预应力钢绞线空心式混凝土基础施工应用

魏战磊

随着技术的不断提升，预应力钢绞线张拉技术已逐步运用到风电施工上，通过对预应力钢绞线空心式混凝土基础施工的应用，塔筒高度得到了进一步的提升，提高了风资源的利用率并取得了良好的经济效果[1]。

1.预应力钢绞线空心式混凝土基础施工应用

（1）北京天润新能华东公司50兆瓦风力发电项目采用了预应力钢绞线空心式混凝土基础。在基础内部采用空心式环形悬挑结构，并预留12个张拉埋管。另通过预应力钢绞线张拉技术与上部混塔进行连接，对预留的张拉埋管尺寸要求极高。

（2）风机基础承台Ⅰ区空心部位直径为9.4m，Ⅱ区空心部位直径为6.54m，该两部分基础建设分开进行。重点是第二次对悬挑位置模板的安装及张拉埋管的定位放线安装至Ⅱ区钢筋绑扎、模板安装及混凝土浇筑。大体积混凝土施工中振捣起到了尤为关键的作用，尤其是在张拉埋管周围及悬挑结构位置。混凝土浇筑完毕后及时进行养护及测温，养护时间不得少于14d，拆模的时间应根据现场实际情况严格把控。风机基础承台养护完成后，经监理验收后，方可进行土方回填，回填时按照图纸设计说明每30cm一层，分层压实分层回填。待混凝土强度不应低于设计强度的100%时，方可交付安装，进行塔架安装。

2.工程实例

（1）北京天润新能华东公司50兆瓦风力发电项目是我公司首次采用张拉埋管施工的预应力钢绞线空心式混凝土基础。风机基础结构形式为桩基础+板式承台钢筋混凝土基础，采用预应力钢绞线连接上部塔筒和混凝土基础。基础平面型式为圆形，开挖直径26.10m，基础埋深4.470m。±0.000为自然地坪标高，基坑槽底标高为-4.470m，基础中心半径6.140m开挖范围标高为-4.470m，缓冲阶中心半径为9.60m开挖范围标高为-2.350m。

（2）每座风机基础砼581m3，钢筋53t，基础砼垫层设计强度等级为C15，主体P6C40，钢筋保护层厚度为50mm。结构设计使用年限为50年，风电机组塔架地基基础设计级别为1级，结构安全等级为一级。

3.工艺流程

主要施工流程为：定位放线→平台清理→PHC管桩施工→桩基检测→土方开挖→中心点及塔筒门定位→地基清槽→地基验槽→Ⅰ区垫层混凝土浇筑→反填充模板安装→模板及Ⅱ区验槽→反填充及Ⅱ区垫层浇筑→验收Ⅰ区钢筋绑扎及模板安装→Ⅰ区混凝土浇筑→Ⅰ区拆模及悬挑模板安装→张拉埋管安装及验收→Ⅱ区钢筋绑扎及模板安装→Ⅱ区钢筋及模板验收→Ⅱ区混凝土浇筑→混凝土养护测温→拆模→外接地施工验收→基础验收→回填→交付安装。

4.主要施工方法

4.1 风机基础定位放线

根据桩基施工单位提供的测量数据，测定基础中心点，根据设计尺寸沿基础结构尺寸用白灰撒出开挖边线，同时将高程控制点引测至稳定且不易破坏的区域。

4.2 基坑开挖

（1）施工工序中最为基础且最为重要的工序便是基坑开挖工序。该工序不仅直接影响施工进度，而且还影响工程边坡的安全。本工程土方开挖选用以机械开挖为主，人工开挖配合的形式。当机械快挖至设计基底标高以上200mm时，为了避免超挖，此时采用人工开挖，以保护基底免受扰动，并避免深度超标。

（2）根据工程地质情况，本工程的土方基坑开挖方案必须遵循“分层开挖，严禁超挖”的原则，确保工程质量与安全。同时，为确保基坑开挖深度，在管桩上采用红漆做标高控制线。

4.3 模板施工

（1）本项目采用了预应力钢绞线空心式混凝土基础，基础内部为空心式环形悬挑结构，空心部分悬挑高度1620mm，宽度1430mm，上部混凝土重量约228t，搭设立杆140根，纵杆两排。每根立杆顶丝要承受1.63t的重量，如图1所示。

