高性能海工混凝土在海上风电示范项目中的应用研究

沈伟，吴建芳，陈义华，马国宁

（1.中交三航宁波分公司，浙江　宁波　315000；2.宁波科环新型建材股份有限公司，浙江　宁波　315000）

高性能海工混凝土在海上风电示范项目中的应用研究

沈伟1，吴建芳1，陈义华1，马国宁2

（1.中交三航宁波分公司，浙江宁波315000；2.宁波科环新型建材股份有限公司，浙江宁波315000）

本文从上海东海大桥海上风电承台混凝土结构特点和环境条件出发，研究并提出风电承台混凝土结构耐久性策略和实施方案。对海工承台高性能混凝土配合比设计和施工应用进行阐述和探讨。

海上风电；高性能海工混凝土；耐久性；温度

1　工程概况

东海大桥近海风电场为中国首座海上风电场，工程位于上海市东海大桥东部海域。单机容量 3 兆瓦的 SL3000 离岸型风电机组共 34 台。风机基础采用高桩混凝土承台（如图 1 所示），承台采用 C45 高性能海工混凝土。单个承台混凝土约616m3，采用搅拌船水上一次性浇筑成型。竣工图见图 2。

图1　承台示意图

图2　风机竣工图

东海大桥近海风电场，位于上海东海大桥东部海域，地处北亚热带南缘，东北季风盛行，工程海区风向季节变化明显，全年以偏北和偏东南向风为多，每年4～8月以东南向风为多，9 月～翌年 2 月以北向风为多，3 月份因冷、暖空气交替频繁，以东南和北向风为主，多年平均气温 17.2℃，海区全年盐度一般在 10.00‰～32.00‰ 之间，水最大流速 1.80m/ s，年平均降水量 985.9mm。在此环境条件下，氯离子渗入引起钢筋腐蚀，从而导致结构受损是影响混凝土结构耐久性最主要的原因之一。因此，本工程中所用的混凝土必须是高抗氯离子渗透性、体积稳定、抗裂性好的耐久性海工混凝土。

2　海工混凝土配合比耐久性设计

从高性能海工混凝土的基本要求出发，在原材料的优选试验中，应通过混凝土坍落度及扩展度评价其工作性、通过混凝土 7d、28d 抗压强度等评价其力学性能、通过混凝土的电通量和氯离子含量试验结果评价混凝土的抗氯离子渗透性能，并综合设计要求及现场施工特点选择最优方案。

2.1原材料

（1）水泥：本工程选用宁波科环新型建材股份有限公司生产的高性能海工水泥（符合 Q/NSJ0003－2009《高性能海工水泥》规定）。该水泥以适当矿物组份的硅酸盐水泥熟料，掺入适量矿渣或矿粉、粉煤灰、硅灰、硅铝质微粉和适量石膏共同粉磨或分别粉磨而制成。

（2）粗集料：采用浙江宁波北仑产的 5～25mm 连续粒级碎石，表观密度 2630kg/m3，针片状含量不大于 7%，含泥量不大于 1.0%。

（3）细集料：采用福建闽江中砂，细度模数 2.6，表观密度 2630kg/m3含泥量不大于 1.5%，泥块含量不大于 0.5%。

（4）水：采用饮用水。

（5）外加剂：采用上海格雷斯 ADVA152 高效减水剂，减水率 25%，且与水泥适应性良好。

2.2配合比

上海东海大桥近海风电场工程项目部委托宁波市镇海金正建设工程检测有限公司进行多组配合比设计，最终确定的工程施工配合比如表 1 所示。

表1　混凝土配合比　　kg/m3

2.3高性能海工混凝土性能试验结果

高性能海工混凝土的力学性能试验结果见表 2；抗氯离子渗透性能试验结果见表 3，其抗压强度、氯离子含量及电通量指标均符合 JTJ 275－2000《海港工程混凝土结构预防腐蚀技术规范》标准要求。

表2　高性能海工混凝土力学性能

表3　高性能海工混凝土抗氯离子渗透性能

3　海上风电场工程混凝土浇筑主要施工措施

上海东海大桥海上风电场工程共有 34 个承台，每个承台混凝土约 616m3，采用搅拌船水上一次性浇筑成型。工程连续浇筑时间长、方量大，且浇筑现场海洋环境浪高、流急、涌大，又需要赶潮水作业，故采用中交三航局有限公司的大型搅拌船三航混凝土 16# 连续浇筑，辅以运料船配合海上加料。满足了工程各阶段施工的需要，为确保按计划完成浇筑高性能混凝土的施工任务起到关键作用。

3.1严格控制原材料质量、确保高性能混凝土内在质量

高性能混凝土与普通混凝土相比较，混凝土水胶比较小，其胶凝材料颗粒较小，掺用的高效减水剂对原材料的适应性较敏感，室内试验和工程实践均表明，骨料含泥量（石粉）对高性能混凝土和易性和强度的影响非常明显。项目部严格按要求对粗骨料进行清洗，以确保粗骨料的合格率，同时采用质量较稳定的福建闽江砂，确保混凝土和易性和强度达到设计要求。

