浅谈沿海风电吹填砂施工

1、浅海潮汐带风场风机平台吹填砂及钻孔灌注桩施工李钢幕（山东电建二公司新能源分公司 潍坊 ）【摘要】：国电潍坊滨海风电场一期工程风机沿疏港路海边布置，风力资源丰富，但风机布置位置处于海水潮汐处，海水较深，工程量大、施工难度大。根据工程特点施工平台采用船作业吹填砂，以为后续工作提供工作面。潍坊风电项目作为我公司第一个3MW浅海风场项目，在此方面工作经验缺乏，本课题主要研究浅海风场平台吹填砂及钻孔灌注桩的一些施工方法及技巧，为以后的浅海风场施工提供依据和参考。【关键词】：浅海风场； 测量； 吹填砂； 钻孔； 桩基；【引言】：风力发电属于新兴技术，风电产业是朝阳产业，风能资源是清洁的可再生能源,随着时间

2、的推移和科学技术的进步,风能资源越来越受到重视并被广泛开发和应用。世界上很多国家,已充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性,对风电的开发给予了高度重视。在丹麦、德国、西班牙、瑞典等都在规划较大的海上风电项目，海上风电必定是未来的风电发展的主流趋势，这是由于陆地上土地资源受限而且海上的风速较陆地上大且稳定，一般陆地上风电场平均设备利用2000h，好的为2600h，而在海上可达到3000h以上，同容量装机要比陆地成本高，但发电量可以增加50%以上。风机布置全貌一、工程概况国电潍坊滨海风电场一期（48MW）工程,场址位于山东省潍坊市滨海开发区西北部约25km，西靠疏港路，东邻潍坊港

3、，交通便利。地貌类型属于浅海滩涂地区，水位高3-6m。该工程设计布置风机16台，风机沿海布置，单机容量3WM，总装机容量为48MW。二.风机施工平台吹填砂 1.施工准备在施工前准备好船舶、排砂管、排水管、施工材料、GPS等，以确保施工连续。现场实地勘察，在吹填工程区域内的抛石及监理人指明的其它有碍物进行机械清理。2.砂肋加筋软体排施工（1）砂肋加筋软体排形式确定 1）排布加强处理针对现场实计情况，参照传统砂肋排加工情况，砂肋的直径控制在30cm左右，排肋布置问距约150cm。加筋带宽5cm间距为1m，现场根据实际流速风浪情况进行了两端各加宽1m左右进行处理。加筋带的缝制也相对其它施工项目保守，

4、从排布受力均匀方面考虑按1m间距进行缝制，并通过计算选择加筋带的种类。软体排垂直向下滑动的过程中，排体受到自身重力和水的浮力作用，卷排滚筒刹车停止，软体排下滑时将会对软体排还产生一个附加动荷载。T=K(G、+F+G)g式中T为每米宽上加筋带的拉力(NM)，K为附加动力系数取值1.2，G、为排体水上质量(NM)，F为动水压力的垂直方向分力N，G为排体在水面船体干舷高度的质量(NM)。当铺排方向与水流方向呈一定角度时排体受力情况发生变化。2）排布选型基理 当铺排方向与水流方向相反呈一定角度9O。 180。，软体排将受水流的顶托作用，当流较小时动水压力垂直向上方向分力N小于软体排浮重时，软体排每米宽

5、上加筋带的拉力比在静水中小，随流速增大，动水压力垂直向上方向分力增大，当增大至一定程度时动水压力垂直向上方向分力大于软体排浮重，软体排将不能沉落水底，且当流速达到一定程度也会出现撕排现象。因此尽量避免在水流速度大时，铺排方向与水流方向相反。（2）砂肋加筋软体排的铺设1）施工要点 排布加工。单块软体排的制作长度L为垂直于引堤轴线按设计图纸铺设长度取值，富余量为0.8m；宽度B主要根据铺排船的滚筒长度确定，本铺排船为30m。制定尺寸后对软体排铺设位置进行里程编号。砂肋加工直径为30cm，加工的砂肋袋长度要比软体排的宽度长15m，因为考虑在排体两侧砂肋袋口绑扎，要有富裕长度。抛锚定位。在铺排船上选择

