段佩怡 張?jiān)?/p>

(1.東南粵水電投資有限公司，海南 海口 570203；2.廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511304；3.徐聞縣粵水電能源有限公司，廣東 湛江 524000)

1 工程概況

遂溪縣官田水庫光伏發(fā)電項(xiàng)目位于廣東省湛江市遂溪縣官田鄉(xiāng)，地理位置為東經(jīng)110°10′12″，北緯21°11′25″。裝機(jī)容量50MW，由光伏區(qū)、升壓站、生產(chǎn)樓等組成，光伏區(qū)為水庫消落區(qū)，占地面積552畝(見圖1)。工程光伏板支架采用管樁作為基礎(chǔ)和承載柱，采用單根半埋基礎(chǔ)、半露柱結(jié)構(gòu)，埋深2.5～3.5m，柱高3～6m(見圖2)，單根管樁抗拔力為3kN。

圖1 遂溪縣官田水庫50MW光伏發(fā)電項(xiàng)目光伏區(qū)布置

圖2 光伏板支架

2 課題選擇

2.1 明確需求

工程管樁總數(shù)為13000根，考慮到光伏板受到風(fēng)等荷載作用，管樁會(huì)承受到光伏板傳遞下來的上拔荷載，因此，需對(duì)光伏管樁進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106—2014)，單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)的檢測(cè)數(shù)量應(yīng)不少于總樁數(shù)的1%，管樁試驗(yàn)數(shù)量為200根，要求在汛期前水庫水位較低時(shí)完成施工，為了節(jié)省工期，研發(fā)一種輕型的光伏管樁抗拔試驗(yàn)方法及工裝，非常必要。

2.2 對(duì)比分析

現(xiàn)有抗拔技術(shù)采用反力梁或其他結(jié)構(gòu)，針對(duì)大噸位、大直徑地下工程樁地面試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置笨重，管樁抗拔力在20kN左右，而對(duì)于半埋半露的光伏支架，基礎(chǔ)管樁的抗拔力在3kN左右，抗拔力級(jí)別相差較大，大型試驗(yàn)設(shè)備由于裝置笨重，需要機(jī)械輔助，試驗(yàn)方法復(fù)雜，導(dǎo)致單根管樁抗拔試驗(yàn)的耗時(shí)長，對(duì)工期不利?，F(xiàn)有的抗拔試驗(yàn)工裝情況見表1。

表1 現(xiàn)有抗拔試驗(yàn)方法及使用工裝情況

2.3 查詢借鑒

借鑒行業(yè)內(nèi)半埋半露光伏支架基礎(chǔ)管樁的試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)方法，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)查詢，有一項(xiàng)發(fā)明專利“一種漁光互補(bǔ)光伏發(fā)電超高樁基的檢測(cè)用工裝及檢測(cè)方法”對(duì)光伏管樁抗拔力檢測(cè)的借鑒意義較大(見表2)。

表2 方案借鑒情況

3 設(shè)定目標(biāo)及目標(biāo)可行性論證

3.1 設(shè)定目標(biāo)

通過對(duì)比分析，確定目標(biāo)為研制一種輕型的光伏管樁抗拔試驗(yàn)方法及工裝，光伏管樁抗拔試驗(yàn)工裝總重量與現(xiàn)有抗拔試驗(yàn)裝置重量相比減少75%，單根管樁抗拔試驗(yàn)耗時(shí)減少60%。

3.2 目標(biāo)可行性論證

根據(jù)借鑒查詢內(nèi)容，抗拔裝置由1個(gè)抱箍、2個(gè)液壓千斤頂、一塊反力梁以及2個(gè)墊塊組成，其重量集中在反力梁和墊塊，經(jīng)計(jì)算，該套抗拔設(shè)備重量為250kg，其中反力梁的重量為180kg，占總重量的72%，本次活動(dòng)擬通過減少反力梁的設(shè)置達(dá)到減少總重量75%的目標(biāo)，在重量減少之后，操作更加方便，工時(shí)也會(huì)相應(yīng)減少。

