论粉煤灰地质条件下建设光伏发电项目

2023-01-04张东明刘金亮

上海电气技术 2022年3期

李云张东明刘金亮

胜利石油管理局有限公司新能源开发中心山东东营 257000

1 项目概况

胜利发电厂灰场36 MW光伏发电项目位于山东省东营市东营区黄河路街道广蒲沟北、万泉村区划内。胜利发电厂灰场区域总面积约0.97 km2,场址中心地理坐标为东经118.522 3°、北纬37.382 5°。胜利发电厂灰场分为A、B、C、D四个区域,36 MW光伏发电项目利用A、B两个区域0.46 km2土地建设,建设内容主要包括12 019根管桩施工,安装69 264个峰值功率535 W单晶硅组件、132台225 kW组串式逆变器、12台2 500 kVA升压变压器、1座35 kV开关站、1套光伏电站35 kV接入系统,敷设4 km长35 kV双回路电缆,以及基南变改造工作。

胜利发电厂灰场36 MW光伏发电项目的总体情况如图1所示,主体工程合同施工工期为6个月,时间紧任务重。

图1 胜利发电厂灰场36 MW光伏发电项目总体情况

2 场地情况

根据详勘资料,场地勘察深度范围内所揭露地基土共划分为七大层。除第一层粉煤灰外,其余地层均由第四纪黄河三角洲新近沉积和一般沉积的黏性土、粉土、粉砂构成。第一层为粉煤灰,呈灰色—灰黑色,含少量植物根系,填埋年限为 1～30 a。第一层因含水量不同,力学性质变化较大,整体结构松散,局部机械碾压处较密实,遇水表现出湿陷和液化特征。第一层普遍分布厚度为1.00～10.80 m,层底标高为2.08～4.55 m。第二层为粉土,呈黄褐色,中密至密实,土质较均匀,粒细,局部夹杂粉质黏土薄层,厚度为1.50～5.00 m。第三层为粉质黏土,呈黄褐色,土质较均匀,局部夹杂黏土薄层。第四层为粉土,呈黄褐色,局部夹杂粉质黏土薄层,厚度为2.40～7.10 m。

场地原位测试指标统计见表1,场地地基土承载力特征值建议值见表2。表1中,预制桩入土桩长为9～16 m,若桩长小于9 m,则对于第二层,极限端阻力标准值取1 300 kPa。

表1 场地原位测试指标统计

表2 场地地基土承载力特征值建议值

3 项目建设难点

(1) 场地施工条件差,施工难度较大。因投资费用及粉煤灰层不作为桩基础持力层等综合因素影响,场地场平时未考虑分层压实。2021年秋季,东营地区遭遇与常年比较多的降水量,多场暴雨使整个施工场地变为汪洋,场区内积水无处外排。整个场地场平后粉煤灰的厚度为4～5 m,遇到大雨浸泡后变为“海绵体”,场地多处出现“橡皮泥”现象,施工人员或设备深陷其中,给场平、打桩、光伏板安装、电缆敷设等施工造成极大困难。场地场平后现场情况如图2所示。

(2) 由于地质条件复杂,打桩施工出现桩身竖向裂缝,部分区域打不进桩。本项目采用PHC-300-AB-70预应力混凝土管桩,桩长9～10 m。打桩施工中出现裂纹情况最高占单日打桩施工量的50%,裂纹长度为5～20 cm不等,裂纹宽度为0.1 mm。裂纹部分在桩体表层,部分深度穿透桩身,肉眼可见。另一方面,在粉煤灰场坝体部分周边区域,存在部分桩无法打进的情况,占总桩数的0.05%。

(3) 项目建设期间扬尘治理难度大。胜利发电厂灰场所在地区被东营市列为环境敏感地区,已出现多次环保事件。粉煤灰因自身独有的特性造成扬尘控制难度大,极易产生扬尘,面对施工点多、面积大、行驶车辆多等情况,防范措施稍有不当,就会造成环保事件。个体防护不到位,还会对施工人员造成身体职业伤害。

图2 场地场平后现场情况

4 攻坚克难典型做法

第一,加强组织运行,推进项目进度。为了保证项目早投产、早收益,项目组及监理单位结合现场实际情况,对施工单位编制的施工进度计划进行提前审查,对施工单位不合理的工序安排提出意见,合理调整,使进度计划满足实际工程进度的需求。同时要求施工单位合理组织施工力量,采取流水线作业方式。施工力量按照工序划分为若干班组,施工区域划分为十二个作业施工区,上道工序验收合格后,下一班组便开始进行下道工序的施工,杜绝现场怠工、窝工现象的发生。积极开展劳动竞赛,每日下午生产会组织讲评当日的工作情况,将安全、质量和进度控制放在首位,调动参与施工各方的主观能动性,有效提高施工效率。