6、适当的位置安置两台GPS接收机天线。用全站仪测出GPS两个天线与滑板前沿点与滚筒中点的相互关系。铺排时GPS仪器输出其天线的实时坐标值，并输入到电脑中。电脑根据设计坐标，通过软件在屏幕上显示出施工区域与铺排船的相互关系。计算机显示施工船舶动态船位图形，移船人员根据GPS定位软件显示铺排位置，将铺排船移动至铺排起始位置，当电脑显示偏差值和位移值达到允许误差范围内，表示施工船舶已经到达设计位置。位置定好后，用起锚艇拖锚去适当位置抛锚，要控制铺排方向锚的锚位与铺排方向夹角不超过70度，而且锚位不能抛在已铺设好的软体排上。卷排上滚筒。用吊机将排布吊至甲板上，操作工人在吊机协助下将排布展开，将排尾拉环和

7、滚筒上钢缆相系，启动滚筒开关将排布自动卷入滚筒，直到排头布平展在翻板前沿，关滚筒开关。在卷排期间，操作工人站在滚筒边，用人力绷紧排布，使滚筒上排布无皱折，平铺在甲板和翻板上的排布，用人力拉平、拉直，防止排布皱折、收缩。 砂肋充灌。自航式运砂船从取砂地点抽砂运到沉排地点，靠在沉排船边。充灌时用1台22KW冲砂泵从运砂船上抽砂进行充灌。充灌时辅助以人力踩踏砂肋，使砂流畅通。充灌砂肋从一头充灌，严禁双向对冲。要注意砂水比和充填密实的程度，保证沙肋袋充盈率不小于80方能扎紧袋口。 放排与测量控制。排首三米范围内为砂肋加密区，且受波浪力影响较强，其定位至关重要。软体排的铺设考虑铺排移船会将排布往铺排方向

8、带动，因此其排头在水下着地点位置应比设计位置提前15m左右，排首下排时船位也将视海流方向与铺排方向关系、流速、潮位具体而定。考虑的因素较多，因此前期铺排有潜水员配合下确定 。待首次要沉放的砂肋冲灌好后，根据定位软件显示的船体与排体的相对位置关系，调节主工作点、辅工作点与排头线起点、终点位置，使其重合。在沉排过程中，根据定位软件显示的主工作点、辅工作点与排体设计边线的位置关系，实时的调节船体，使偏差值在允许的范围内。上述定位方法的缺点是只能显示滑板上的两个工作点与排体设计位置的关系， 由于滑板两个工作点间的距离始终不变，故此种方法只能显示排体宽度不变的情况，反应不出排体的实际收缩。因此，在沉排过

9、程中，采用背包GPS辅助定位软件进行定位。在沉排时，将排体设计边线的起点与终点的坐标输入手簿中，进行直线定向，这时手簿中就会显示背包GPS所在点与排体设计边线的关系，那么将背包GPS置于排体实际边线，就可以显示排体的收缩量。实际操作是直接用两台背包GPS在滑板的两侧进行直线定向，以实时调节船体，用定位软件进行校核。首次沉排长度根据潮位、流速确定，本工程一般控制为5m左右。软体排首次沉排后，船体位置保持不变，待下一次沉排时，船体同步移动。后续的每次放排就一个砂肋间距(15m)为准，因为这样工人操作可以形成循环作业，使整个过程不间断，船体移动速度也与之相适应。通过用背包GPS的直线定向模式确定工作

10、点与设计排头的距离(背包GPS有显示)和实际沉排长度(因砂肋间距是一定的，由已沉放砂肋数量可知)做比较，控制排体沉放长度与移船距离是否相一致。循环作业，直至排体沉放结束。为确保排尾沉放准确，沉放时，要用绳将丙纶加筋圈穿好，并在铺排船上将绳的尾端固定好。如水深较大时，则要适当增加加筋圈的个数以及尾绳的直径，能确保尾部拉直。放完尾部时，要慢慢拉出尾绳，以免拉动或拉翻排尾。下排时的铺排船船位，通过一段时间的数据收集，掌握一定的参数后可不需要潜水员配合，但水下铺排质量情况仍需潜水员探摸。3.大型充砂袋充填砂施工1）袋装砂施工工艺流程放样设标袋体制作调整袋口、继续充填下一只管袋袋体铺设充填结束充砂灌袋2

