黃金偉

深圳海勤工程管理有限公司 廣東 深圳 518000

海上風(fēng)電工程臨水而建、自身體量大，在進(jìn)行工程項(xiàng)目施工的過(guò)程中也會(huì)涉及樁基礎(chǔ)、大體積混凝土等特殊的施工需求。從工程質(zhì)量管理的角度進(jìn)行分析，其均屬于質(zhì)量管理的難點(diǎn)部分。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中通過(guò)全面的質(zhì)量要素分析、工程技術(shù)要點(diǎn)明確、引入創(chuàng)新型管理手段等方式，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的質(zhì)量的全面優(yōu)化和管理加強(qiáng)。

本文所引用的工程項(xiàng)目是莆田某海上項(xiàng)目，在進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程中涉及承臺(tái)部分的大體積混凝土以及鋼管樁沉樁；項(xiàng)目位于石城碼頭外側(cè)，南依平海半島，西臨黃瓜島，東連牛嶼，南距岸線(xiàn)1 ～5km，海域水深 5 ～ 25m?；谠摴こ添?xiàng)目較高的質(zhì)量需求，針對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量要點(diǎn)進(jìn)行全面優(yōu)化和專(zhuān)項(xiàng)管理。

1 風(fēng)電承臺(tái)大體積混凝土質(zhì)量控制

1.1 管理需求分析

本工程項(xiàng)目涉及一批大型風(fēng)機(jī)，基礎(chǔ)采取高樁承臺(tái)基礎(chǔ)的形式，基礎(chǔ)部分的主要材料結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土。在進(jìn)行施工的過(guò)程中考慮到施工環(huán)境較為特殊、混凝土的體積較大，因此需要進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)的質(zhì)量管理。從工程項(xiàng)目質(zhì)量的控制的角度進(jìn)行分析，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量管理工作的優(yōu)化和加強(qiáng)：

（1）混凝土的材料管理，混凝土材料是由多種材料混合而成的工程料，從質(zhì)量管理的角度進(jìn)行分析，原材料的質(zhì)量、配合比情況、材料攪拌的操作時(shí)間等問(wèn)題都將成為混凝土質(zhì)量的影響因素。因此在進(jìn)行施工的過(guò)程中需要根據(jù)環(huán)境情況、施工需求進(jìn)行混凝土材料的專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)和管理。

（2）大體積混凝土在進(jìn)行施工和養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，而混凝土材料的熱量變化將會(huì)成為工程項(xiàng)目質(zhì)量的顯著影響因素，因此在進(jìn)行施工的過(guò)程中，針對(duì)溫度問(wèn)題開(kāi)展防范和管理也是具有必要性的。其需要從材料、施工工藝、養(yǎng)護(hù)管理等多個(gè)環(huán)節(jié)共同控制。

（3）混凝土的開(kāi)裂問(wèn)題屬于常見(jiàn)額度質(zhì)量通病之一，對(duì)于風(fēng)機(jī)承臺(tái)工程，若存在開(kāi)裂的問(wèn)題，對(duì)于整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、耐久性、抗腐蝕的問(wèn)題均會(huì)具有影響。因此在施工全過(guò)程中進(jìn)行開(kāi)裂質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行全面、合理地控制也是具有必要性的。

1.2 質(zhì)量控制措施

1.2.1 混凝土材料配合比的優(yōu)化

在進(jìn)行工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，考慮到與一般工程項(xiàng)目相比具有顯著的不同，因此針對(duì)混凝土材料進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)優(yōu)化。按照設(shè)計(jì)要求，此位置需要采用高性能C50海工混凝土，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試和研發(fā)，最終確定混凝土的配合比如表1所示。

表1 C50海工混凝土材料配合比

表2 鋼管原材料質(zhì)量控制要點(diǎn)

