：有利于下一步的吊装;距基础开挖坑边缘1-2m;受作业现场干扰因素最小。

② 将确定放置基础锚栓组合件位置场面利用人工清理平整并密实，保证基础锚栓组合件放置后处于水平位置同时基础锚栓组合件与地面密实接触，不得有悬空状态。

③吊卸采用50吨汽车吊，采用专用吊具分别卡四个螺栓孔吊装，吊点为钢丝绳总长中点，吊装过程使基础锚栓组合件处于水平、垂直状态，采取人工保护，严禁磕碰，同时保持吊装平稳均匀。

（3）基础锚栓支撑组件安装

①安装要求

a.在风机基础底层钢筋绑扎前，进行基础锚栓组合件支撑件的安装。

b.基础锚栓组合件安装过程需采用专用吊具吊装。

c基础底层钢筋绑扎前，先安装锚栓组合件支撑组件，锚栓组合件支撑组件与基础锚栓组合件相连。

d.基础锚栓组合件可靠放置好后，要求采用精密水平尺，调节下部的调节螺栓，进行精确调平。

e.任何钢筋都不宜与锚栓组合件直接接触，任何钢筋的重量都不宜作用在錨栓组合件上，而应该通过钢筋网自身架立钢筋放置在垫层上。

f.全部钢筋绑扎完成及预埋管安装完成后，对调节螺栓对应的锚栓组合件顶面位置进行观测，若发现基础锚栓组合件平整度超过±1mm，采用专用调平扳手重新按第d条重新对基础锚栓组合件进行调平。

g.分层均匀上升浇筑混凝土，当混凝土浇筑至锚栓组合件下锚板200mm处时，进行第二次精确调整，保证基础锚栓组合件上锚板各部位的安装误差都达到要求。

h.浇筑基础锚栓组合件四周及内部混凝土，此时下料及振捣需十分注意，下料时不得直接对着基础锚栓组合件本体，振捣器也不得直接与基础锚栓组合件接触，施工人员不得站到基础锚栓组合件上，其他施工机械也应避免与基础锚栓组合件相碰。

i.每铺筑一层混凝土检查一次基础锚栓组合件平整度，发现误差过大时及时采取措施调平。

② 注意事项

a.进行图纸审核，制定施工组织设计、质量保证措施以及安全文明施工条例等技术文件，报监理工程师审批。

b.清点构件数量，检查构件在运输、存放过程中是否有损伤，检查各机构件的安装标记，保证部件不错装。

c.检查构件的几何尺寸，如有超差，制定措施（经监理人批准）修复后进行安装。

d.检查并清理安装面的杂物。

e.设置控制点线，控制点线由专业测量单位测量设置，测量点线的设置要能满足构件里程、高程及桩号偏差的控制。

f.安装用各种工器具准备齐全，测量工具经相关部门校验并在有效使用期内。

（4）基础锚栓组合件安装主要工艺措施

① 支撑件的安装与粗调

a.垫层中预埋钢板按照统一编号A、B、C、（以北为A顺时针方向）排列。上部部件对应按此编号。同时以此建立各种测量记录表。

b.测量放出风机基础中心线及锚栓组合件支撑组件的中心位置。

c.采用自动安平水准仪测量垫层中预埋钢板的标高，计算出垫层中预埋钢板的高差。

d.根据预埋件的高差、基础锚栓组合件顶面设计高程调节支撑调节杆，使各点的支撑调节杆安装后的上平处在同一标高上，同时将调节丝杆的有效长度控制在190-195mm之间。

② 基础锚栓组合件的安装与精确调平

a.基础垫层混凝土强度达到90%方可吊装基础锚栓组合件。

b.用50t吊车将基础锚栓组合件吊起一定高度度后，缓缓转动基础锚栓组合件，使基础锚栓组合件0点标记背离当地主风向，然后连接支撑调节螺杆和地脚螺栓，对准相对应的精确位置就位，同时紧固支撑调节螺杆与基础锚栓组合件连接螺丝并达到规定的力矩值。

c.安装时配备1台精密水准仪跟踪观测测量。检测基础锚栓组合件顶面锚板上的点，最高点与最低点水平值之差是否超过1mm，如果超过则通过精确计算调节螺杆螺丝帽应转的角度，通过千斤顶配合调节螺栓，并且重新调节水准仪，重新检测，如此反复进行测量与调节，直至使基础锚栓组合件水平度控制在规定的范围之内。