此外，研發(fā)人員包括1名教授級(jí)高級(jí)工程師、2名高級(jí)工程師，本課題資金支持來源為科研費(fèi)用，具備完成這項(xiàng)課題的人力和資金支持。

4 提出方案并確定最佳方案

4.1 提出總體方案

通過調(diào)研、學(xué)習(xí)、借鑒管樁抗拔試驗(yàn)原理，從內(nèi)而外剖析了借鑒方案，分析該方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并在該方案的基礎(chǔ)上提出創(chuàng)新點(diǎn)，最終提出了抗拔試驗(yàn)方法及工裝方案：直頂式輕型光伏管樁抗拔試驗(yàn)方法及工裝，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為采用直頂式的傳力方式，取消反力梁，可大大地減少了試驗(yàn)工裝的重量。方案對(duì)比見表3。

表3 方案對(duì)比分析

通過對(duì)比分析，方案三具有一定的合理性與創(chuàng)新性，確定總體方案為“直頂式輕型光伏管樁抗拔試驗(yàn)方法及工裝”，質(zhì)量輕，人工可搬動(dòng)，安拆靈活，可周轉(zhuǎn)使用。

4.2 確定分級(jí)方案

根據(jù)確定的方案，歸納總結(jié)，對(duì)光伏管樁抗拔試驗(yàn)方法及工裝的研發(fā)進(jìn)行進(jìn)一步分解(見圖3)，其中抱箍的穩(wěn)定性是保證試驗(yàn)工裝輕型化的重要方面。

圖3 方案系統(tǒng)分解

4.2.1 抱箍設(shè)計(jì)

抱箍為千斤頂和管樁之間的傳力裝置，使用要求是需要與管樁固定牢固，使得千斤頂作用時(shí)抱箍不會(huì)與管樁發(fā)生相對(duì)位移，影響試驗(yàn)結(jié)果?？梢圆捎脝伪Ч亢碗p抱箍兩種形式，通過對(duì)兩種設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比(見表4)，最終選定雙抱箍組作為抱箍設(shè)計(jì)方案。

表4 抱箍設(shè)計(jì)及制作

4.2.2 支座設(shè)計(jì)

通常采用的支座為借鑒方案中的墊塊，制作簡單，但通常需要定制，且不能重復(fù)使用，為減輕支座重量，將支座設(shè)計(jì)成框架型式，減少材料用量，同時(shí)為了適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)的特殊要求，賦予支座高度可調(diào)節(jié)的功能。實(shí)心墊塊和框架支座的對(duì)比分析見表5。

表5 支座設(shè)計(jì)及制作

4.2.3 千斤頂選型

千斤頂及加壓泵根據(jù)抗拔力選取，千斤頂行程大于10cm，柱塞直徑大于30mm，承載能力大于5t；加壓泵采用手動(dòng)加壓，最大壓力大于100MPa。

4.2.4 觀測(cè)定位線工裝設(shè)計(jì)

觀測(cè)定位線用于管樁位移觀測(cè)，觀測(cè)管樁在受到上拔力時(shí)是否發(fā)生了位移，本著簡便、準(zhǔn)確原則，定位線由兩個(gè)帶釬刺的細(xì)鋼棒和魚線組成，鋼釬刺插入管樁兩側(cè)的土巖層中，魚線將鋼釬刺水平連接，魚線在管樁緊鄰但不密貼。

5 制定對(duì)策

根據(jù)總體方案以及制定的分級(jí)方案，制定對(duì)策(見表6)。

表6 對(duì) 策

6 對(duì)策實(shí)施

6.1 實(shí)施對(duì)策一

根據(jù)總體方案和分級(jí)方案及抗拔試驗(yàn)要求、分級(jí)方案要求，通過優(yōu)化試驗(yàn)方法減少反力梁的設(shè)置，采用框架支架的型式降低支承墩的重量，并根據(jù)本工程的管樁直徑等情況進(jìn)行抗拔工裝的設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì)結(jié)果見表7、圖4～圖6，整套試驗(yàn)工裝所需的工具見表8)。