在該混凝土配方中，其中①砂石部分的顆粒級(jí)配進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保顆粒級(jí)配的連續(xù)性，避免過(guò)大粒徑的骨料，其作為混凝土的強(qiáng)度來(lái)源之一，同時(shí)也需考慮混凝土所具有的開(kāi)裂問(wèn)題和氯離子滲透風(fēng)險(xiǎn)。使用的砂石材料避免機(jī)制砂石，主要是考慮到機(jī)制砂石的配合比不穩(wěn)定情況。②混凝土中添加了一定比例的粉煤灰，其同樣具有參與膠凝反應(yīng)的作用，同時(shí)較少產(chǎn)生水化熱，能夠保障在同等性能的前提下控制質(zhì)量穩(wěn)定；③阻銹劑是該混凝土中的外加劑之一，其主要作用是能夠阻礙氯離子和其他非金屬離子對(duì)混凝土鋼筋材料所造成腐蝕的質(zhì)量問(wèn)題，避免在海水中高滲作用下導(dǎo)致混凝土材料出現(xiàn)性能改變；④適當(dāng)添加減水劑材料可減少混凝土的用水量，提高和易性及可泵送性能，同時(shí)提高其早期強(qiáng)度[1]。在進(jìn)行混凝土施工的過(guò)程中因混凝土材料需要與海水接觸，因此控制早期強(qiáng)度是把控工程質(zhì)量的切入點(diǎn)之一。

1.2.2 混凝土溫度控制措施

混凝土結(jié)構(gòu)的熱量來(lái)源主要是水泥的水化熱，按照既有經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有資料，根據(jù)混凝土配合比的水泥、粉煤灰和礦粉的用量，膠疑材料水化熱折減系數(shù)粉煤灰0.89，礦渣粉0.96，折算后水泥用量當(dāng)量值為408.85kg。水泥采用PO42.5水泥，水泥水化熱按經(jīng)驗(yàn)值取，3d：242kJ/kg，7d：271 kJ/kg?；诖诵畔⒑蛿?shù)據(jù)，通過(guò)有限元模擬仿真分析的技術(shù)建立材料溫度應(yīng)力的模擬計(jì)算書(shū)[2]。主要考慮大體積混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部熱量散失速度慢，以熱傳遞、熱輻射的形式完成熱量交換。

若材料的內(nèi)外溫差較大，就會(huì)由于水化熱的影響出現(xiàn)應(yīng)力差導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂、滲漏等問(wèn)題。基于工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，所提出的優(yōu)化解決對(duì)策為在混凝土構(gòu)件內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，通過(guò)布置冷卻水管方法來(lái)降低結(jié)構(gòu)中心的最高溫度，從而達(dá)到降低內(nèi)外溫差的目的。

在內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管后，其在養(yǎng)護(hù)階段通過(guò)內(nèi)部水循環(huán)，能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土中心溫度的降低。其同樣按照構(gòu)件的實(shí)際需求進(jìn)行模型的建立，經(jīng)有限元分析模擬，得出結(jié)論：在不影響其他指標(biāo)的情況能夠有效降低混凝土構(gòu)件中心的溫度，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部溫度降低的目的。

1.2.3 混凝土抗開(kāi)裂管理

避免出現(xiàn)早期開(kāi)裂的解決措施可從以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：（1）溫度控制：上文中已經(jīng)初步提及混凝土的溫度變化會(huì)引發(fā)開(kāi)裂的問(wèn)題，除了在上一小節(jié)中所提及的布置冷卻水管之外，還可進(jìn)行的控制方案包括①降低混凝土的前期溫度，如可通過(guò)對(duì)于砂石材料進(jìn)行遮蓋處理的方式，避免材料前期溫度過(guò)高的問(wèn)題；②拌合水可使用低溫水、冰水，也可一定程度上降低混凝土材料的前期溫度；③通過(guò)使用外加劑的方式，能夠延緩混凝土的初凝時(shí)間，同樣能夠使得混凝土的放熱緩慢，以實(shí)現(xiàn)降低內(nèi)外溫差的目的。