（2）基础模板安装前应按照要求复查模版安装尺寸，并确保安装面保持干净；同时为防止侧模根部跑浆，可预先对缝隙抹水泥砂浆处理。

（3）为方便模板周转，施工时尽量减少切割、钻孔；同时为防止硬化的砼与模板粘结，模板使用前先涂刷脱模剂。

（4）在浇灌砼过程中设专人看模，如发现变形、松动等，要及时修整、加固。拆除模板时禁止乱撬乱凿、碰撞砼边角，拆模时构件砼的强度必须满足规范要求。

图1 悬挑脚手架施工

4.4 张拉埋管施工

（1）管道在安装前，应检查管口外观是否有毛刺等，同时内部应清理干净。

（2）悬挑模板安装完后开始安装张拉埋管，在悬挑模板上面根据施工图纸尺寸用经纬仪把中心点确定出，按照张拉埋管各尺寸用10m卷尺和墨盒弹出线条并确定各埋管中心点及边框。将张拉埋管下端对准张拉埋管边框，根据图纸要求预应力钢绞线与竖向方向夹角为2.083°，根据计算在埋管外口边下处垫1.1mm塑料板，四周用玻璃胶封堵避免混凝土进入及固定作用。埋管安装完成后四边用水泥钉再次固定住，如图2所示。

图2 张拉埋管固定

（3）施工中要注意保护张拉埋管，施工人员严禁使用工具敲击张拉埋管，严禁使用振动棒碰撞、别撬。钢筋安装过程中如发现与张拉埋管位置重合，按钢筋避让张拉埋管的原则，调整钢筋位置。

（4）基础浇筑前应检查张拉埋管顶端所在平面中心，基础顶面灌浆槽模板所在平面中心和张拉埋管底部钢板所在平面中心，三者应同心同轴，误差控制在3mm内。

（5）此类型基础对精度要求较高，施工偏差应满足以下要求：张拉埋管锚垫板的位置偏差为±5mm，张拉埋管倾斜角偏差为±0.3°，灌浆槽底部水平度为±5mm，张拉埋管底部尺寸、顶部尺寸、基础顶部埋管尺寸偏差为±5mm。

4.5 混凝土施工

（1）主要施工流程为：砼浇筑前施工准备→▽-4.32m～▽-2.40m中间向四周采用泵送，并按300mm分层浇筑，设置施工缝→▽-2.40m～▽+0.00由四周向中间采用泵送，并按300mm分层浇筑→▽+0.00m～▽+0.45m中间向四周采用泵送，并按300mm分层浇筑→砼养护。

（2）本项目按照“快插慢拔”的原则，采用插入式振动器震动。另外，浇筑过程中严格把控施工标准，注意避免过振或振捣不足。钢绞线锚头上方混凝土应加强振捣，每层振捣厚度不应大于300mm。钢绞线预埋管每个间隔都应振捣密实。

4.6 表明收光

为保证基础外露面达到清水混凝土效果及预防产生裂纹的通病，拟采用二次抹压工艺。

（1）第二次抹压时间的掌握。理论上第二次抹压应该在混凝土初凝前完成，在施工现场无法利用实验仪器测量贯入度推测初凝时间的情况下可采取如下方法简单判别：手握混凝土松开，混凝土流动缓慢；刮去混凝土5mm面层，用手指按压，指印不明显即可判断为达到初凝状态。

（2）二次抹压应用力压实，使混凝土表面已初步形成的收缩裂缝重新愈合；注意抹压完成后将脚印抹平，无法抹平时用同配比混凝土填满压实。

4.7 混凝土养护

施工时混凝土养护温度较高，在基础侧面、斜坡面采取综合蓄热覆盖法养护。混凝土保温的厚度应根据现场实际情况经过计算确定。

（1）为确保混凝土强度达标，新浇筑的混凝土在强度未达到1.2Mpa前，混凝土表面需持续保养，不得上人作业。

（2）应在浇筑完毕后12h～14h对混凝土加以覆盖及保湿养护。气温较低时应根据初凝时间适当缩短混凝土的暴露时间。

（3）为确保模版转运使用，在混凝土模板拆除时尽量避免硬撬；另注意混凝土浇筑时间，不得在未达到拆模强度时松动模板拆除支撑连接件，避免影响混凝土质量和表面棱角的完整性。

5.总结

（1）预应力钢绞线空心式风机基础安装方便、安装精度高、施工时间短、安装效率高，且可节约基础混凝土及锚栓组合件的用量。（2）该工艺使塔架高度达到140m，通过增加塔架高度，更好地利用了风资源。（3）该工艺适用于低风速区域的风电项目，通过预应力钢绞线空心式风机基础的应用，提高了低风速区域的风电项目开发空间，增加了资源的利用率。