11、）袋体制作A袋体制作材料的选择：根据设计要求，本工程充填袋采用高强度防老化土工织物380g/m2针刺复合布，由230g/m2防老化机织土工布+150g/m2无纺布针刺复合，抗拉强度不小于60Kn/m，伸长率小于20%。B袋体制作：充砂袋在加工场用工业缝纫机缝制而成，袋体尺寸以棱体断面不同高度的宽度，加上退挡尺寸缝制，长度一般为20m左右，每个袋体视尺寸大小设置管口直径20cm、长50cm的袋口48个。袋的缝合处和按头处均需缝三道（先缝一道，折叠后再缝两道），保证缝合牢固。C对于加工好的充砂管袋应按现场铺设方便的原则进行折叠，并用大红漆标上袋体的尺寸和袋布克重。D编织布以及管袋在制作、运输、堆放

12、、铺设、充填时，注意保护，避免出现破损和老化等现象，袋体施工后，及时做好袋体保护工作，以免潮水冲淘袋体。3）充砂袋在大规模施工前，应在滩地进行试充，当取得一定经验后，如泥浆浓度、布袋尺寸、屏浆压力、屏浆时间、固结速度和沉降率等，再全面施工。4）测量人员预先按照堤顶前沿线对袋体的位置进行放样设标，经试充成功，在得到监理同意后，由人工将袋体摊铺就位，作好固定和管口的连接，然后开始充填。5）充填过程中及时调整输泥管口的方向，以免被充袋体受力不均而导致移位。若袋体一次充填达不到理想厚度，则采用二次充填，并采用人工扰动以加速土的固结。在袋体逐步充满时，注意对屏浆压力的控制，以免袋体破裂。6）管袋施工时，

13、应注意分层错缝堆叠，排列有序，无空隙，袋体平衡上升。每层袋体厚度控制在4050cm之间，每层袋体在泻水完毕之前，不宜在其上部充填另一只袋体。充砂袋排列7）袋装砂在施工过程中，应经常对袋体进行检查，如发现袋布有损坏处要及时在上面覆盖一张编织布，用针缝合，以防土方流失。8）袋装砂施工时，要掌握好每天的潮位情况，根据施工进度情况，合理安排每天的工作，低潮应抢吹标高较低的袋子，潮水较高时则吹填上上层袋子，以加快施工进度。充砂吹填中9）吹填标高要比设计标高高出0.5m以上,以防止以后沉降，具体工程量以现场实际发生为准。10）对吹填后的平含水量较大的平台进行机械降水后在其上部铺压0.5m厚石子，以保证大型

14、机械进出及后续施工的连续。平台吹填完毕4.注意事项1）吹填施工时，我单位的船舶、排砂管、排水管等施工设备不对航运、公路交通、电力通讯、码头或港口等设施的正常运行造成影响。2）吹填施工时，遵循有关国家和地方环境保护的有关法律和规定。3）吹填施工时，不对吹填区以外的农田、农舍、农田水利设施等造成危害。4）在水上作业的船舶和其他设施应严格遵循国家、地方、行业等有关部门颁发的水上作业、安全、停泊等规范、规程和规定。并主动向河流、航运管理部门和地方政府联系和协调办理必要的手续和证件。5）吹填时，应设置2个或2个以上排泥区，轮流交替吹填。6）吹填平台时，出泥口应适时向前延伸或增加出泥支管，不应相对固定；每

