研制报告沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术(初稿)

沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术研制报告中国十七冶集团有限公司目录第1章研究宗旨.....................................1第2章项目概况.....................................3第3章沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术....7第4章关键技术和创新点............................24第5章成果的主要用途和技术原理....................26第6章与国内外同类技术对比分析....................27第7章成果转化和推广应用情况......................30第8章今后研发方向................................321沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术中国十七冶集团有限公司丁效武陈登明黄大清杨兵关健庞遵富第1章研究宗旨1.1概述随着我国经济高速发展，能源紧张的矛盾日益突出，特别是在东部沿海、长三角地区能源缺乏的地区，开发新型清洁能源—风力发电是成必然的趋势。在兆瓦级风力发电机组的商业化、大型机组的本地化、国家再生能法等鼓励政策，新一轮风力发电投资热潮在沿海地区掀起。东南沿海地区的广东、浙江、福建、江苏属于风能资源丰富，售电市场良好，上网电价较高，筹资能力较强。随着江苏东台、如东二个国家特许权风电项目的建设开始，沿海风电场的开发与建设进入高潮，各大电力集团公司投资的沿海风电场：启东、如东、东台、大丰、响水，滨海、射阳、东营、海兴、黄骅等，拟建规模超过百万千瓦。东部沿海地区是用电负荷中心，电力系统主要是火电，每年需要从外地大量运煤，增加运输困难，燃煤造成环境的污染。沿海属于风能资源丰富区，风能密度大约300w/m2，有效风时（≥3m/s）达7760h以上。“取之不尽，用之不竭”的风资源，加之沿海大量的滩涂地，为风电场的开发提供条件。同时，搞好沿海风电场的建设是对未来海上风电场建设在技术上的准备与积累。《沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术》是中国十七冶集团有限公司通过承建的江苏华电连云港中能联合风力发电有限公司50×2MW风电机组项目、江苏华电滨海121MW风电场项目、中广核江苏射阳200MW风电项等工程，经过不断地技术创新和总结提高，形成了技术创新、技术进步的成果。该施工综合技术的研制：针对沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工项目，地质条件复杂、技术难度大、安装高度高，并位于沿海滩涂上施工，存在以下技术难题。（1）风机基础复杂、施工难度大；江苏沿海滩涂修建风电场，海洋水文、气候条件和海底地质条件都非常复杂，2其风机基础同时具有海洋结构工程、高耸结构基础、动力设备基础和复杂厚软土地基基础的显著工程特性，给风电机组地基基础设计和建造带来了困难。(2)起重机械及风机设备转运、吊装困难风力发电塔高，叶轮直径长和风机机舱重量重，风机部件在运输中大多需要大型起重机才能起吊。另外，江苏沿海滩涂风电场所在区域，种养殖业发达，河网鱼塘密布，防护林多，架空线、地下管线密布，同时地质差、地耐力低、高潮位受淹、土源稀缺，造成安装、拼装、主设备现场存放、运输、主吊转场困难。吊车无法连续作业，主吊需反复拆装，效率低。(3)风电场内道路、围堰或平台建设难度大江苏沿海滩涂原状土地耐力比较低，不能直接用作场内道路，需新建或改建场内道路，施工难度大、工期长、造价高。道路方案需考虑海水风浪冲刷、塘堤坍塌、路基泡水下陷，以及海堤堤坡爬降、防护林用鱼塘避让、沿海闸桥加固绕道等各种工况，方案选择直接影响工程造价及进度。