（2）材料管理：水泥是混凝土中的主要膠凝材料，也是混凝土強(qiáng)度、粘接力的主要來(lái)源。若水泥的用量多，則產(chǎn)生的水化熱也大，因此需要考慮材料用量和性能之間的平衡問(wèn)題。經(jīng)綜合考量，該工程項(xiàng)目使用某知名品牌的PO42.5硅酸鹽水泥，同時(shí)在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的過(guò)程中通過(guò)添加外加劑、使用粉煤灰的形式，減少水泥材料的用量，也能一定程度上進(jìn)行溫度的控制；此外水的用量越多，其干固收縮的比率越大，一般用水量每增加1%，干縮率可增大2%～3%。在進(jìn)行材料拌合的過(guò)程中對(duì)于用水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡可能在滿(mǎn)足施工需求的前提下降低混凝土的坍落度指標(biāo)。

（3）溫度監(jiān)測(cè)：雖該工程項(xiàng)目對(duì)于混凝土模型已經(jīng)進(jìn)行了溫度的模擬分析，但在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中仍會(huì)出現(xiàn)因材料的不穩(wěn)定特質(zhì)、外部環(huán)境因素變化等情況造成的材料溫度波動(dòng)。基于此方面的考量，在混凝土構(gòu)件的中心和內(nèi)部位置設(shè)置了溫度傳感器和應(yīng)力傳感器，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的持續(xù)檢測(cè)，對(duì)于溫度和應(yīng)力的異常情況能夠及時(shí)察覺(jué)并進(jìn)行相應(yīng)的處理措施。

2 鋼管樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 質(zhì)量管理需求分析

鋼管樁是海上風(fēng)電工程項(xiàng)目的基礎(chǔ)部分，項(xiàng)目主要工程包含風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)工程以及海纜敷設(shè)工程，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使用年限為25年，以鋼管柱為風(fēng)機(jī)部分的基礎(chǔ)。在進(jìn)行施工的過(guò)程中所具有的質(zhì)量控制特殊要點(diǎn)包括：

（1）本工程項(xiàng)目的施工位置位于海上，因此對(duì)于材料、施工平臺(tái)、作業(yè)機(jī)械設(shè)備均作出了較高要求。在進(jìn)行施工的過(guò)程中需要考慮環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行工程項(xiàng)目的優(yōu)化管理工作。目前本工程項(xiàng)目詳盡的前期環(huán)境勘查數(shù)據(jù)已經(jīng)確定，在進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的過(guò)程中也需按照有關(guān)要求開(kāi)展后續(xù)施工以及質(zhì)量控制[3]。

（2）鋼管樁的施工偏差問(wèn)題是需要進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)管理的，尤其考慮到在施工過(guò)程中由于項(xiàng)目管理工作的復(fù)雜性、現(xiàn)場(chǎng)水流、海浪、地質(zhì)的影響，其測(cè)量工作的開(kāi)展以及偏差的控制均具有相應(yīng)的難點(diǎn)問(wèn)題，在進(jìn)行使用的過(guò)程中，應(yīng)用全面的測(cè)量工作和偏差控制體系是滿(mǎn)足工程管理的重要基礎(chǔ)。

2.2 鋼管樁質(zhì)量管理要點(diǎn)

2.2.1 樁材料的生產(chǎn)和運(yùn)輸

（1）鋼管樁材料是樁基礎(chǔ)在施工過(guò)程中較為重要的原材料，因此在前期進(jìn)行全面的材料控制工作是具有必要的。針對(duì)鋼管原材料其質(zhì)量控制要點(diǎn)可參考。

