高性能海工混凝土在海上風(fēng)電示范項目中的應(yīng)用研究

沈偉，吳建芳，陳義華，馬國寧

（1.中交三航寧波分公司，浙江　寧波　315000；2.寧波科環(huán)新型建材股份有限公司，浙江　寧波　315000）

高性能海工混凝土在海上風(fēng)電示范項目中的應(yīng)用研究

沈偉1，吳建芳1，陳義華1，馬國寧2

（1.中交三航寧波分公司，浙江寧波315000；2.寧波科環(huán)新型建材股份有限公司，浙江寧波315000）

本文從上海東海大橋海上風(fēng)電承臺混凝土結(jié)構(gòu)特點和環(huán)境條件出發(fā)，研究并提出風(fēng)電承臺混凝土結(jié)構(gòu)耐久性策略和實施方案。對海工承臺高性能混凝土配合比設(shè)計和施工應(yīng)用進(jìn)行闡述和探討。

海上風(fēng)電；高性能海工混凝土；耐久性；溫度

1　工程概況

東海大橋近海風(fēng)電場為中國首座海上風(fēng)電場，工程位于上海市東海大橋東部海域。單機(jī)容量 3 兆瓦的 SL3000 離岸型風(fēng)電機(jī)組共 34 臺。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用高樁混凝土承臺（如圖 1 所示），承臺采用 C45 高性能海工混凝土。單個承臺混凝土約616m3，采用攪拌船水上一次性澆筑成型?？⒐D見圖 2。

圖1　承臺示意圖

圖2　風(fēng)機(jī)竣工圖

東海大橋近海風(fēng)電場，位于上海東海大橋東部海域，地處北亞熱帶南緣，東北季風(fēng)盛行，工程海區(qū)風(fēng)向季節(jié)變化明顯，全年以偏北和偏東南向風(fēng)為多，每年4～8月以東南向風(fēng)為多，9 月～翌年 2 月以北向風(fēng)為多，3 月份因冷、暖空氣交替頻繁，以東南和北向風(fēng)為主，多年平均氣溫 17.2℃，海區(qū)全年鹽度一般在 10.00‰～32.00‰ 之間，水最大流速 1.80m/ s，年平均降水量 985.9mm。在此環(huán)境條件下，氯離子滲入引起鋼筋腐蝕，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受損是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最主要的原因之一。因此，本工程中所用的混凝土必須是高抗氯離子滲透性、體積穩(wěn)定、抗裂性好的耐久性海工混凝土。

2　海工混凝土配合比耐久性設(shè)計

從高性能海工混凝土的基本要求出發(fā)，在原材料的優(yōu)選試驗中，應(yīng)通過混凝土坍落度及擴(kuò)展度評價其工作性、通過混凝土 7d、28d 抗壓強(qiáng)度等評價其力學(xué)性能、通過混凝土的電通量和氯離子含量試驗結(jié)果評價混凝土的抗氯離子滲透性能，并綜合設(shè)計要求及現(xiàn)場施工特點選擇最優(yōu)方案。

2.1原材料

（1）水泥：本工程選用寧波科環(huán)新型建材股份有限公司生產(chǎn)的高性能海工水泥（符合 Q/NSJ0003－2009《高性能海工水泥》規(guī)定）。該水泥以適當(dāng)?shù)V物組份的硅酸鹽水泥熟料，摻入適量礦渣或礦粉、粉煤灰、硅灰、硅鋁質(zhì)微粉和適量石膏共同粉磨或分別粉磨而制成。

（2）粗集料：采用浙江寧波北侖產(chǎn)的 5～25mm 連續(xù)粒級碎石，表觀密度 2630kg/m3，針片狀含量不大于 7%，含泥量不大于 1.0%。

（3）細(xì)集料：采用福建閩江中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，表觀密度 2630kg/m3含泥量不大于 1.5%，泥塊含量不大于 0.5%。

（4）水：采用飲用水。

（5）外加劑：采用上海格雷斯 ADVA152 高效減水劑，減水率 25%，且與水泥適應(yīng)性良好。

2.2配合比

上海東海大橋近海風(fēng)電場工程項目部委托寧波市鎮(zhèn)海金正建設(shè)工程檢測有限公司進(jìn)行多組配合比設(shè)計，最終確定的工程施工配合比如表 1 所示。