圖4 抱箍組BIM設(shè)計(jì)

圖5 板凳式可調(diào)支座BIM設(shè)計(jì)

圖6 抗拔工裝整體方案BIM設(shè)計(jì)

表7 抗拔試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)結(jié)果

表8 抗拔工裝配套設(shè)備、工具

6.2 實(shí)施對(duì)策二

委托有豐富制作經(jīng)驗(yàn)的廠家，按照提供的制作圖紙進(jìn)行抱箍和支座的加工制作。

6.3 實(shí)施對(duì)策三

實(shí)施抗拔試驗(yàn)的地點(diǎn)為遂溪官田50MW光伏電站光伏發(fā)電場(chǎng)區(qū)，試驗(yàn)時(shí)間為管樁施工完成后，試驗(yàn)步驟見流程見圖7。

圖7 光伏管樁抗拔試驗(yàn)流程

6.3.1 管樁引鉆孔植樁及試驗(yàn)樁選擇

半土半巖地層中進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁打設(shè)，需要先在土層中引孔，在下部巖層中鉆孔，巖層中孔徑略大于樁徑，孔深低于設(shè)計(jì)高程5cm以內(nèi)，成孔后用植壓樁基將管樁種植于孔內(nèi)，利用振動(dòng)壓樁時(shí)帶入孔中的孔口填充料或孔壁下落至孔底的積渣形成漿渣充填孔間隙，管樁樁身與孔壁接觸充填情況決定了抗拔力大小，試驗(yàn)樁選擇經(jīng)目測(cè)填充少或不密實(shí)的管樁，而不選擇孔口冒漿的管樁(見圖8、圖9)。

圖8 不密實(shí)孔口

圖9 密實(shí)孔口

6.3.2 安裝抗拔試驗(yàn)工裝

a.支座安設(shè)。采用鐵鏟、鋤頭、羊角鋤將管樁支座位置整平，整平支座面時(shí)，注意避免將渣土掉入樁壁空隙中；兩個(gè)支座支撐面可以不在同一高程，由板凳可調(diào)高程及千斤頂行程進(jìn)行調(diào)節(jié)；如遇地面承載力不足或巖石塊時(shí)，可以采用木條支墊(見圖10)。

圖10 支座安設(shè)

b.千斤頂加壓泵安設(shè)及連接。千斤頂支立在可動(dòng)支座鋼板上，對(duì)側(cè)設(shè)立，上端與抱箍懸臂對(duì)應(yīng)鋼板傳力件接觸。加壓泵在樁周邊平整地面擇地安設(shè)，加壓泵下部支墊木條或木板調(diào)平，加壓前檢查油泵油量；千斤頂與加壓泵采用一分二的高壓油管連接，連接時(shí)注意加力，防止接口漏油。

c.抱箍組安設(shè)。上下抱箍分半串接。將上下對(duì)應(yīng)半抱箍用直螺栓連接件連接(見圖11)。

圖11 上下抱箍分半串接

抱箍位置確定。根據(jù)千斤頂放置在支座上的高度，確定下抱箍在樁身上的位置(地面高+實(shí)際支凳高+千斤頂凈高)，將抱箍兩側(cè)懸臂位置對(duì)準(zhǔn)千斤頂位置，在連接口依次穿入連接螺栓和螺栓+傳力鋼板體，用活動(dòng)扳手?jǐn)Q緊，抱箍與管樁樁身采用軟膠墊分隔保護(hù)(見圖12)。

抱箍連接。下抱箍固定后，可同步安裝上抱箍結(jié)構(gòu)，用對(duì)側(cè)螺栓將上抱箍的兩半固定連接在管樁樁身的適當(dāng)位置上，對(duì)側(cè)螺桿上穿入傳力鋼板，抱箍與管樁樁身采用軟膠墊分隔保護(hù)(見圖12)。