（2）考慮供應(yīng)商位置和項(xiàng)目地之間的距離及運(yùn)出成本，經(jīng)綜合考量本工程項(xiàng)目的鋼管樁材料使用水運(yùn)的形式進(jìn)行運(yùn)輸。為了規(guī)避在運(yùn)輸過(guò)程中可能存在的質(zhì)量影響問(wèn)題，其所提出的質(zhì)量管理要點(diǎn)包括：①工程項(xiàng)目使用的鋼管樁材料具有多個(gè)規(guī)格型號(hào)，在進(jìn)行裝卸時(shí)需要避免后期材料出現(xiàn)頻繁的二次倒運(yùn)問(wèn)題，因此可按照實(shí)際使用順序進(jìn)行裝駁[4]；②考慮截面圓形的鋼管樁材料可能會(huì)存在隨意滾動(dòng)的問(wèn)題，因此需要進(jìn)行加固處理，通過(guò)安裝限位、使用專(zhuān)用的捆綁繩，避免出現(xiàn)鋼管樁的滾動(dòng)、碰撞等問(wèn)題。

（3）鋼管樁在現(xiàn)場(chǎng)存放及使用應(yīng)統(tǒng)籌安排，考慮到海上項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，為了避免存放環(huán)境對(duì)于樁質(zhì)量造成的影響問(wèn)題，需要有計(jì)劃的安排樁的出廠(chǎng)裝駁，盡量減少樁在海上駁船的存放時(shí)間，確保不應(yīng)規(guī)劃不合理造成樁的損毀問(wèn)題。

2.2.2 沉樁施工過(guò)程控制

工程項(xiàng)目使用的機(jī)械設(shè)備為大型打樁船，按照項(xiàng)目的工藝要求，按照現(xiàn)場(chǎng)水流和船位的具體情況決定沉樁次序，打樁船拋八字錨共8根錨纜，打樁船拋錨定位一次可完成2根樁的沉樁施工作業(yè)。

（1）吊裝施工：在完成前期準(zhǔn)備工作之后，即可吊裝就位鋼管樁，使用緊松錨纜確保設(shè)備就位，通過(guò)調(diào)整傾斜度、位置，實(shí)現(xiàn)樁體的精準(zhǔn)定位。在進(jìn)行吊裝時(shí)，需要考慮使用的打樁船吊裝能力是否滿(mǎn)足工程需求，尤其對(duì)于自身長(zhǎng)度較大的鋼管，確保其吊裝位合理，避免出現(xiàn)傾覆、脫落等隱患問(wèn)題。

（2）樁體沉入與錘擊：鋼管樁就位后，在樁帽替打的輔助作用下進(jìn)行下放同時(shí)其進(jìn)行自沉。此過(guò)程中需要保障樁體的垂直度，尤其在自沉前期，可能會(huì)因水流、流沙的作用，造成鋼管樁沉落出現(xiàn)偏移的問(wèn)題。樁自沉環(huán)節(jié)完成之后需要進(jìn)行錘擊，使用打樁機(jī)將鋼管樁緩慢的施工至自然土體之中。此過(guò)程中需進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)控，對(duì)于發(fā)生的偏離問(wèn)題需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。由于本工程的地質(zhì)特點(diǎn)，在剛開(kāi)始的錘擊時(shí)，應(yīng)采取小能量單擊，待樁尖擊穿表層礫砂硬層后，鋼管樁可能有不同程度的溜樁，應(yīng)在溜樁樁穩(wěn)定豎立后再進(jìn)行樁姿態(tài)的測(cè)量及調(diào)整。同時(shí)在施工環(huán)節(jié)，考慮自然環(huán)境的不穩(wěn)定性，可通過(guò)每10cm進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)測(cè)量的方式，記錄一次錘擊數(shù)、貫入度和錘擊能量，直至樁基礎(chǔ)的施工滿(mǎn)足工程要求為準(zhǔn)。