(4)风机基础为大体积混凝土，且防腐要求高，施工难度大每基风机基础钢筋混凝土量约为500m3，直径20m、厚度2.7m为大体积混凝土，水化热控制以及风机基础具有海洋结构工程特性，结构遭受腐蚀，施工难度大。为此，我公司通过多方案比选，优选施工方案，进行技术攻关，通过自主创新，并研制“叶片专用吊具”（专利号：ZL200920172117.2）、“一种简易活动式标高测量装置”（专利号：ZL201220427119.3）、“一种简易多用钢管平衡梁”（专利号：ZL201220427119.3）和一项国家级工法(2000KW风力发电机安装工法：GJEJGF320-2010)，有效保证施工质量，降低工程成本。1.2研究目标1.2.1解决沿海滩涂大型风力发电机施工技术难题，提高工效。1.2.2降低沿海滩涂大型风电项目施工成本，提高经济效益，减少项目投资。1.2.3保证沿海滩涂大型风电项目施工安全，规避安全风险。1.4研究的有利条件1.4.1十七冶集团风力与太阳能发电工程技术公司有着多年陆地风电场施工的3经验，为课题研究提供了宝贵的经验。1.4.2十七冶集团有限公司已将沿海滩涂软地基大型风电场建设研究列入公司发展战略规划，成立了研发攻关小组，汇集了一批年富力强、具有创新能力的工程技术人员。1.4.3十七冶集团有限公司和业主都高度重视该项工程的进度、安全、质量以及对环境的保护，公司不仅组织开展技术攻关，还配备了较强的施工管理人员、训练有素的作业人员和先进的施工设备。第2章项目概况2.1项目来源江苏华电50×2MW风电场项目，是江苏省发展改革委设立了“江苏沿海滩涂综合开发试验区开发利用战略研究”课题，合理开发利用沿海滩涂风力资源的基础工作。本项目是国家“十一五”科技攻关项目，根据十七冶集团有限公司发展战略规划、2010年科技攻关项目计划以及我公司签订的“江苏华电50×2MW风电场项目”的施工合同，为《沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术》提供有利条件。2.2工程简述：2.2.1.工程简介江苏华电连云港中能联合风力发电有限公司50×2MW风电机组项目发电设备土建安装工程；工程分三个施工标段，包括50台风机承台基础工程、桩基、塔筒主机安装、箱变土建安装、集电线路土建工程及杆塔架设，每台风机桩基暂定根数38根，桩长35米，￠600PHC管桩，集电线路桩长35米，吊装平台桩长25米。2.2.2．沿线地理位置、地形地貌、地质、气候及水文情况1）地理位置连云港风电项目工程场址位于连云港市灌云县临港产业区海岸滩涂，六圩港至二弯船闸的沿海区域，中心坐标为北纬34°30ˊ49.6，东经119°40ˊ6.6″，4面积约为11平方公里。风电场所在地标高在0m～4m之间，本报告所采用高程均为1985年国家高程基准。2）地形地貌建场址区位于连云港市灌云县临港产业区海岸滩涂，六圩港至二弯船闸的沿海区域。灌云县属滨海平原，其间零星分布着大伊山、小伊山、亚芦山、伊芦山、罘山、张宝山等低矮孤山，其中仅大伊山海拔在200m以上，其它均在百米以下。拟建场区地处平原区，面积约为11km2，现主要为人工围垦的滩涂，分布较多的盐田、鱼塘等,属全新世洪冲击和海积平原地貌类型，成因较为简单，地形平坦，微向海边倾斜，地面平均高程在2.5m（黄海高程系）左右。3）气候环境连云港市处于暖温带与亚热带过渡地带，属暖温带湿润性季风海洋性气候，兼有暖温带和北亚热带气候特征，受西风带和副热带天气系统的共同影响，形成大风的天气系统很多，冬半年常有强冷空气影响，造成偏北大风；春季有高压后部西南大风；夏半年有温带气旋、热带气旋（台风）及强对流天气（雷雨强风、冰雹、龙卷）等，因此该地区各月都可出现大风。多年平均气温为14.2℃，多5年极端最高气温为38.8℃，多年极端最低气温为–13.9℃。从气候条件看，风能资源较为丰富。