没有就算了。村长适时接过话头。八斗丘补偿问题，村委过些天会研究，你不要到处找人说事。特别是不要找那样专门戳漏洞的什么狗屁记者。

3.2浇筑过程控制

3.2.1前期策划

由于设计要求承台一次性浇筑，承台为 Φ14000mm、高4.5m 的大体积混凝土结构，混凝土浇筑后会因内外温差产生温度应力，容易导致裂缝的产生。为减少裂缝，应减少混凝土内外温差。根据类似工程的施工经验，在承台混凝土内部预埋 3 层 ф50mm×2.5mm 的冷却水管如图 3、图 4 所示，（图中尺寸以 mm 计，标高 1985 年国家高程以 m 计）。

风机基础混凝土承台内部有钢管桩、预埋过渡段塔筒及连接件等钢构件，这给布置预埋水管带来一定的难度，冷却水管竖向分 3 层布置，在同一层中过渡段塔筒外布置 2 圈，并继以八角星状布置，在具体实施布置过程中坚持“见缝插针”的原则。冷却水管采用具有良好导热性能的 D50 钢管，钢管间采用钢骨网树脂软管进行连接，与钢管连接端部采用铁丝牢固绑扎至少 2 道。同时在 2 节钢管间用短钢筋加以辅助连接。

布置时，过渡段塔筒外部从标高 3.50m 布置至标高1.50m，然后将冷却水管引至过渡段套内部，即可从标高1.50m 布置至标高 3.50m 处，最后将水管进水、出水口均引至过渡段塔筒内部承台顶面上方即可。冷却水管布置完毕要进行通水试验，了解冷却水管的畅通情况和接头漏水情况，漏水的接头要重新绑，保证接头密封且水管畅通。

图3　预埋冷却水管平面图

图4　预埋冷却水管立面图

3.2.2过程控制

承台混凝土采用分层浇筑，分层厚度控制在 300mm 以内。先浇筑过渡段塔筒内部混凝土，再浇筑过渡段塔筒外侧混凝土。 在混凝土内埋设冷却管通水冷却。为保证冷却水管的通畅及检查接口密封性能，浇筑混凝土前先灌淡水，对每个接口进行检查，遇漏水进行包裹。检查合格后进行混凝土浇筑，并在不同深度埋设温度检测仪。

根据承台特点，浇筑混凝土时分层下灰，分层振捣，分层厚度控制在 300mm 以内。承台混凝土振捣采用 75 型的振动棒，过渡段塔筒内部配置1台，过渡段塔筒外侧配置 3 台，混凝土振捣从四周往中间振捣；因承台上部 1.5m 高的位置为一圆台（四周 1∶1 的边坡）为了减少斜面混凝土的气泡，在钢套箱外侧斜面上等间距布置 8 套附着式振捣器，在混凝土浇筑时每次开动 4 个，交替开动。浇筑过程中严格控制混凝土的坍落度，浇筑过程中根据实测坍落度情况进行调整，浇筑后顶面混凝土进行二次振捣。因一次浇筑混凝土量大，承台顶部混凝土会因泌水产生浮浆，同时需要准备1台泥浆泵，用来清除表面浮浆。

3.2.3效果

（1）未发现冷却水管堵塞现象；

（2）表面气泡得到有效克服，外观质量好；

（3）混凝土内部温度均小于 70℃；

（4）承台侧面无裂缝。

3.3加强保护层施工质量控制

现浇混凝土构件保护层厚度、质量是否达到设计指标要求，是确保高性能混凝土构件达到预期使用年限的重要环节。因此，控制好保护层垫块的规格，质量和安装部位至关重要，为使所用垫块强度及渗透性均达到 C45 高性能混凝土的技术要求，本工程保护层垫块采用 C45 高性能混凝土制作。特制一批 Φ100mm 钢质模按规格成型垫块。通过配合比把关并定期测定垫块抗压强度（平均强度达 50.9MPa），以保证垫块的质量满足要求。布置垫块时，为保证承台顶面钢筋网标高一致，保护层垫块以承台中心为圆心，以放射状形式均匀布置，且在各圆周上布置距控制在 1.5m 左右。承台垫块示意图见图 5。

图5　承台垫块示意图

4　高性能混凝土质量评定

现浇 34 个高性能混凝承台，混凝土性能稳定，承台无裂纹产生，效果良好。构件承台的混凝土质量评定结果见表 4、表 5。承台在施工过程中采取设置冷却水管的措施来控制混凝土养护的内部温升，承台混凝土在养护阶段其内部温度均满足规定的要求（图 6）。

表4　C45 高性能混凝土质量评定表

表5　C45 高性能混凝土耐久性质量评定表

图6　测点温度随时间变化曲线

5　结论

根据工程调研和环境条件分析，综合考虑现场的实际情况、原材料、工艺设备及其可行性和经济合理性等问题，上海东海大桥风电场采用以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性策略和方案，确保了高性能混凝土质量符合耐久性设计要求。

[1] 徐强．《高性能海工混凝土在上海深水港工程中的应用技术研究》技术鉴定报告[R]．上海市建筑科学研究院，2002.

[2] 陈肇元．混凝土结构耐久性设计与施工指南[M]．中国建筑工业出版社，2004,5．

[3] JT/J 268－1996．水运工程混凝土施工规范[S]．

[4] JT/J 275－2000．海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S].

［通讯地址］浙江省宁波市中交三航宁波分公司（315000）

沈伟，工程师，中交三航宁波分公司。