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        光伏電站組件支架沙地混凝土灌注樁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究與應(yīng)用

        2022-08-02 08:43:02楊衛(wèi)
        關(guān)鍵詞:支架混凝土施工

        楊衛(wèi)

        中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西 咸陽 712000

        隨著光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,特別是青海、甘肅、新疆、西藏等日照資源豐富的西北地區(qū),光伏電站的發(fā)展已經(jīng)形成了相當(dāng)成熟的產(chǎn)業(yè)鏈條。如青海省近幾年已建成及未來幾年計(jì)劃新建的光伏電站年發(fā)電規(guī)??偭勘3衷?000MWp以上。如何適應(yīng)光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,如何高效率、高質(zhì)量的完成光伏電站土建施工部分,這就需要我們不斷的摸索、創(chuàng)新,尋求新技術(shù)、研究新工藝、制定新流程、配備新裝備、應(yīng)用新材料,以滿足光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。為此,我們依托國電投格爾木光伏電站Ⅳ標(biāo)A包土建工程,成立了該項(xiàng)目施工的科研課題小組,進(jìn)行了大量的摸索、創(chuàng)新。針對本工程在荒漠沙地區(qū)域,工期緊,施工強(qiáng)度高,測量任務(wù)重,造孔難度大,灌注樁澆筑和螺栓預(yù)埋安裝質(zhì)量難以保證等的施工特點(diǎn),經(jīng)過研究和現(xiàn)場試驗(yàn)總結(jié)提出了灌注樁澆筑采用測量定位--造孔--放置套管--下放鋼筋籠--澆筑混凝土-- 安裝預(yù)埋件-- 養(yǎng)護(hù)施工工藝,并在灌注樁施工過程中提出4個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。全面掌握了荒漠沙地條件下組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁的施工流程和施工方法,使格爾木光伏電站的各主要節(jié)點(diǎn)目標(biāo)得以按期實(shí)現(xiàn),組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)要求,整體施工質(zhì)量良好。

        1 工程概況

        青海格爾木光伏電站工程場址區(qū)位于格爾木市以東30km處荒漠沙地上,占地面積約為2.5km2。海拔高程在2800m-2900m之間??傃b機(jī)容量為200MWp,工程的主要任務(wù)是發(fā)電。場址區(qū)場地開闊、地勢平坦。交通便利,運(yùn)輸方便。

        格爾木光伏電站Ⅳ標(biāo)A包電池陣列由24個(gè)1MWp子方陣組成,組件支架混凝土灌注樁基礎(chǔ)共計(jì)42144個(gè),灌注單樁總長度1.6m,樁身入土深度1.2m-1.4m,外露不小于0.2m-0.4m,樁徑0.25m。

        2 成果的主要用途及研究的內(nèi)容

        2.1 成果的主要用途

        由于格爾木光伏電站Ⅳ標(biāo)A包地處荒漠沙地區(qū)域,工期緊,施工強(qiáng)度高,測量任務(wù)重,造孔難度大,灌注樁澆筑和螺栓預(yù)埋安裝質(zhì)量難以保證,采用該成果不受施工現(xiàn)場特殊條件的限制,施工設(shè)備簡單,操作方便,成本低,生產(chǎn)效率高,對周邊環(huán)境破壞小。有效地解決了沙地光伏電站組件支架基礎(chǔ)灌注樁在施工中的測量任務(wù)重、造孔難度大、澆筑和螺栓預(yù)埋質(zhì)量保證難等一系列根本問題。

        2.2 研究的內(nèi)容

        2.2.1 測量放樣

        由于光伏電站建設(shè)周期短,施工強(qiáng)度大,子陣樁基礎(chǔ)較多,采用傳統(tǒng)的測量方法效率較低,在測量過程中無法與支架基礎(chǔ)灌注樁混凝土澆筑的進(jìn)度銜接起來。經(jīng)該項(xiàng)目施工科研組研究采用了網(wǎng)格法進(jìn)行整體控制測量,人工掛鉛絲加密樁位的方法進(jìn)行測量放線,保證了施工工期。具體施工方法如下:

        1)在測量放線前,認(rèn)真分析設(shè)計(jì)圖紙(以藍(lán)圖為準(zhǔn)),對圖紙上標(biāo)注的坐標(biāo)和距離進(jìn)行核算。

        2)根據(jù)圖紙?zhí)峁┑脑O(shè)計(jì)坐標(biāo)計(jì)算每個(gè)組串支架基礎(chǔ)的放樣坐標(biāo)。以子方陣左下角為起算坐標(biāo),根據(jù)電池組件支架基礎(chǔ)詳圖知樁基中心距投影邊線距離,計(jì)算出左下角樁基中心平面坐標(biāo)。樁基之間軸線距離已知。推算出其它樁基中心平面坐標(biāo)。同一子陣內(nèi)其它三個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)作為檢核坐標(biāo),檢查坐標(biāo)計(jì)算是否正確。

        3)利用網(wǎng)格定位采用徠卡全站儀TCR402進(jìn)行測量控制,點(diǎn)位中誤差控制在+5mm以內(nèi)。并將其點(diǎn)位向兩側(cè)引出50cm,砸好引樁。

        4)控制網(wǎng)格建立以后,用2cm長釘子砸入樁頂放樣點(diǎn)上。同一水平面上,掛鉛絲控制每個(gè)組件支架基礎(chǔ)的縱橫軸線。50m長鋼尺沿鉛絲按圖紙尺寸量平距砸樁。

        5)樁位加密完后,同一水平面上,鋼尺量距檢核軸線距離。量取對角線長度,與設(shè)計(jì)尺寸比較,進(jìn)行精度確認(rèn)。

        2.2.2 造孔

        對于光伏電站組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁施工,不可避免的要遇到造孔問題。但在荒漠沙荒地上造孔,沙層較厚不密實(shí),大型設(shè)備無法行走而且造孔定位難度很大。為了滿足光伏電站支架基礎(chǔ)灌注樁造孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求,本工程灌注樁造孔采用汽油螺旋機(jī)進(jìn)行鉆孔。為了保證已造成的孔不再坍塌,造孔完成后立即下放比孔徑小2cm套管,套管比孔深長20cm。具體施工方法如下:

        1)由于荒漠沙荒地為鹽堿地,造孔前1小時(shí)對孔周圍進(jìn)行浸水濕潤,使得砂土固結(jié),避免造孔出現(xiàn)塌孔,提高造孔效率。

        2)根據(jù)測量放樣出的孔位中心,將汽油螺旋鉆的鉆頭對準(zhǔn)孔心,用垂球或水平尺分別從不同的角度控制鉆孔垂直度,進(jìn)行造孔。造孔完成后及時(shí)檢測垂直度和深度,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理,使其符合設(shè)要求。造孔時(shí)采用自行研制的手搖鉆機(jī)、洛陽鏟均為一人操作,造一個(gè)孔平均用時(shí)15-20min,采用經(jīng)改進(jìn)后的手扶式汽油機(jī)螺旋鉆機(jī)造孔,雖需兩人密切配合操作,但造孔速度快,造一個(gè)孔平均用時(shí)只2-3min 。采用汽油螺旋鉆機(jī)造孔時(shí)要及時(shí)清理孔周圍的砂土,以免孔周圍砂土調(diào)入孔內(nèi),造成孔的深度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過觀察對比,為了提高功效,我們最終選擇采用手扶式汽油螺旋鉆機(jī)進(jìn)行造孔,高峰期利用10臺手扶式汽油螺旋鉆機(jī)造孔,每日完成造孔2000根(3200m)以上。

        3)每一樁孔完成后,對孔底灑水濕重并采用手提錘子對孔底進(jìn)行夯實(shí),同時(shí)下放套管并對該孔進(jìn)行防護(hù),避免風(fēng)沙飛揚(yáng)影響孔深,造成再次清孔。