③ 基础锚栓组合件加固

a.基础锚栓组合件调平后，将基础锚栓组合件地脚螺栓螺母紧固并焊接。

b.加固时要求焊点均匀、符合焊接施工工艺要求。

④ 基础锚栓组合件施工注意事项

a.基础锚栓组合件安装好后，做整体验收复核，包括控制轴线和基础中心线的验收.基础本身各预埋螺栓之间尺寸的验收以及基础锚栓组合件表面平整度验收。为保证最终的安装结果准确无误，混凝土施工中应用测量仪器跟踪测量，以使基础锚栓组合件平整度达到1mm之内的精度要求。

b.基础锚栓组合件调平经验收合格后才可绑扎钢筋、穿线管、封模板。螺栓固定架或基础锚栓组合件固定架与钢筋、模板、模板支撑系统及操作脚手架互不相连，独成体系，防止混凝土浇筑时模板系统的振动及变形对螺栓的影响。浇筑混凝土时应控制混凝土均匀上升，避免混凝土由于上升高度不一致对螺栓固定架产生侧压力。

c.为保护基础锚栓组合件表面干净整洁，混凝土浇筑前，做好套子罩住基础锚栓组合件。

七、风机基础大体积混凝土施工工艺控制

㈠基础大体积混凝土施工方法

（1）混凝土施工基本要求

浇筑混凝土均采用搅拌车运输，采用辅助溜槽及混凝土天泵入仓进行浇筑，垫层表面用刮杠刮平，木抹子搓平压实。浇注垫层前，在基础中心位置钉设中心桩，高出垫层顶标100mm为宜，根据图纸要求位置在垫层外安置基础锚栓组合件预埋件控制桩，浇筑垫层时放置预埋件，预埋件标高符合图纸要求的垫层顶标高，垫层养护采用覆盖塑料薄膜。垫层浇筑24小时后即可放基础中心线、边线并用红漆在垫层上标出以便下一步工序施工。

（2）混凝土运输

混凝土出拌合机后，迅速运达浇筑地点，避免运输过程中出现分离、漏浆、泌水及过多降低坍落度等现象。混凝土入仓时，混凝土垂直落距不大于2.0米，以防止离析。

（3）风机基础混凝土浇筑

① 混凝土入仓时采用整体分层下料的方式布料，以防止混凝土浇筑过程对基础锚栓组合件产生侧推力而导致基础锚栓组合件水平度超标。

② 对单个风机基础的混凝土，布置支撑结构并将基础锚栓组合件调平固定后，连续不断浇筑，整体浇筑一次完成，振捣密实。

③ 浇筑时每层下料厚度在30～40cm之间，振捣确保充分、密实，振捣器深入插到下层混凝土，使上下两层混凝土充分结合。在浇筑过程中，专人负责进行检测，确保基础锚栓组合件水平度。

④ 浇筑混凝土时，经常观察基础锚栓组合件、模板、支架、钢筋的情况，当发现有变形、移位时，及时采取措施进行处理。

⑤ 混凝土振捣点按梅花形布置，间距45cm左右。插入式振捣器移动间距不宜大于振捣器作用半径的1.5倍，要快插慢拔，振捣密实，不得漏振，每一振点的延续时间，以表面呈现浮浆和不再沉落为达到要求，在浇筑到基础锚栓组合件底处时，要在基础锚栓组合件周围均匀布料浇筑，避免碰撞钢筋、模板、预埋件、预埋管等，混凝土浇注后复测基础锚栓组合件的中心位置和标高。

⑥ 浇入仓内的混凝土应随浇随平仓，不得堆积。仓内若有粗骨料堆叠时，应均匀地分布于砂浆较多处，但不得用水泥砂浆覆盖，以免造成内部蜂窝。

⑦ 大体积混凝土基础施工应加强温控工作，为防止混凝土浇筑时产生温度裂缝，施工时所有风机基础混凝土浇筑时入仓温度≤25℃，必要时采取骨料预冷、散装水泥冷却、加冷却水或加冰拌合等措施。混凝土内设置测温元件，混凝土浇筑时风机基础内部埋设4个测温点，混凝土浇筑完成后即开始测量混凝土内部温度，要求内外温差≤25℃，当超过25℃时应采取混凝土表面保温等措施。

⑧ 为保证混凝土质量，浇筑时不允许出现施工冷缝，一是浇筑要按顺序进行，防止接茬部位过多人为造成冷缝;二是要準备应急措施以防止拌合站发生故障或电力中断造成混凝土供应中断形成施工冷缝。

⑨ 混凝土表面处理：大体积混凝土表面水泥浆较厚，浇筑后3～4h内初步用长刮杆刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂，并按规定覆盖养护。施工过程中，降雨时不宜进行混凝土浇筑;平均温度低于5℃时停止浇筑混凝土。