圖12 抱箍安裝示意圖

d.定位線安設(shè)及對(duì)照刻度線設(shè)置。以上步驟實(shí)施完畢后，將鋼釬刺插入管樁兩側(cè)的土巖層中，由魚線將鋼釬刺水平連接，魚線與管樁緊鄰但不密貼，水平魚線作為標(biāo)線對(duì)應(yīng)管樁樁身處畫設(shè)的試驗(yàn)參照紅線(見圖13)。

圖13 抗拔試驗(yàn)工裝安裝完成圖

6.3.3 加壓觀測(cè)

選定試驗(yàn)管樁長度7.5m，設(shè)計(jì)抗拔力3kN，根據(jù)抗拔力進(jìn)行加壓上下限設(shè)置，壓力表以MPa為單位，抗拔力以kgf為單位，千斤頂油缸直徑以cm為單位，承載力以N為單位，需要統(tǒng)一單位并進(jìn)行計(jì)算。人工逐步打壓至5MPa，打壓過程中觀察抱箍是否上移，油路結(jié)構(gòu)是否漏油，懸臂是否明顯變形，如有則采取措施；打壓至設(shè)計(jì)壓力前管樁對(duì)應(yīng)參照線是否上移，上移即意味本管樁抗拔力不合格(見圖14)。

圖14 參照線觀測(cè)

試驗(yàn)結(jié)束立即停止計(jì)時(shí)，記錄從安裝到調(diào)試的試驗(yàn)總耗時(shí)為1h，試驗(yàn)裝置滿足要求，可以投入使用。

7 效果檢查

將研制的工裝用于遂溪光伏項(xiàng)目的管樁抗拔試驗(yàn)檢測(cè)，并將應(yīng)用結(jié)果與徐聞鯉魚潭水庫光伏電站的管樁抗拔試驗(yàn)方法進(jìn)行了對(duì)比(見表9)，本次活動(dòng)在進(jìn)行200根管樁抗拔試驗(yàn)中不需要機(jī)械輔助，人工獨(dú)自完成，抗拔試驗(yàn)裝置重量從250kg減少到60kg，減少了76%，單根管樁抗拔試驗(yàn)耗時(shí)從3h減少到1h，減少了67%，由于重量減少，單根管樁抗拔試驗(yàn)所需人數(shù)從4人減少到2人，綜上，本次QC活動(dòng)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

表9 抗拔試驗(yàn)方法及工裝應(yīng)用成果對(duì)比

8 標(biāo)準(zhǔn)化

2021年3月，對(duì)設(shè)計(jì)的支座、抱箍組的相關(guān)參數(shù)以及設(shè)計(jì)圖進(jìn)行存檔，編寫了《光伏管樁抗拔試驗(yàn)工裝及方法手冊(cè)》，對(duì)試驗(yàn)方法以及應(yīng)用條件及注意事項(xiàng)作了特別的說明，為這套抗拔試驗(yàn)裝置的使用制定了標(biāo)準(zhǔn)。并將成果總結(jié)，完成了2項(xiàng)專利的申報(bào)(見表10)。

表10 本次成果專利申請(qǐng)明細(xì)

9 結(jié) 語

本次QC小組活動(dòng)嚴(yán)格遵守PDCA程序，先后經(jīng)過5次大的循環(huán)、10次小的循環(huán)，連續(xù)不斷開展了四個(gè)階段即計(jì)劃(Plan)、實(shí)施(Do)、檢查(Check)和處理(Action)的工作，分析問題時(shí)做到了一環(huán)緊扣一環(huán)具有邏輯性，QC活動(dòng)能恰當(dāng)準(zhǔn)確地應(yīng)用圖表來歸納問題、發(fā)現(xiàn)問題和分析問題，并深入施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查取證，以客觀事實(shí)為依據(jù)，以數(shù)據(jù)做支撐，采用科學(xué)的方法來解決問題。