第二,针对桩身大比例裂纹问题,通过上级部门协调,联系油田相关专业的资深专家从人、机、料、法、环五个方面进行论证,查找问题产生的原因。通过论证,发现地质复杂、管桩长度、施工工法、施工人员等因素均会对桩身裂纹产生不同程度的影响。为此,从多个方面制订专项措施进行管控。通过实施一系列措施,将桩身裂纹率控制在2%以内。同时,对桩身裂纹进行缺陷整改,达到设计质量要求。进行桩身完整性检测,确保一类桩符合率达到100%。在缺陷处用环氧树脂、氧化剂、固化剂等按比例搭配进行预处理,再用胶水、水泥、矿粉搭配进行外观处理。单桩抗压静载试验曲线如图3所示。Q-s曲线中,横坐标Q为上部承载力加载值,纵坐标s为对应承载力作用下的桩顶累计沉降量。s-lgt曲线中,横坐标lgt为上部承载力加载时间(分钟)的对数,纵坐标s为对应加载时间作用下的桩顶累计沉降量。根据JGJ 106—2014《建筑基桩检测技术规范》,单桩抗压承载力极限值为60 kN,根据Q-s曲线和s-lgt曲线确认,现场单桩抗压承载力特征值为30 kN,满足设计规范要求。单桩低应变曲线如图4所示,各桩桩长均为9 m,桩径均为300 mm,强度等级均为C80,01-10桩波速为4 201 m/s,01-65桩波速为4 166 m/s,01-115桩、02-26桩波速为4 155 m/s,02-80桩波速为4 189 m/s,纵坐标为对应时间的波振动幅值。通过低应变曲线,判断各桩均桩身完整。

图3 单桩抗压静载试验曲线

图4 单桩低应变曲线

第三,针对打桩难度大的部分区域,进行进一步钻孔探测。通过取芯,发现遇阻区域主要为与粉煤灰接触面处的粉土层,局部夹杂粉质黏土薄层,土质较均匀,粒细,湿度较低,密实度较高,硬度较高。在掌握地质条件后,调用引孔设备进行引孔。引孔机引孔深度为3 m,试打桩效果不理想。于是制作一根与预应力管桩尺寸相符的钢桩进行引孔,引孔深度为6 m,试打桩效果理想。少部分桩点存在水泥预制块,通过破拆解决问题。通过以上措施,使桩点符合率达到100%。

第四,多措并举降扬尘。通过查阅资料及化验分析发现,粉煤灰主要化学成分为二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙、三氧化硫。一般情况下,粉煤灰颗料表面光滑而发亮,完全的粉煤灰不含黏土矿物,不具有粘聚力,自凝性较差。对此,制订专项措施进行扬尘防范。一是根据天气情况调整施工范围、施工内容。二是提高洒水车辆洒水频次。三是对重点区域进行防尘网覆盖。四是试验时使用生态环保型粉尘抑制剂进行喷洒覆盖。五是对于进入施工区域的人员,要求个体防护用品必须佩戴齐全,做好防护。通过以上多种措施,有效控制扬尘。

5 项目建设过程中创新点

(1) 将场区内交流电缆的敷设方式由桥架改为直埋。本项目中组串逆变器至升压箱变的电缆及升压箱变至35 kV开关站的电缆,在可研阶段采用地面上100～200 mm架设桥架敷设。这样做,光伏电站建成运维时,敷设在地面上的电缆桥架会阻挡除草机械行进,加之电缆桥架为钢制材料,几年后易产生锈蚀腐蚀,使用寿命短。对此,在施工图设计时,将电缆敷设改为直埋敷设,这样有利于后期运维,减少费用约140万元。

(2) 优化设计光伏支架抱箍,减少因抱箍变形导致的光伏组件起伏情况。总结调研光伏发电项目运行过程中出现的问题,发现抱箍设计不合理会导致光伏支架变形,使光伏组件倾角发生变化,影响发电效率。对光伏支架抱箍进行研究,对比其它光伏发电项目的经验做法,与设计人员沟通交流,设计出了加强版支架抱箍。这一抱箍具有双螺栓双加强特点,可以确保光伏支架整体结构的稳固性和可靠性。

(3) 加强直流电缆的保护措施,杜绝埋地直流电缆破损时遇水引起的电路故障。总结光伏发电项目在运维时遇到的问题,直流电缆遇水后发生电路故障的比例非常高。为此,在本项目建设时,将常规用镀锌钢管更换为整根长12 m的聚乙烯管。聚乙烯管柔性好,在穿直流电缆时不易造成电缆外保护损伤。聚乙烯管入土、出土为一根管线,在土中没有弯头,水无法进入聚乙烯管,由此杜绝水与电缆的接触,最终解决问题。

(4) 项目组成员由各个部门的行业专家、技术能手组成,这些行业专家和技术能手是项目顺利开展的技术保障。对于项目建设过程中的重点、难点问题,开展现场导师带徒,以专家能手引领课题、员工提出建议、征集一线生产难题的形式,组织攻关,带动全员创新创效。