        4)機(jī)械成孔要求在孔深滿足要求的條件下,在利用測繩或鋼尺檢驗(yàn)組串間排距的同時(shí),必須增加對角線檢驗(yàn)方式,保證樁孔中心偏差不得超過10mm。

        2.2.3 鋼筋制作安裝

        為了能夠滿足組件支架基礎(chǔ)灌注樁鋼筋加工進(jìn)度要求,保證質(zhì)量。組件支架基礎(chǔ)灌注樁鋼筋籠在綜合鋼筋廠進(jìn)行制作。鋼筋材料的采購、運(yùn)輸、驗(yàn)收和保管都要經(jīng)過嚴(yán)格把控,對鋼筋進(jìn)行進(jìn)廠材質(zhì)檢驗(yàn)和驗(yàn)點(diǎn)入庫,每批鋼筋均要附有產(chǎn)品質(zhì)量證明書及出廠檢驗(yàn)單,在使用前,分批進(jìn)行鋼筋機(jī)械性能試驗(yàn)。鋼筋籠采用人工制作,制作時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行,鋼筋的直徑、長度、數(shù)量等要符合規(guī)范要求。

        制作成的鋼筋籠經(jīng)過驗(yàn)收合格后采用工程車?yán)\(yùn)至施工現(xiàn)場,安裝時(shí)如發(fā)現(xiàn)鋼筋籠變形,應(yīng)當(dāng)及時(shí)拆除進(jìn)行處理并采用加固措施,為了確保保護(hù)層厚度,需在骨架筋外側(cè)主筋上焊接定位鋼筋環(huán),安裝時(shí)為了保證鋼筋籠的垂直度,鋼筋籠要對準(zhǔn)孔的中心放入孔內(nèi)并加固牢靠。如澆筑混凝土過程中發(fā)現(xiàn)鋼筋籠安裝位置有偏移現(xiàn)象,人工及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

        2.2.4 灌注樁混凝土澆筑

        組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁在澆筑時(shí),為了保證已造成的孔不再坍塌,澆筑灌注樁混凝土?xí)r不帶入沙土造成斷樁,經(jīng)該項(xiàng)目施工科研組研究后采用了提升套管法澆筑方案,即灌注樁在造孔完成后需立即下放套管,澆筑混凝土?xí)r緩慢提升套管(詳見圖1),確保灌注樁混凝土始終在套管里連續(xù)進(jìn)行澆筑,防止孔周圍砂土流入,影響混凝土灌注樁的施工質(zhì)量。具體施工方法如下:

        圖1 提升套管法澆筑混凝土灌注樁

        1)混凝土采用JS500拌合機(jī)集中拌制,混凝土拌制前必須對進(jìn)場的水泥、粗細(xì)骨料和水質(zhì)進(jìn)行檢測,杜絕不合格材料進(jìn)行施工現(xiàn)場。拌制時(shí)嚴(yán)格按照試驗(yàn)室已批復(fù)的施工配合比進(jìn)行,重點(diǎn)控制好混凝土中四種材料用量之間三個(gè)對比關(guān)系(水灰比、砂率和骨漿比)。拌制時(shí)間一般控制在3-5min,保證混凝土質(zhì)量保證符合各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

        2)混凝土采用工程車或小型裝載機(jī)拉運(yùn)到施工現(xiàn)場,卸料到設(shè)置在施工作業(yè)面的鋼板槽內(nèi),人工進(jìn)行入倉。

        3)組件支架灌注樁基礎(chǔ)的混凝土采用提升套管法澆筑方法。地面外漏部分的樁柱(20-40cm)采用直徑為25cm的PVC管做為模板繼續(xù)進(jìn)行澆筑?;炷翝仓r(shí)每層鋪料厚度控制在20-30cm以內(nèi);振搗采用φ30軟軸插入式振搗器振搗,振搗時(shí)要求插入下層混凝土深度不小于5cm,振搗時(shí)間控制在15s-20s,振搗按要求快插慢拔。不允許有漏振和過振現(xiàn)象出現(xiàn),以免降低混凝土強(qiáng)度,影響混凝土質(zhì)量。

