浙江慈溪风电场施工技术研究

袁向平，伍健毓

(中国水利水电第七工程局有限公司第二分局，四川郫县 611730)

1 工程概况

慈溪风电场位于浙江省慈溪市，属东海潮间地带滩涂地貌，共安装33台单机容量为1.5 MW的风力发电机组，总装机容量49.5 MW。该风电场是我公司承建的第一个风电场，成败与否，对公司大力开拓非水电市场和进入新能源领域具有极其重要的作用(图1)。

图1 浙江慈溪风电场全貌

慈溪风电场风电机组采用AW/77-1500-CII机型，机组单机容量1.5 MW，转轮直径77 m，轮毂高度60 m，发电机出口电压12 kV。

2 工程现场基本条件

2.1 气象条件

慈溪市多年平均气温为14.8℃，极端最高气温38.6℃，极端最低气温 －10.6℃，年平均高于35℃的日数为5 d，最多日数为18 d(1964年);平均相对湿度81%;多年平均年降水量为1 037.1 mm，年平均雷暴日数为33.3 d;多年平均台风影响次数为1.6次/a。

2.2 现场地形及地质条件

(1)地面高程一般为0.3 ～2.2 m，地形为北东低，南西高。场区东北部地形为沿海滩涂，地形平坦，地面高程0.3～1.5 m，为潮水浸没区。上部土层为淤泥，厚度约1～3 m，易陷入，不能安装钻探设备;场区西南部分布鱼塘，田埂纵横交错，植被较发育，地面高程一般为1.9～2.2 m，潮水不能到达该区。场区三面均有隔堤围之，目前东北防洪海堤还在施工中，其它三面的隔堤均已建成，堤宽约10 m，高程3.2～6 m，路面平整，交通条件较好。

(2)据勘察揭露，勘探深度内(勘探孔最深为66 m)均系第四系沉积物，为冲积、海积及河口～海陆相沉积，自上而下主要地层如下:①－1层为素填土;①－2层为吹填土;②－1层为砂质粉土;②－2层为砂质粉土;②－3层为砂质粉土;②－3夹层为砂质粉土夹粉质粘土;②－4层为砂质粉土;③层为粉质粘土夹砂质粉土;④－1层为淤泥质粉质粘土;④－1夹层为淤泥质粉质粘土夹粉砂;④－2层为粉质粘土;⑤－1层为粉砂;⑤－2层为粉质粘土夹砂质粉土;⑤－3层为中砂;⑥－1层为粉质粘土;⑥－1夹层为砂质粉土。

2.3 环境水腐蚀性

风电场地表水和浅层地下水化学类型为高矿化度水。根据国标《岩土工程勘察规范》GB50021－2001中的有关规定，从气候条件、土层特性以及干湿交替情况等因素综合分析，该工程场地环境类型按Ⅱ类考虑，对混凝土结构无腐蚀性;在长期浸水条件下对混凝土结构中的钢筋无腐蚀性;在干湿交替条件下对混凝土结构中的钢筋具中等腐蚀性;对钢结构具中等腐蚀性，应采取防腐蚀措施。

3 道路平台施工

慈溪风电场布置于外海堤内侧的滩涂区和养殖塘内。据历年风力资料，同时为减少风机之间尾流影响，设计风电机组行间距约为560～600 m，列间距约为650 m。故道路平台施工是风机基础施工和机组安装的前提和基础，也是该工程的重点和难点。

因该工程地下水位高、滩涂地承载力极低，地下水位无法降低，无条件对土进行充分翻晒，施工设备不能进入滩涂地，故原设计方案中的石灰土路基和石灰土平台根本无法施工。根据工程所在地地材情况和水文地质条件并进行充分调研，将该工程道路和平台基础由石灰土路基优化为石渣路基。道路填筑采取进占法施工。在石材的选择上使用质地较坚硬、不易风化的石渣，下部填筑采用粒径大于30 cm的块石进行挤淤，形成承载骨架，上部采用粗细较为均匀的混合料，但需严格控制含泥量不超过5%，填筑厚度根据地下水位情况和地基土承载力确定，一般控制在60～120 cm。雨天原则上不填筑，因此时地基土极易液化，填筑将难以推进，且填筑后其承载力也不能满足材料、设备运输要求，填筑厚度亦将增加较多，均对投资和进度不利。通过对设计方案进行优化，加快了进度、节约了工程投资，路基和平台承载力得到了充分保证，为后序施工创造了有利条件。