15、次吹填层厚度不宜超0.5m，并应分段间歇施工，分层吹填。7）在施工过程中，采取一切必要的措施，尽可能减少对河势和航运的影响。8）施工标志的设立、维护及清拆按有关规范执行。9）按图示或监理人指示安装必要的观测仪器，同时加强施工期及后续的监测工作，及时将成果整理并提交监理人审查。10）严格遵守有关安全规程，采取一切必要的安全措施保证施工安全，防止事故发生。二、桩基础施工本工程基础采用钻孔灌注桩，针对本工程特点拟采用回旋钻机成孔,回旋钻分正循环和反循环,在本工程中因大部分都是粉质沙土易选用正循环施工，即钻机在钻进的同时泥浆从泥浆池里用泥浆泵抽出通过钻杆打到孔里，再从孔口自然溢出，同时把钻渣带出来的施

16、工过程。1、 施工工艺定位放线、钻机就位、试钻、埋设护筒、钻机再就位、校正钻杆垂直度、钻机对位取土、钻孔和补充泥浆、钻至持力层达到设计深度、安放钢筋笼、下放导管、清孔、灌注水下混凝土、拨出护筒、回填钻孔。2. 放线与高程控制1)使用的全站仪、水准仪、塔尺要经校核合格且在有效期内。2)根据业主提供的控制网引出风机的定位控制线。3)放线完后必须经各级质检人员进行验收。3.技术要求（1）护筒埋设a.护筒用68mm厚钢板制成，比设计直径大100150mm；b.护筒作用是容蓄泥浆，稳定孔内泥浆面，防止孔口坍塌，同时也是作为测量孔深的基准；c.为防止漏浆，护筒放置后四周要用粘土回填夯实以使筒外壁与土壤密贴

17、；d.护筒埋置深度视土层情况而定，一般不小于2m。（2）泥浆a.泥浆作用是固壁、携沙、冷却、润滑，应根据场地地基土特性和其他因素综合考虑，选配泥浆。b.泥浆主要组成为膨润土、水机化合物，掺合物的作用是调整泥浆的比重、粘度、凝胶化倾向、失水量、钙离子含量，防止渗漏；c.泥浆基本配合比视土质情况而定：如土质较好，可采用自然造浆。如土质较差，孔壁不稳定，则采用静态泥浆护壁，可选用下列配合比：膨润土掺加率 812%、增粘剂CMC 0.81.2%、分散剂Na2CO3（纯碱）1.54%、其它（如加重剂、堵漏剂等）为适量（视土层性质而定）；d.施工过程中，泥浆将被污染，根据其污染程度进行处理，污染严重的被舍

18、弃，其余的经再生处理重复使用。（3）成孔a.根据不同的地质情况选用相适应的成孔机具，机械活动范围的地基应能承受住机械的振动和压力；b.钻杆中心、钻头中心、护筒中心三者应在同一铅垂线上，并用测锤或经纬仪在二个方向进行检测，以保证钻进的垂直度；c.钻斗取土必须保证泥浆液面不低于护筒顶30cm；d.钻孔过程中应随时检查钻斗、钻头的直径并应及时进行修复，以保证钻孔的设计直径；钻孔结束后应检测垂直度、孔径、孔深。（4）清孔成孔结束后检查验收后下放导管,利用导管,加上空压机输送压缩空气来进行反循环清孔.（5）钢筋笼a.钢筋笼在钢筋笼加工平台上制作，加工平台应平整；b.较长的钢筋笼应分节制作，分段起吊，孔口

19、对接，整体下放入孔；c.钢筋笼可采用三点或两点起吊，以防钢筋笼变形，必须缓慢入孔，不得高起高落、冲击，如发现有卡位现象，应查明原因，采取措施，消除障碍后，再作下一步工作。（6）混凝土灌注a.钻孔应经过质量检验认为合格后,方可开始灌注工作；b.混凝土配合比应重力自密式流态混凝土设计，填加细骨料含量，水泥不小于360Kg/m3；c.水灰比应小于0.4，坍落度18-22cm。4.施工要求（1）桩身混凝土强度等级为高性能C45F250，钢筋采用HPB235级钢筋，HRB335级钢筋。（2）纵向主筋沿桩身周边均匀布置，尽量采用通长钢筋，如需接头采用焊接，且同一截面内接头不得多于钢筋总数的50%，0-7.