        2.2.5 埋件安裝

        根據(jù)設(shè)計(jì)要求每個(gè)樁柱頂部預(yù)埋兩個(gè)直徑為12mm螺栓以便和支架進(jìn)行連接,螺栓埋設(shè)精度高程偏差不大于5mm,水平偏差不大于5mm。組件支架基礎(chǔ)頂部螺栓預(yù)埋時(shí)最初采用傳統(tǒng)的測量放樁,人工掛線控制軸線和高程預(yù)埋方式。經(jīng)過質(zhì)量檢測發(fā)現(xiàn)有小部分電池組串支架單元的螺栓高程和軸線偏差大于設(shè)計(jì)偏差值,超出螺栓設(shè)計(jì)埋設(shè)精度。加上傳統(tǒng)的施工方法效率較低,在施工過程中無法與支架基礎(chǔ)及組件安裝的進(jìn)度銜接起來,嚴(yán)重影響光伏電站整個(gè)工程的總體進(jìn)度。經(jīng)過該項(xiàng)目施工科研組認(rèn)真調(diào)查分析后認(rèn)為造成組件支架基礎(chǔ)螺栓埋設(shè)精度偏差過大的原因除了作業(yè)人員的責(zé)任心差外主要是施工方法不當(dāng)。沒有控制埋設(shè)螺栓高程和軸線的有效控制措施。隨后采用模具結(jié)合測量放樣,人工掛線的方法控制螺栓埋設(shè)精度,保證了施工質(zhì)量和施工工期[1]。具體施工方法如下:

        (1)預(yù)埋螺栓施工模具的使用

        預(yù)埋螺栓施工模具在使用前,首先在模具和組串支架基礎(chǔ)灌注樁上標(biāo)出控制的縱橫軸線,然后將預(yù)埋螺栓外漏部分帶上螺母固定在模具上。組件支架基礎(chǔ)混凝土澆筑過程中將預(yù)埋螺栓施工模具和固定好的螺栓沿標(biāo)注后的支架基礎(chǔ)灌裝樁的縱橫軸線進(jìn)行放置,使模具的縱橫軸線和單個(gè)組串縱橫軸線重合,高程采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量,掛線控制高程。螺栓預(yù)埋完成后,退出預(yù)埋螺栓施工模具上的螺母,卸下模具。待每個(gè)組串基礎(chǔ)混凝土樁柱頂部收面后,在混凝土初凝前再將模具套在組串支架基礎(chǔ)的預(yù)埋螺栓上進(jìn)行校核。

        (2)預(yù)埋螺栓精度的調(diào)整

        組件支架基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓安裝完畢后,在混凝土初凝前安排質(zhì)量人員逐個(gè)進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)預(yù)埋螺栓軸線和高程不符合設(shè)計(jì)要求的及時(shí)采用預(yù)埋螺栓施工模具再次進(jìn)行校核調(diào)整,同時(shí)做好預(yù)埋螺栓的保護(hù)工作,防止螺栓絲口損壞。

        2.2.6 灌注樁的養(yǎng)護(hù)

        組件支架灌注樁混凝土澆筑完畢后,及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù),采用塑料薄膜覆蓋,避免太陽光暴嗮,使混凝土表面經(jīng)常保持濕潤,養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14天。

        3 關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

        1)本工程測量放樣采用了網(wǎng)格法進(jìn)行整體控制測量,人工掛鉛絲加密樁位的方法進(jìn)行測量放線,加快了測量放樣速度,即保證了精度,又降低了成本。還滿足了組件支架基礎(chǔ)灌注樁混凝土澆筑施工進(jìn)度。