4 弱基处理

根据地质勘探资料，风机基础布置于软基上，且软基厚度达60余m，故必须对地基进行加固处理才能满足风机基础对地基承载力、变形等的要求。该工程采用预应力高强混凝土管桩进行地基加固，其最大设计深度为57 m。预应力高强混凝土管桩具有强度高，抗竖向锤击力强，抗弯、抗剪能力较差等特点。设计采用三圈布置，内圈、外圈为长桩，中圈为短桩，长桩主要为提高地基的承载力，短桩主要是增加基础的抗水平力。为减少管桩在施工过程中对已修建好的外海堤的挤压影响(管桩与已修建好的外海堤最近距离约15 m)，同时，为减少沉桩困难，采取的是内圈——中圈——外圈的施工顺序，同圈先施工靠海堤侧管桩，再施工内侧管桩。实践证明:采取该施工方法，有效地避免了管桩施工对外海堤的影响，同时沉桩也较为顺利，后序沉桩未对已成的桩造成明显的破坏，如造成已成的桩上浮、无法沉桩、使已沉的桩倾斜等现象，较好地控制了成桩质量。经检测，均为Ⅰ、Ⅱ类桩。在管桩施工过程中需严格控制桩身本身的质量、垂直度、桩顶高程、间排距、管桩连接质量、终止沉桩标准等。桩本身的质量控制严格按规范进行出厂和现场检测、验收，需达到规范要求才能投入使用。沉桩过程中，桩身垂直度通过两台呈90°相交的经纬仪实时监控。桩身垂直度检测是控制沉桩质量的关键，否则极易造成断桩、斜桩或Ⅲ类桩等现象;桩顶高程采用水准仪控制，桩顶高程一致有利于桩基均匀受力和上部风机基础施工;桩的平面位置控制采用全站仪准确放点、作标志进行控制，并实时进行校核，以保证平面位置符合设计要求;桩体连接采用焊接，为有效防止焊接变形，采取对称施焊并全部满焊，焊缝必须饱满，一般采用3～4台焊机同时施焊。冷却约5 min后，在管桩接头刷环氧树脂，以防接头处钢板锈蚀。管桩接头焊接质量是管桩施工质量控制的关键环节之一，必须高度重视，一定要保证桩头的平整度和焊接本身的质量。终锤标准是控制桩身标高达到设计值、承载力达到设计要求和控制基础沉降变形的关键，因此，必须按设计要求的终锤标准进行控制。一般按以下原则进行控制:(1)设计标高;(2)总锤击数;(3)最后1 m的锤击数。在沉锤方式选择上可选择锤击桩或静压桩。因该工程采用高强混凝土管桩，其竖向抗锤击力强，加之该工程各风机基础间距较大，采用静压桩设备转场不便，转场时间长，成本较高，且地基承载力较低，桩呈环形布置采用静压桩不适合。通过比选，该工程最终采用D80柴油打桩机沉桩。

5 风机基础钢筋混凝土施工

图2 风机基础管桩施工图

该工程风机基础为直径17 m的钢筋混凝土锥台基础，混凝土强度等级为C40，钢筋采用Ⅱ级钢筋。风机基础开挖至少应在管桩施工完成一周后进行，以保证地基土充分排水固结，并能准确检测桩体承载力。基础开挖过程应严格规范弃土，禁止在桩体一侧堆存过多的弃土，弃土应距开挖开口线以外5 m以上，以防止侧压力过大而造成已施工的管桩桩身倾斜或断裂，进而对已成桩质量造成影响(图2)。基础开挖后，按设计要求进行桩体完整性和承载力检测(包括竖向和水平力检测)，须经检测合格方能进行下一道工序。在底板钢筋混凝土施工前，按设计要求，应对管芯上部进行回填混凝土施工(一般1.5 m左右)，以提高风机基础的抗水平力。管桩通过桩头伸入承台混凝土约10 cm，并加接头连接筋与承台可靠连接，故应严格控制桩顶高程和连接筋的焊接质量。风机基础预埋件采用“鼠笼”结构，其由132根螺栓、加上下法兰组成(上法兰为活动法兰)，均在进行风机基础混凝土浇筑前进行安装调整(图3)。为保证基础螺栓的安装精度，在安装前，用精度较高的测量仪器事先放出风机基础螺栓的安装位置和上下法兰的安装高程，并将误差控制在0.5 mm以内。由于该工程基础螺栓安装精度控制好、施工过程中保护到位，从而实现了全部塔筒安装一次性入孔率达100%，实现了同行业领先。

图3 风机基础地脚螺栓安装图

在实施过程中，采用全转仪控制平面位置，精密水准进行相对标高控制并加固牢固，在浇筑混凝土时派专人指挥下料，以防止直接将混凝土卸于埋件。在埋件四周均匀下料，以保证风机预埋件不发生变形或倾斜。因混凝土强度等级高，且工程所在地夏季十分炎热、冬季十分寒冷，设计对混凝土表面开裂控制要求较高(不允许开裂，一旦出现细微裂纹，要求用环氧砂浆进行修补)，因此，对混凝土的温控十分重要。为保证混凝土质量并有效防止开裂，采取了以下措施:(1)严格控制混凝土坍落度在9～11 cm;(2)在一天中选择适当的浇筑时间;(3)对商品混凝土站进行严格的比选，骨料用防护棚进行保护;(4)严格控制水灰比、塌落度;(5)采取30 cm厚分层浇筑，特别注意斜面和顶面的振捣，保证密实，加强压光，抹面;(6)特别要重视保温和养护工作 。通过采取上述措施后，较好的控制了混凝土表面裂缝和结构性裂缝。