表1　混凝土配合比　　kg/m3

2.3高性能海工混凝土性能試驗結(jié)果

高性能海工混凝土的力學(xué)性能試驗結(jié)果見表 2；抗氯離子滲透性能試驗結(jié)果見表 3，其抗壓強(qiáng)度、氯離子含量及電通量指標(biāo)均符合 JTJ 275－2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2　高性能海工混凝土力學(xué)性能

表3　高性能海工混凝土抗氯離子滲透性能

3　海上風(fēng)電場工程混凝土澆筑主要施工措施

上海東海大橋海上風(fēng)電場工程共有 34 個承臺，每個承臺混凝土約 616m3，采用攪拌船水上一次性澆筑成型。工程連續(xù)澆筑時間長、方量大，且澆筑現(xiàn)場海洋環(huán)境浪高、流急、涌大，又需要趕潮水作業(yè)，故采用中交三航局有限公司的大型攪拌船三航混凝土 16# 連續(xù)澆筑，輔以運料船配合海上加料。滿足了工程各階段施工的需要，為確保按計劃完成澆筑高性能混凝土的施工任務(wù)起到關(guān)鍵作用。

3.1嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、確保高性能混凝土內(nèi)在質(zhì)量

高性能混凝土與普通混凝土相比較，混凝土水膠比較小，其膠凝材料顆粒較小，摻用的高效減水劑對原材料的適應(yīng)性較敏感，室內(nèi)試驗和工程實踐均表明，骨料含泥量（石粉）對高性能混凝土和易性和強(qiáng)度的影響非常明顯。項目部嚴(yán)格按要求對粗骨料進(jìn)行清洗，以確保粗骨料的合格率，同時采用質(zhì)量較穩(wěn)定的福建閩江砂，確?；炷梁鸵仔院蛷?qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求。

沒有就算了。村長適時接過話頭。八斗丘補償問題，村委過些天會研究，你不要到處找人說事。特別是不要找那樣專門戳漏洞的什么狗屁記者。

3.2澆筑過程控制

3.2.1前期策劃

由于設(shè)計要求承臺一次性澆筑，承臺為 Φ14000mm、高4.5m 的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土澆筑后會因內(nèi)外溫差產(chǎn)生溫度應(yīng)力，容易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。為減少裂縫，應(yīng)減少混凝土內(nèi)外溫差。根據(jù)類似工程的施工經(jīng)驗，在承臺混凝土內(nèi)部預(yù)埋 3 層 ф50mm×2.5mm 的冷卻水管如圖 3、圖 4 所示，（圖中尺寸以 mm 計，標(biāo)高 1985 年國家高程以 m 計）。

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土承臺內(nèi)部有鋼管樁、預(yù)埋過渡段塔筒及連接件等鋼構(gòu)件，這給布置預(yù)埋水管帶來一定的難度，冷卻水管豎向分 3 層布置，在同一層中過渡段塔筒外布置 2 圈，并繼以八角星狀布置，在具體實施布置過程中堅持“見縫插針”的原則。冷卻水管采用具有良好導(dǎo)熱性能的 D50 鋼管，鋼管間采用鋼骨網(wǎng)樹脂軟管進(jìn)行連接，與鋼管連接端部采用鐵絲牢固綁扎至少 2 道。同時在 2 節(jié)鋼管間用短鋼筋加以輔助連接。

布置時，過渡段塔筒外部從標(biāo)高 3.50m 布置至標(biāo)高1.50m，然后將冷卻水管引至過渡段套內(nèi)部，即可從標(biāo)高1.50m 布置至標(biāo)高 3.50m 處，最后將水管進(jìn)水、出水口均引至過渡段塔筒內(nèi)部承臺頂面上方即可。冷卻水管布置完畢要進(jìn)行通水試驗，了解冷卻水管的暢通情況和接頭漏水情況，漏水的接頭要重新綁，保證接頭密封且水管暢通。

圖3　預(yù)埋冷卻水管平面圖

圖4　預(yù)埋冷卻水管立面圖

3.2.2過程控制

承臺混凝土采用分層澆筑，分層厚度控制在 300mm 以內(nèi)。先澆筑過渡段塔筒內(nèi)部混凝土，再澆筑過渡段塔筒外側(cè)混凝土。 在混凝土內(nèi)埋設(shè)冷卻管通水冷卻。為保證冷卻水管的通暢及檢查接口密封性能，澆筑混凝土前先灌淡水，對每個接口進(jìn)行檢查，遇漏水進(jìn)行包裹。檢查合格后進(jìn)行混凝土澆筑，并在不同深度埋設(shè)溫度檢測儀。