        2)本工程灌注樁造孔采用手扶式汽油螺旋機(jī),造孔原理將被切削下的土料采用螺旋鉆機(jī)的葉片逐漸輸送到地面,一次成孔。為了保證已造成的孔不再坍塌或地面浮沙進(jìn)入,造孔完成后立即下放套管,套管比孔深長20cm。該成果設(shè)備簡單,操作方便,制作成本低、維修方便、生產(chǎn)效率高。對周邊環(huán)境破壞小。有效地解決了沙地成孔難、效率低、質(zhì)量難以保證的根本問題。

        3)本工程組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁在澆筑時(shí),為了保證已造成的孔不再坍塌,混凝土灌注樁的澆筑采用提升套管法澆筑工藝,即邊澆筑混凝土邊提升套管。澆筑到地面后,外露部分(20~40cm)采用直徑為25cm的PVC管做為模板繼續(xù)進(jìn)行澆筑,成型后的樁柱外觀質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

        4)本工程在組件支架基礎(chǔ)螺栓預(yù)埋安裝工程中采用了預(yù)埋螺栓模具的輔助施工,在保證組件支架基礎(chǔ)螺栓埋設(shè)精度的前提下保證了預(yù)埋螺栓的施工質(zhì)量,加快施工進(jìn)度。

        4 成果研究及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

        青海格爾木光伏電站場址位于荒漠沙地區(qū)域,為了能夠在保證質(zhì)量和安全的前提下提前完成了組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁的施工任務(wù),專門成立了該項(xiàng)目施工的科研課題組,針對荒漠沙地光伏電站組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁澆筑,經(jīng)過研究和現(xiàn)場試驗(yàn)全面掌握了荒漠沙地條件下組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁的施工工藝,經(jīng)過課題組的研究,灌注樁澆筑采用了測量定位--造孔--放置套管 --下放鋼筋籠--澆筑混凝土--安裝預(yù)埋件--養(yǎng)護(hù)施工工藝,并在灌裝樁施工過程中提出4個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。使格爾木光伏電站的各主要節(jié)點(diǎn)目標(biāo)得以按期實(shí)現(xiàn),組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)要求,整體施工質(zhì)量良好。

        該研究成果是對地處荒漠沙地區(qū)域光伏電站組件支架基礎(chǔ)混凝土灌注樁的施工技術(shù)進(jìn)行了全面分析和總結(jié),提出如下結(jié)論,以供類似特殊氣候條件下光伏電站組件支架基礎(chǔ)灌注樁的設(shè)計(jì)、施工、研究借鑒。

        1)光伏電站組件支架基礎(chǔ)工程數(shù)量大,施工強(qiáng)度高,工期短,采用了網(wǎng)格法進(jìn)行整體控制測量,人工掛鉛絲加密樁位的方法進(jìn)行測量放線,能夠加快測量放樣速度,保證精度,降低了成本。滿足組件支架基礎(chǔ)灌注樁混凝土澆筑施工進(jìn)度。

        2)光伏電站的組件支架基礎(chǔ)需在荒漠沙地上造孔,沙層較厚且不密實(shí),大型設(shè)備無法行走而且造孔定位難度很大。為了保證施工進(jìn)度和施工質(zhì)量,同時(shí)又能降低成本。采用汽油式螺旋鉆機(jī)造孔。在造孔期間為了保證已造成的孔不再坍塌或地面浮沙進(jìn)入,造孔完成后立即下放套管,套管比孔深長20cm。

        3)在荒漠沙地上澆筑光伏電站支架基礎(chǔ)灌注樁混凝土,為了保證已造成的孔不再坍塌,澆筑灌注樁混凝土?xí)r不帶入沙土造成斷樁,采用提升套管法澆筑方法,即灌注樁混凝土澆筑隨著高度的增加緩慢提升套管,確保灌注樁混凝土始終在套管里連續(xù)進(jìn)行澆筑,保證了灌注樁的施工質(zhì)量。

        4)組件支架基礎(chǔ)螺栓預(yù)埋安裝工程中采用預(yù)埋螺栓模具的輔助施工,在保證組件支架基礎(chǔ)螺栓埋設(shè)精度的前提下保證預(yù)埋螺栓的施工質(zhì)量,加快施工進(jìn)度。

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