6 风机机组的安装

该工程单台风机重约162.6 t，其中最重件为风机机舱，重约55 t，最长件为风机叶片，长度约37.25 m。风机安装起吊的最大高度约65 m。该工程选用350 t、55 t履带起重机(350 t配超起装置，同类型机组安装一般选用400 t或450 t吊车进行安装)，辅以200 t、50 t汽车起重机作为该工程起吊的主要设备。由于风机安装起吊高度高、单件重、海边施工受海风影响大、高空作业危险因素多，合理的施工组织与安排以及充分的施工前期的准备工作是实现顺利安装和提高安装效率的关键。

(1)风机地脚螺栓的安装。

每台风电机组基础由132根M39×2 000 mm螺栓在现场进行组装、调整，预埋在风电机组基础混凝土中。由于设计不预留二期混凝土，因此地脚螺栓需一次组装调整完成，螺栓数量多且调整精度要求高(水平度不大于2 mm，垂直度不大于0.5 mm，螺栓间距不大于1 mm)。在现场加工制作工装并使用专用工具进行螺栓定位，保证了螺栓间距、水平度和垂直度。

(2)塔筒安装。

第一节重量为38.3 t、长14.2 m，第二段重量为24.8 t、长14.3 m，第三段重量为31 t、长30 m。

塔筒吊装时，在塔筒上部连接法兰、安装专用起升吊具，4个吊具必须对称，尽量均分法兰连接螺丝孔，在塔筒下部法兰安装专用翻身吊具，2个吊具必须对称，吊具尽量安装在法兰上部位置，主吊设备(200 t汽车吊或350 t履带吊)吊装塔筒上部法兰，辅吊吊装塔筒下部法兰，检查确认安全可靠后同时操作两台吊车提升，塔筒水平调离地面约2 m后，主吊继续慢慢提升，辅吊配合慢慢下落，完成塔筒空中翻身。当塔筒完全竖直后拆除塔筒下部法兰吊具，由主吊独立完成塔筒的就位。

(3)风机机舱的安装:

①机舱重64 t(含吊具)，长 12.4 m、高 4.2 m、宽4.2 m，吊装高度60 m就位。

②主吊设备的选择。厂家提供的机舱重量为55 t，由专业技术人员计算、校核，邀请相关专家对吊装方案进行评审，专家认为:采用400 t履带吊或500 t汽车吊进行风电机组吊装比较安全可靠。通过首批6台机舱吊装观察，机舱重量均在50 t左右，比厂家提供的参数小了约5 t。项目部技术人员重新优化编制了风电机组安装方案，对各种吊装工况进行了验算和电脑模拟，并报业主、监理。通过反复沟通和详细的讲解，最终决定采用350 t履带吊进行第二批27台风电机组设备的吊装。

③机舱的吊装工艺措施。在机舱内部4个吊点安装专用吊具，通过调整吊具位置使机舱平衡。在主吊稍微带劲的情况下，找正吊钩位置，保证机舱在吊离地面时不晃动。

为了保证机舱在吊装时平稳，在机舱上固定了两根缆风绳，用于吊装过程中控制机舱的摆动及调整就位方向，便于安装就位。

拆除连接机舱和临时底座的螺栓，采用主吊将机舱慢慢吊离地面0.2～0.3 m，在检查确认其安全可靠后慢慢提升。

(4)风机叶轮的安装。

①叶片单片长度为 37.5 m，重 5.6 t，与轮毂组装后叶轮直径约为77 m。

②叶轮组装。将轮毂进行空中翻身后放置在轮毂固定工装上，从不影响其他吊装作业方位进行首片叶片与轮毂的组装，采用专用吊具在叶片重心两侧2.5 m的两个吊点起吊叶片与轮毂进行组装，将叶片逆时针方向(0°位开始计数)第5颗螺栓退出约100 mm，作为叶片与轮毂对装的导向，通过遥控调整吊具来调整叶片角度和水平度，以保证叶片能准确与轮毂对装，叶片连接螺栓全部穿入轮毂法兰后按厂家要求对称紧固连接螺栓。

叶片与轮毂对装完成后，为保持平衡，防止叶片倾倒，应在叶片的端部用方木或泡沫板支撑，然后拆除吊装索具，组装另外两个叶片。

③叶轮吊装。在两叶片根部安装提升专用吊带，在叶尖位置安装叶尖带并绑好风绳，风绳直径不小于10 mm，长度约150 m。在另一叶片运输支撑位置安装翻身吊带，为防止损坏叶片，应在叶片上部加垫保护板，并在吊带上绑脱扣绳。

采用LR1350/1型履带吊和50 t汽车吊同时提升叶轮，离地面约15 m时继续主吊提升，辅吊慢慢下落对叶轮进行空中翻身。

7 结语

在慈溪风电场施工中，通过严格的过程控制，较好地实现了质量、安全和进度目标，该项目至2007年并网发电以来一直正常运行，取得了良好的经济、社会和环境效益。该工程获得中国电力优秀工程奖。