20、5m之间沙层液化严重，此段箍筋采取加密措施。（3）所有箍筋均为螺旋式，钢筋笼长度方向每隔2.0m在主筋内侧增设一道焊接加劲箍筋，直径14mm,加劲箍筋与主筋焊牢，螺旋箍筋与主筋点焊。（4）钢筋笼搬运时应采取适当措施，防止扭转弯曲，安放钢筋时，要对准孔位,吊直扶稳缓缓下沉避免碰撞孔壁，当钢筋笼下放到设计位置后应立即固定，应采取措施保证保护层的厚度及笼底标高在允许误差范围内。（5）混凝土原材料应符合海港工程混凝土防腐蚀技术规定TJ275-2000，并符合图纸中设计图纸BJ238FDS-K2-8-12第五项中混凝土要求。（6）骨料采用连续级配：粗骨料可用卵石或碎石，其粒径小于40mm,细骨料选用干净

21、的中粗砂，含砂率宜为40%-45%。（7）混凝土坍落度的控制：有钢筋笼的坍落度18-22cm。（8）混凝土灌注：检查成孔后应尽快灌注混凝土，混凝土定的充盈系数（实际灌注混凝土体积与按设计桩身直径计算体积之比）不小于1.0且不大于1.1。（9） 桩身成孔达设计深度，浇灌混凝土前，孔底沉渣厚度应小于100mm。（10）成桩工艺严格执行建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）及有关规程规范的规定。（11）保证桩体垂直不顷斜、桩体标高准确应按如下施工技术进行：a.挖孔前首先将桩位中心点拉十字线，埋设控制点，可便于挖桩时随时检查、校核桩中心位置及桩位垂直度。b.在施工过程中，要求每钻进1m，应检测一次桩

22、身垂直度，发现偏差，随时纠正，严格按设计要求控制，保证其成孔后的孔斜不大于桩长的1。c.施工中应严格控制桩孔孔口标高，场区内水准控制点不少于3个且需经常进行校核。在灌注混凝土时，严格控制灌注深度，注意随时测量灌注标高，以利于控制成桩标高。d.为准确控制成孔深度，施工过程中应随时检测孔深，保证桩孔深度按设计要求完成。6. 施工质量要求及保证措施 1）质量要求 a.施工质量标准遵照国家地基与基础工程施工及验收规范。b.桩位经复核后允许偏差小于1/6桩径，桩径不小于设计要求，孔深符合设计要求，垂直度允许偏差小于1%，沉渣允许厚度小于100mm（端承桩）。c. 钢筋笼可采用三点或两点起吊，空中翻身，入

23、孔后要妥善固定。d.根据不同土质，地下水位及钻机选定泥浆技术指标，施工中定时抽检在用泥浆的技术指标，并对劣化泥浆及时改造或废弃。e.往导管内供应混凝土时间间隔不超过半小时，导管全长应密封，埋管深度26m。f.特别强调，成桩合格率必须保证100%，一旦发现不合格，所产生的损失及发生的其他费用均有施工方自己承担。2）施工质量保证措施施工准备过程中的质量保证措施施工准备质量关系到工程施工的经济合理性和工程质量的稳定性，它直接影响工程的最终整体质量。施工准备过程中的质量保证措施主要包括以下内容：a.提前做好施工组织设计和施工方案的优化。b.严格审查图纸。c.搞好技术交底及技术培训工作。在施工前对施工人

24、员进行全面的质量交底，使其了解施工任务的质量特性，做到心中有数，避免盲目行动，培养施工人员的质量意识，确立质量第一的概念，并加强业务技术培训工作。d.搞好各项协作任务的质量保证，对协作单位进行技术指导及业务监督。e.搞好材料的质量控制，严格按标准订货、采购，材料进场、进库时严格验收，按规定条件和要求进行堆放、保管和集中加工，按进度计划及时配套供应。f.搞好机械设备的检修工作，使机械设备经常保持良好的状态，并合理使用机械设备。施工过程中的质量保证措施管理措施a.工程技术人员要直接对该项目的工程质量进行监督与控制，直接掌握工程质量动态指导全面质量管理工作，严格岗位责任制，对各工序、工种进行检查监督

