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        塔式光熱電站大規(guī)模定日鏡立柱快速施工技術(shù)

        2021-10-22 09:35:40馮子恒孟維凱張鋒凌張鳳舉鄒麗文陳維虎
        施工技術(shù)(中英文) 2021年16期
        關(guān)鍵詞:混凝土施工

        馮子恒,孟維凱,張鋒凌,劉 波,張鳳舉,鄒麗文,陳維虎

        (中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430060)

        0 引言

        塔式光熱發(fā)電為清潔能源新技術(shù),是一種集中式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),采用數(shù)量龐大、可獨(dú)立追蹤太陽的定日鏡,將陽光反射至吸熱塔頂部的吸熱器上,通過加熱吸熱器中的熱工介質(zhì)實(shí)現(xiàn)光能向熱能的轉(zhuǎn)化。鏡場(chǎng)定日鏡施工是塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)施工的重點(diǎn),其施工質(zhì)量直接影響投運(yùn)過程中定日鏡的運(yùn)行效率,進(jìn)而影響整個(gè)塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)電效率。

        100MW塔式光熱電站鏡場(chǎng)占地面積廣,一般包含數(shù)萬臺(tái)定日鏡。定日鏡由立柱支撐,點(diǎn)多面廣,立柱垂直度與方位角要求非常精確,施工精度要求高、工期緊。保證定日鏡反射率及反射精度的前提下,提高大規(guī)模立柱的施工速度和施工質(zhì)量,是目前光熱產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展面臨的問題之一。本文依托海外某950MW光熱光伏混合電站,研究沙漠腹地大規(guī)模定日鏡立柱快速施工技術(shù),不僅可縮短光熱電站施工工期,保證施工質(zhì)量,且對(duì)于光熱新型能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要借鑒意義。

        1 工程概況

        海外某950MW光熱光伏混合電站項(xiàng)目塔式鏡場(chǎng)定日鏡由立柱微型樁基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)組成。立柱基礎(chǔ)是整個(gè)定日鏡的結(jié)構(gòu)支撐,針對(duì)鏡場(chǎng)不同地質(zhì)條件,分為長(zhǎng)立柱基礎(chǔ)和短立柱基礎(chǔ)。長(zhǎng)立柱長(zhǎng)6 365mm,短立柱長(zhǎng)5 165mm,分別埋深4 000, 2 800mm;設(shè)計(jì)樁孔直徑為350mm,采用C30自密實(shí)混凝土灌實(shí),布置間距一般為6~8m,立柱為DN193.68鍍鋅鋼管。施工過程中須保證立柱位置及方位角的精確性,以保證后續(xù)定日鏡的安裝順利。

        2 施工工藝

        2.1 立柱安裝精度要求

        立柱相對(duì)于坐標(biāo)點(diǎn)偏心距≤40mm;垂直度誤差≤1°; 立柱標(biāo)高誤差≤50mm;方位角誤差<3°。

        2.2 點(diǎn)位確定

        采用GPS測(cè)量?jī)x進(jìn)行立柱測(cè)量定位。鉆孔前先將自制定位十字架中心靠在定位鋼筋上確定立柱中心,然后拔出定位鋼筋,將鉆機(jī)鉆頭靠在十字架中心進(jìn)行成孔。

        2.3 鹽水護(hù)壁鉆孔

        在土質(zhì)松散的沙漠中,采用長(zhǎng)螺旋鹽水護(hù)壁濕成孔工藝,鉆孔直徑為350mm,立柱直徑為190mm;根據(jù)地質(zhì)情況,鉆孔深度為2.98,4.18m,較立柱底標(biāo)高低180mm。為每臺(tái)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)配置水箱,并在水箱中注入鹽水,鉆孔過程中向鉆頭內(nèi)持續(xù)注水確保成孔孔壁濕潤(rùn),利用鹽水蒸發(fā)形成結(jié)晶鹽的固結(jié)效果,避免塌孔,實(shí)施效果好。

        2.98m孔深注水量為松散沙土約450L,戈壁灘土質(zhì)約250L。鉆孔前應(yīng)檢查鉆頭垂直度,確保成孔豎直,成孔后應(yīng)及時(shí)測(cè)量孔徑孔深,確保滿足施工質(zhì)量要求。緩慢下鉆,不間斷注水,鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,緩慢提升鉆頭,取出清理余土,清理前應(yīng)用蓋板提前覆蓋孔口,避免余土落入。采用此方法成孔時(shí)間3~5min。