根據(jù)承臺特點，澆筑混凝土?xí)r分層下灰，分層振搗，分層厚度控制在 300mm 以內(nèi)。承臺混凝土振搗采用 75 型的振動棒，過渡段塔筒內(nèi)部配置1臺，過渡段塔筒外側(cè)配置 3 臺，混凝土振搗從四周往中間振搗；因承臺上部 1.5m 高的位置為一圓臺（四周 1∶1 的邊坡）為了減少斜面混凝土的氣泡，在鋼套箱外側(cè)斜面上等間距布置 8 套附著式振搗器，在混凝土澆筑時每次開動 4 個，交替開動。澆筑過程中嚴(yán)格控制混凝土的坍落度，澆筑過程中根據(jù)實測坍落度情況進(jìn)行調(diào)整，澆筑后頂面混凝土進(jìn)行二次振搗。因一次澆筑混凝土量大，承臺頂部混凝土?xí)蛎谒a(chǎn)生浮漿，同時需要準(zhǔn)備1臺泥漿泵，用來清除表面浮漿。

3.2.3效果

（1）未發(fā)現(xiàn)冷卻水管堵塞現(xiàn)象；

（2）表面氣泡得到有效克服，外觀質(zhì)量好；

（3）混凝土內(nèi)部溫度均小于 70℃；

（4）承臺側(cè)面無裂縫。

3.3加強(qiáng)保護(hù)層施工質(zhì)量控制

現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件保護(hù)層厚度、質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計指標(biāo)要求，是確保高性能混凝土構(gòu)件達(dá)到預(yù)期使用年限的重要環(huán)節(jié)。因此，控制好保護(hù)層墊塊的規(guī)格，質(zhì)量和安裝部位至關(guān)重要，為使所用墊塊強(qiáng)度及滲透性均達(dá)到 C45 高性能混凝土的技術(shù)要求，本工程保護(hù)層墊塊采用 C45 高性能混凝土制作。特制一批 Φ100mm 鋼質(zhì)模按規(guī)格成型墊塊。通過配合比把關(guān)并定期測定墊塊抗壓強(qiáng)度（平均強(qiáng)度達(dá) 50.9MPa），以保證墊塊的質(zhì)量滿足要求。布置墊塊時，為保證承臺頂面鋼筋網(wǎng)標(biāo)高一致，保護(hù)層墊塊以承臺中心為圓心，以放射狀形式均勻布置，且在各圓周上布置距控制在 1.5m 左右。承臺墊塊示意圖見圖 5。

圖5　承臺墊塊示意圖

4　高性能混凝土質(zhì)量評定

現(xiàn)澆 34 個高性能混凝承臺，混凝土性能穩(wěn)定，承臺無裂紋產(chǎn)生，效果良好。構(gòu)件承臺的混凝土質(zhì)量評定結(jié)果見表 4、表 5。承臺在施工過程中采取設(shè)置冷卻水管的措施來控制混凝土養(yǎng)護(hù)的內(nèi)部溫升，承臺混凝土在養(yǎng)護(hù)階段其內(nèi)部溫度均滿足規(guī)定的要求（圖 6）。

表4　C45 高性能混凝土質(zhì)量評定表

表5　C45 高性能混凝土耐久性質(zhì)量評定表

圖6　測點溫度隨時間變化曲線

5　結(jié)論

根據(jù)工程調(diào)研和環(huán)境條件分析，綜合考慮現(xiàn)場的實際情況、原材料、工藝設(shè)備及其可行性和經(jīng)濟(jì)合理性等問題，上海東海大橋風(fēng)電場采用以高性能混凝土技術(shù)為核心的綜合耐久性策略和方案，確保了高性能混凝土質(zhì)量符合耐久性設(shè)計要求。

[1] 徐強(qiáng)．《高性能海工混凝土在上海深水港工程中的應(yīng)用技術(shù)研究》技術(shù)鑒定報告[R]．上海市建筑科學(xué)研究院，2002.

[2] 陳肇元．混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南[M]．中國建筑工業(yè)出版社，2004,5．

[3] JT/J 268－1996．水運工程混凝土施工規(guī)范[S]．

[4] JT/J 275－2000．海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].

［通訊地址］浙江省寧波市中交三航寧波分公司（315000）

沈偉，工程師，中交三航寧波分公司。