（4）混凝土入仓

混凝土入仓拟采用混凝土泵车及溜槽进行入仓，人工配合平仓。

温度控制

① 温控要求

a.日平均气温连续5d稳定在5℃以下或最低气温连续5d稳定在-3℃以下时，按低温季节施工。

b.低温季节施工，将编制专项施工组织设计和技术措施，以保证浇筑的混凝土满足设计要求。

c.混凝土的温度降至0℃前，混凝土抗压强度不低于抗冻临界强度，抗冻临界强度应为设计的混凝土强度标准值的30%。

d.混凝土拌合物入模温度不得低于5℃。

e.水泥强度等级不应低于42.5MPa，最小水泥用量不应少于340kg/m3，水灰比不应大于0.4。

② 温控措施

a.为减少温度回升，要求混凝土自出机口至仓面覆盖前的时间不应大于2小时。

b.在满足施工图纸要求的混凝土强度、耐久性和和易性的前提下，选用水化热低的水泥，并掺加优质的外加剂和粉煤灰，以减少单位水泥用量，降低混凝土水化热温升。

c.控制混凝土层厚和层间歇时间：风机基础混凝土必须在设计规定的间歇期内由里向外连续均应上升，不得出现长间歇。

（5）混凝土养护

① 混凝土浇筑完毕后，在混凝土表面采用防水膜，以保持混凝土表面经常湿润。

② 混凝土表面的养护一般应在混凝土浇筑完后12小时内即开始，但在炎热、干燥气候情况下应提前养护。

③ 混凝土浇水养护时间：对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7天;对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14天。

④ 浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态，混凝土的养护用水应与拌制用水相同。

⑤ 采用塑料布覆盖养护的混凝土，其敞露的全部表面应覆盖严格，并应保持塑料布内有凝结水。

⑥ 混凝土强度达到1.2/m2前，不得在其上踩踏或安装模板及支架。

⑦ 当日平均气温低于5℃时，不得浇水。

⑧ 待混凝土养护28天后，混凝土强度达到设计强度后，方可吊装塔架。

⑨ 混凝土的养护工作安排专人负责，并应做好养护记录。

（5）试块留设

混凝土试块是用于检验结构混凝土质量的试件，在浇筑地点随机取样制作。本工程混凝土方量为606m3。取标养混凝土试块7组，取同条件试块3组。

混凝土试块取样、成型方法：制作混凝土试块所用的拌合物应从同一罐车运送的混凝土中取出，并在取样后立即制作。

混凝土试块养护措施：标养试块成型后送实验室标养室，进行标准养护;同条件试块的养护：随现场浇筑混凝土的部位一并铺盖保温材料。

（6）测温

① 大体积混凝土浇筑前根据结构特点布置测温导线，本工程在基础中心、距离基础中心2.4m、5.4m和8.4m的位置布置4个测温点位。每个点位沿基础高度方向布置3个测温点，其中外表测温点布置在基础上表面以内50mm处，底面测温点布置在基础底面以上50mm处，中心测温点布置在外表和底面测温点连线中点处。

② 测混凝土内部温度时，将露在混凝土外部的测温导线插头插入测温仪插口内，就会在测温仪显示屏上显示出温度数值;测混凝土表面温度时，将测温仪的外置探头伸入保温层或塑料布内，同样在显示屏上会显示出混凝土表面的温度数值。

③ 混凝土浇筑后及时进行测温工作，记录温度变化情况，当里、表温差接近 25℃时应及时采取措施增减保温棉被以控制温度差，避免因温差过大产生温度裂缝。

④ 测温记录要求：

浇筑混凝土时，对混凝土入模温度每台班不少于测量2次，冬期入模温度不小于5℃。

混凝土浇筑完成后，对混凝土的表里温差测量每昼夜不少于4次，认真记录好每日的最高及最低气温。

温度平稳后即可停止测温，将测温记录整理规范并绘制温度变化曲线图，作为施工资料保留。

㈡大体积混凝土控制温度和收缩裂缝技术措施

风机基础混凝土工程量大，且基础尺寸比较厚大，均为大体积混凝土结构。由于水泥在凝固过程中产生大量水化热，使混凝土具有一定的温度，混凝土内部积聚的热量不易散发，与混凝土表面温度相差较大时，很容易产生温度裂缝。

混凝土配合比

（1）合理确定配合比，控制温升。

① 选用水化热低和安定性较好的水泥。混凝土温升热源是水泥水化热，选用中低热的水泥品种，可减少水化热，从而减少混凝土温升，因此，在满足设计强度要求的情况下，尽量选用低热水泥，减少水泥用量，我们拟选用42.5级硅酸盐水泥。