25、管理，行使质量否决权。b.对主要工序设置管理点，严格按工序质量控制体系和工序控制点要求进行运转控制。c.实行三级质量验收制度。技术措施a.桩基轴线及桩位放线，定位后要进行复测，定位精度误差不超过5mm。b.施工的过程中，每挖进1m检查一次桩身垂直度、圆度及安全情况，以保证成孔后孔斜不大于桩长的1，灌注混凝土充盈系数不大于1.1，且不小于1。c.通过测绳测量的方法来检查成孔深度，以确保按设计要求成孔。d.钢筋笼的加工严格按照设计图纸尺寸进行加工，有关尺寸偏差应满足有关规范的要求，并报监理随时抽检，下笼时确保钢筋笼的中心与孔中心一致，并采用保护筋来保证主筋保护层的厚度。e.混凝土用量、配合比，必须

26、挂牌。 f.确保灌注用混凝土的和易性及坍落度满足设计要求，灌注时应连续无中断，随时检测灌注混凝土面高度，并制作混凝土试块，以检验混凝土强度。7.桩基检测要求a.桩养护期满后，应对桩身质量及承载力进行检测。7.2工程桩检测方法：采用低应变检测桩身缺陷以及位置，并评定桩身完整性类别；采用高应变检测单桩竖向承载力，并辅助检测桩身完整性类别；采用单桩竖向抗压承载力静载试验进行单桩竖向承载力试桩；采用单桩水平静载试验进行单桩水平静载力试桩。7.3工程桩检测数量：每根桩均须低应变检测。每种桩长单桩竖向抗压承载力静载试验不少于其基桩总数的1，且每种桩长不少于3根（以中心桩为试桩，加载量满足设计要求即可）。每

27、种桩长单桩水平静载力试验不少于其基桩总数的1，且每种桩长不少于3根（以中心桩为试桩，加载量满足设计要求即可）。如出现异常情况，须适当增加检测数量，并及时通知设计人员。7.4需要做高应变测试的桩由检测单位先确定其数量和位置，桩帽尺寸及做法由检测单位确定，但必须同桩体一次施工，试验后凿除。7.5检测应由业主方确定有资质的检测单位进行，检测报告需经设计人员认可，基础开挖及成桩后，经业主、监理、设计、勘察、施工等部门共同验槽、验桩后方可进行上部基础施工。7.6其他未表示事项及要求应严格按照建筑桩基检测技术规范（JGJ106-2003）和相关规程规范执行。8.夜间施工措施 在施工过程中，由于施工工期较短

28、，因此部分施工需要安排在夜间进行。施工现场必须采取相应的措施保证夜间施工的安全和质量：8.1施工场地应当平整，无施工材料、施工余料、施工垃圾堆放，无积水。施工场地照明要充足。8.2运输车辆场内行驶要慢行，车速要控制在15km/h以内，车前灯要开启。8.3施工场地及工具房区根据施工现场总平面布置统一安装镝灯。镝灯布置要合理，安装高度及投光角度要符合要求。镝灯由电仪工程处的合格电工统一管理与维修，灯具损坏要及时维修与更换灯具。此外，为夜间施工人员配备手灯或应急照明灯，以备在突然停电无照明的情况下安全撤离现场。8.4钢筋笼吊装时要保证照明充足，周围镝灯的安装高度及角度要合理。吊车操作人员应能可靠接收到指挥人员的指挥信号。8.5施工现场临时安装的照明灯具要符合安全规定：现场220V临时照明线路应相对固定，并经常检查、维修。照明灯具的悬挂高度不应低于2.5m，并不得任意挪动，低于2.5m时应设保护罩。8.6场地照明使用镝灯。9.钻孔事故的预防及处理措施.坍孔1、 坍孔原因： 泥浆比重不够及其它泥浆性能不符合要求，使孔壁未形成坚实泥皮； 由于掏渣后未及时补水或泥浆，使孔内出现承压水，或钻孔通过砂砾等强透水层，孔内水流失等而造成孔内