        2.4 立柱安裝

        2.4.1定位吊裝入孔

        吊裝前在立柱頂端安裝差分GPS設(shè)備(見圖1)。該差分GPS設(shè)備由2個(gè)GPS、1個(gè)電子水平尺、通信傳輸系統(tǒng)及1套電源組成,將立柱編號(hào)、x,y,z坐標(biāo)、垂直度、方位角、施工狀態(tài)等信息實(shí)時(shí)傳送至鏡場(chǎng)施工管理系統(tǒng)Beams,在手持端(多采用平板電腦)上安裝鏡場(chǎng)施工管理系統(tǒng)軟件,可同步顯示立柱施工信息,方便安裝時(shí)定位調(diào)整。

        圖1 差分GPS設(shè)備

        將立柱提前轉(zhuǎn)運(yùn)至施工點(diǎn)位,采用改裝叉車吊裝,人工輔助放入孔中,利用BEAMS觀測(cè)立柱頂標(biāo)高和坐標(biāo),調(diào)整坐標(biāo)和標(biāo)高至設(shè)計(jì)值。

        2.4.2立柱固定與精調(diào)

        為便于立柱固定、方位角調(diào)節(jié)和垂直度調(diào)整,自制三腳架裝置,如圖2所示。該裝置可重復(fù)利用,有效保證施工精度,大大提高精度調(diào)節(jié)施工效率。

        圖2 三腳架裝置

        1)坐標(biāo)及標(biāo)高調(diào)整 立柱入孔前,在地面固定3根垂直度調(diào)節(jié)螺桿,立柱入孔調(diào)節(jié)其坐標(biāo)和標(biāo)高至設(shè)計(jì)值后,用方位角調(diào)節(jié)夾具夾緊立柱。

        2)方位角調(diào)整 根據(jù)Beams實(shí)時(shí)顯示的方位角數(shù)據(jù),利用方位角調(diào)節(jié)夾具調(diào)整立柱方位角,當(dāng)方位角滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),立柱指北孔為正北方向。

        3)垂直度調(diào)整 通過調(diào)節(jié)每根固定垂直度調(diào)節(jié)螺桿的底部螺母來調(diào)節(jié)定日鏡立柱垂直度,水平尺輔助,直至達(dá)到要求。

        混凝土澆筑前利用Beams對(duì)立柱標(biāo)高、坐標(biāo)、方位角進(jìn)行復(fù)測(cè)。若復(fù)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)偏差過大,則須按照上述過程重新進(jìn)行立柱調(diào)整。

        2.5 混凝土澆筑

        立柱間距小,密度大,大型混凝土運(yùn)輸罐車無法在場(chǎng)內(nèi)靈活高效行駛,且重型機(jī)械會(huì)破壞場(chǎng)平面、固沙完成面,針對(duì)以上原因及立柱基礎(chǔ)鉆孔分散、混凝土用量小的特點(diǎn),在傳統(tǒng)叉車壁中自制混凝土承槽,原叉車盡量選用小型鏟車。

        由于立柱與樁孔間距僅78mm,為方便混凝土準(zhǔn)確導(dǎo)流入孔,避免單一方向直接澆筑沖偏立柱,自制Y形混凝土導(dǎo)流、澆筑小推車(見圖3),確保立柱兩側(cè)同時(shí)受力,且減少混凝土浪費(fèi),經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

        圖3 自制Y形混凝土導(dǎo)流、澆筑小推車

        采用自密實(shí)混凝土,混凝土頂標(biāo)高距地面0.5m?;炷凉捃嚸看窝b載混凝土8m3,可澆筑32根立柱,罐車至現(xiàn)場(chǎng)后,配置多臺(tái)改造后的混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)叉車和小推車同時(shí)澆筑,每根立柱澆筑時(shí)間僅為3min,極大地提高了作業(yè)效率。

        為防止成孔破壞坍塌,成孔后24h內(nèi)應(yīng)完成混凝土的澆筑。

        2.6 基礎(chǔ)土方回填

        混凝土澆筑24h后,拆除三腳架進(jìn)行循環(huán)使用,同時(shí)在混凝土上表面與地面間50cm范圍內(nèi)回填原沙,回填完成后單根立柱施工完成(見圖4)。