②利用混凝土后期强度。在取得设计单位同意的情况下，选用短周期作为混凝土设计强度，可使每立方米混凝土水泥用量减少，进而减少温升。利用混凝土后期强度，专门进行混凝土配合比设计，并通过试配证明和控制28d之后混凝土强度能继续增长。

③掺加不大于20%的磨细粉煤灰，取代部分水泥，有利于改善混凝土的塑性和可泵性，减少混凝土中的孔隙，提高混凝土密实性和抗裂性。

④宜选用以自然连续级配的粗骨料配制混凝土，细骨料采用中砂，并严格控制砂、石含泥量，骨料不得含有机杂质，石子含泥量≤1%、砂含泥量≤2%。

⑤为防止裂缝，如加强养护或掺加适量抗裂纤维，使用养生薄膜和草帘进行混凝土养护。

⑥控制坍落度在18-22cm之間，过大不利于控制裂缝，过小易堵管。

（2）大体积混凝土温度控制

根据规范规定，大体积混凝土内外温差超过25℃时，将产生温度裂缝。因而只有将混凝土内外温差测量准确，才能采取行之有效的措施。测温工作包括人员配备、测温孔布置。测温人员要责任心强，采取“三班制”值班。测温工作开始前，由工程技术人员进行技术交底。

养护期间前3d（天）每2h（小时）测温一次，第4d以后每4h测温一次，当混凝土内外温差小于10℃时停止测温，一般需测14天。在测温的同时，做好测温记录，在测温工程中，如发现异常情况及时汇报，当混凝土内外温差大于25℃时，应根据本施工措施制定的养护方案进行覆盖保温，将温差控制在25℃以内。

混凝土粗细骨料的温度控制

（1）水泥的温度监督控制：水泥的进场温度为常温，避免使用未经厂内放置稳定的水泥。

（2）夏季拌制混凝土时对砂、石采取防晒措施，必要时提前采取冷却措施。

测温孔布置

大体积混凝土浇筑前根据结构特点布置测温导线，本工程在基础中心、距离基础中心2.4m、5.4m和8.4m的位置布置4個测温点位。每个点位沿基础高度方向布置3个测温点，其中外表测温点布置在基础上表面以内50mm处，底面测温点布置在基础底面以上50mm处，中心测温点布置在外表和底面测温点连线中点处。

养护措施

大体积混凝土养护：保证混凝土表面有一定温度和湿度，使混凝土内外温差控制在合理的范围内，养护过程中基础表面同时盖以草席和塑料薄膜，基础环内部注水;同时需监控基础内部温度，如温度超标准则须做降温处理。养护过程须通过连续洒水始终保持基础表面湿润，至少14天后方可回填（可按照国标GB50204要求执行）。基础养护期间要注意混凝土表面裂缝，并确认和区分养护性裂缝和结构性裂缝。在低温季节和气温骤降季节，承台混凝土表面应及时进行早期表面保护。

大体积混凝土基础模板的拆除，拆除时间应根据混凝土强度及混凝土内外温差确定，并避免在夜间或气温骤降时拆模，拆除时应整体、集中进行，特别是立面模板严禁拆一面留一面，防止不均匀降温。

施工养护过程中若发现基础环水平度出现偏差应第一时间报送监理、业主，抄送远景，严禁私自打磨或切割等破坏基础环的行为（如果出现上述坏基础环的行为，则视为该基础环报废）

避免出现裂纹

由计算及经验得知，3d、7d不满足要求易产生有害裂纹，但是根据对其他大体积混凝土收集资料实际情况看，采取以下适当的措施，可避免出现裂纹：

（1）减小水泥水化热温度，掺加缓凝型减水剂，合理配料和优选配合比。

（2）降低混凝土浇筑入模温度，选择较低温度季度和时间浇筑混凝土。

（3）减少外部热源，控制搅拌温度。

（4）薄层浇筑混凝土，每层控制在300㎜左右，在混凝土初凝前及时覆盖下一层。在混凝土浇筑完成后，禁止贴补找平。

（5）合理制定温控指标，将降温差和内表温控制在允许范围内。加强施工的温度控制和管理，加强基坑内保温养护，降温阶段防止降温过快（用测温数据来掌握调整养护措施）。

（6）做好混凝土的保温、保湿养护。大体积混凝土保湿养护与大面积浇水养护是不同的概念，保湿指保证混凝土自身的温度热量散发后遇表层塑料薄膜之间的冷凝水的不流失，时刻保持湿润状态。

（7）规定合理的养护和拆模时间，根据现场测温的实际情况，合理的调整养护措施。

八、施工效果