（3）停錘標(biāo)準(zhǔn)：不同的工程項(xiàng)目由于建筑的需求不同，設(shè)計(jì)過(guò)程中所參照的數(shù)據(jù)也會(huì)具有差異性，因此具體的停錘要求需要按照設(shè)計(jì)方的實(shí)際需求進(jìn)行確定。以本工程項(xiàng)目為例，經(jīng)由BIM技術(shù)、有限元模擬仿真失效分析等技術(shù)組合使用，確定的停錘標(biāo)準(zhǔn)如下：情況之一，當(dāng)有效錘擊能量≥550KJ，且最后3陣( 10擊/陣)平均貫入度不超過(guò)20mm/陣時(shí)此時(shí)停錘；情況之二，當(dāng)有效錘擊能量≥550KJ，但最后3陣平均貫入度不能滿(mǎn)足上述要求，此時(shí)繼續(xù)下沉1.4m或繼續(xù)下沉小于1.4m 但滿(mǎn)足最后3陣(10擊/陣)平均貫入度不超過(guò)20mm/陣，可停錘。

3 工程質(zhì)量管理創(chuàng)新策略

3.1 有限元分析技術(shù)的應(yīng)用

一是對(duì)于大體積混凝土的溫度控制工作，通過(guò)對(duì)于溫度變化模型的建立，分析出該工程項(xiàng)目混凝土承臺(tái)部分對(duì)于溫度變化最不利的位置，通過(guò)設(shè)置冷卻水管的前后對(duì)比，證實(shí)相關(guān)方案的有效性和全面性；在進(jìn)行施工的過(guò)程中也可根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況對(duì)于所存在的質(zhì)量問(wèn)題提前知悉并進(jìn)行防范；

二是對(duì)于鋼管樁的全過(guò)程管理，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行模型的建立，在進(jìn)行施工過(guò)程中，可確保鋼管樁處于安全狀態(tài)，對(duì)于材料的堆放、運(yùn)輸、吊裝、沉入環(huán)節(jié)均可進(jìn)行模擬失效分析，并校驗(yàn)方案是否可達(dá)成安全應(yīng)用的狀態(tài)。

3.2 Trimble 定位系統(tǒng)的應(yīng)用

其是結(jié)合了GPS與RTK技術(shù)的定位系統(tǒng)，在海上位置由于缺乏參照物、作業(yè)平臺(tái)具有不穩(wěn)固的特點(diǎn)，也會(huì)導(dǎo)致工程項(xiàng)目的施工工作受到影響。在施工過(guò)程中通過(guò)Trimble 定位系統(tǒng)的使用，其能夠根據(jù)海上環(huán)境進(jìn)行立體坐標(biāo)系的建立，同時(shí)通過(guò)對(duì)確定點(diǎn)進(jìn)行空間分析、整合多組GPS數(shù)據(jù)的方式，實(shí)現(xiàn)海上的精準(zhǔn)定位。同時(shí)結(jié)合技術(shù)特征，可智能化糾正偏移、抖動(dòng)等異常數(shù)據(jù)，并以此為基準(zhǔn)達(dá)成全面質(zhì)量的狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要圍繞著某海上風(fēng)電工程質(zhì)量管理的一系列問(wèn)題展開(kāi)研究，在施工過(guò)程中的大體積承臺(tái)混凝土以及鋼管樁的施工均屬于工程項(xiàng)目的難點(diǎn)部分，在實(shí)際施工環(huán)節(jié)對(duì)于質(zhì)量管理需求進(jìn)行全面分析，同時(shí)引入信息化技術(shù)和智能化管理系統(tǒng)等創(chuàng)新型管理體系，從而實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的高品質(zhì)推行。研究表明，針對(duì)海上風(fēng)電工程而言其所具有的質(zhì)量管理要點(diǎn)較為復(fù)雜，也需從工程材料、施工 輔助措施、工程工藝等多個(gè)方面同步管理，結(jié)合有限元分析、Trimble定位系統(tǒng)等創(chuàng)新型技術(shù)形式，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量的優(yōu)化和加強(qiáng)，以此保障大型海上項(xiàng)目的質(zhì)量和安全。