        圖4 施工完成的立柱

        2.7 施工記錄

        在立柱安裝完成后,利用鏡場(chǎng)Beams將每根立柱的施工信息(坐標(biāo)、方位角、標(biāo)高)生成二維碼,并粘貼至立柱上,如圖5所示,實(shí)現(xiàn)施工過程可視化。

        圖5 立柱二維碼

        3 施工要點(diǎn)

        1)在原始沙漠中進(jìn)行立柱樁施工前,須進(jìn)行場(chǎng)平固沙施工,創(chuàng)造施工條件,立柱樁施工時(shí)宜選取小型機(jī)動(dòng)靈活機(jī)械,防止大型設(shè)備破壞固沙面層,同時(shí)可提高施工效率。

        2)地面立柱中心點(diǎn)坐標(biāo)確定后,需使用十字對(duì)中盤代替原位置的標(biāo)記物,確保鉆桿中心軸與地面坐標(biāo)點(diǎn)精確重合。

        3)鉆孔過程中,需根據(jù)地質(zhì)情況控制出水量,土質(zhì)較硬時(shí)可適當(dāng)減小出水量,當(dāng)沙層以下為沙質(zhì)土及粉質(zhì)土?xí)r,需適當(dāng)增加鉆頭出水量,但不可過大,否則易造成塌孔。

        4)立柱吊裝改造機(jī)械須與三腳架配合使用,立柱吊入鉆孔后,調(diào)整標(biāo)高和偏心距至設(shè)計(jì)值,將三腳架的方位角調(diào)整裝置與立柱鎖死,松開立柱,利用三腳架調(diào)節(jié)立柱方位角和垂直度。

        5)澆筑混凝土前,使用GPS對(duì)立柱中心點(diǎn)坐標(biāo)、高程、方位角及垂直度進(jìn)行復(fù)核,確保立柱安裝精度符合要求。

        6)立柱坐標(biāo)、高程、方位角及垂直度復(fù)核無誤后,向樁孔中注入混凝土,灌注前應(yīng)保證混凝土的配合比和整體質(zhì)量滿足要求,同時(shí)保證混凝土灌注時(shí)間盡可能短,避免時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致塌孔。保證混凝土灌注的連續(xù)性,不能出現(xiàn)分層。

        4 結(jié)語

        大規(guī)模定日鏡立柱快速施工技術(shù)在海外某950MW光熱光伏混合電站項(xiàng)目中實(shí)施效果好;單根立柱施工平均操作時(shí)長(zhǎng)為11~15min,單日能完成300根立柱樁施工;過程中進(jìn)行了多項(xiàng)發(fā)明和創(chuàng)新,不僅成本較低,且節(jié)材環(huán)保。

        1)針對(duì)光熱新能源產(chǎn)業(yè)塔式鏡場(chǎng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn),需進(jìn)行多項(xiàng)定制化機(jī)具設(shè)備改造和工具發(fā)明,如改裝定日鏡立柱轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝機(jī)械、混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)、澆筑設(shè)備及工具,以此可靈活、機(jī)動(dòng)地在復(fù)雜的沙漠和戈壁鏡場(chǎng)內(nèi)快速完成立柱基礎(chǔ)施工。改造的設(shè)備工具也可用于同類基礎(chǔ)或工程量分散、點(diǎn)多面廣工程。

        2)針對(duì)沙漠松散沙土地質(zhì),采用長(zhǎng)螺旋濕成孔與鹽水護(hù)壁技術(shù),且根據(jù)不同地質(zhì)控制鉆頭出水量,能有效解決不良地質(zhì)條件下的塌孔問題,保證成孔率和成孔質(zhì)量,施工速度快,成本低。

        3)固定立柱時(shí),立柱吊裝機(jī)械配合三腳架使用,按標(biāo)高、偏心距、方位角、垂直度的調(diào)整順序,優(yōu)化立柱安裝的精度控制步驟,在保證精度的情況下,快速且高效。該立柱三腳架也可用于其他類似的微型樁施工和精度調(diào)節(jié)工程。

        4)使用鏡場(chǎng)施工管理系統(tǒng)Beams與差分GPS信息化管理技術(shù),能快速了解立柱安裝參數(shù)信息,極大提高安裝作業(yè)效率。立柱安裝完成后,還可利用該系統(tǒng)生成實(shí)體信息卡,實(shí)現(xiàn)施工過程可視化。此信息管理技術(shù)可用于規(guī)模大、構(gòu)件多、精度要求高和管理難度大的工程。

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