4）主要实物工程量A标段工程量清单（含主材）序号项目名称单位工程量1风机机组本体安装台162塔筒（基础环）安装台16厢式变压器安装台16机械挖土方m311800回填土方m316600混凝土C40m38654混凝土C15m3792混凝土C10m325混凝土C30m33620集电线路钢管塔架t242集电线路水泥杆直径400m2328集电线路水泥杆横担钢材t46PHC管桩直径600m29061钢筋t904B标段工程量清单（含主材）序号项目名称单位工程量1风机机组本体安装台202塔筒（基础环）安装台203厢式变压器安装台204机械挖土方m3130005回填土方m3190006混凝土C40m31007567混凝土C15m39908混凝土C10m3289混凝土C30m3362010集电线路钢管塔架t24211集电线路水泥杆直径400m232812集电线路水泥杆横担钢材t4613PHC管桩直径600m3438114钢筋t1095.2.3技术难点2.3.1风机基础复杂、施工难度大江苏沿海滩涂修建风电场，海洋水文、气候条件和海底地质条件都非常复杂，其风机基础同时具有海洋结构工程、高耸结构基础、动力设备基础和复杂厚软土地基基础的显著工程特性，给风电机组地基基础设计和建造带来了困难。2.3.2起重机械及风机设备转运、吊装困难风力发电塔高，叶轮直径长和风机机舱重量重，风机部件在运输中大多需要大型起重机才能起吊。另外，江苏沿海滩涂风电场所在区域，种养殖业发达，河网鱼塘密布，防护林多，架空线、地下管线密布，同时地质差、地耐力低、高潮位受淹、土源稀缺，造成安装、拼装、主设备现场存放、运输、主吊转场困难。吊车无法连续作业，主吊需反复拆装，效率低。2.3.3风电场内道路、围堰或平台建设难度大江苏沿海滩涂原状土地耐力比较低，不能直接用作场内道路，需新建或改建场内道路，施工难度大、工期长、造价高。道路方案需考虑海水风浪冲刷、塘堤坍塌、路基泡水下陷，以及海堤堤坡爬降、防护林用鱼塘避让、沿海闸桥加固绕道等各种工况，方案选择直接影响工程造价及进度。2.3.4风机基础为大体积混凝土，且防腐要求高，施工难度大每基风机基础钢筋混凝土量约为500m3，直径20m、厚度2.8m属大体积混凝土。水化热大以及具有海洋结构工程特性，结构遭受腐蚀，施工难度大。72.4国内外应用案例分析2.4.1国外一些国家如：丹麦、英国、瑞典、德国、爱尔兰、荷兰等沿海滩涂软地基大型风力发电机风电场建设尚无成熟经验，安装成本高，投资增大。2.4.2目前，国内沿海滩涂软地基大型风力发电机安装，也多采用陆上吊装方法，风险大，成本高。2.4.3机组整体重量重、体积庞大，从施工机械上考虑：大型起重吊资源匮乏，不利于降低成本，技术风险太大。2.5综合技术路线为了达到本工程研制技术项目的目的，十七冶集团公司成立课题研制小组，进行技术攻关，大胆创新，借鉴我公司在多年在陆地风电场施工成熟经验，制定详细施工技术方案，在江苏华电连云港中能联合风力发电有限公司50×2MW风电机组项目工程中，我公司通过多方案比选，优选施工方案，进行技术攻关，通过自主创新，对下部PHC桩基施工，研发了“一种简易活动式标高测量装置”（专利号：ZL201220427119.3）专利技术，有效保证PHC桩高度控制；上部塔架、风机安装，通过自主研制的分体与散装相结合技术，并研制“叶片专用吊具”（专利号：ZL200920172117.2）、“一种简易多用钢管平衡梁”（专利号：ZL201220427119.3）和一项国家级工法(2000KW风力发电机安装工法：GJEJGF320-2010)，有效保证施工质量，降低工程成本，确保安装人员安全，施工技术属国际首创。主要研制综合技术包括：、（1）对下部PHC桩基施工，采用活动式标高测量技术，有效控制施工质量；（2）对上部大型风力发电机安装施工，采用分体与高空对接技术；（3）研发了“叶片专用吊具”专利技术；有效保证叶片吊装的平稳性；（4）研发了“2000KW风力发电机安装工法”，有效降低施工成本。第3章沿海滩涂软地基大型风力发电机组施工综合技术3.1软地基场内道路施工技术江苏华电连云港中能联合风力发电有限公司50×2MW风电机组项目，由于沿线河塘及浅滩地段的淤泥层厚较厚，石方抛填体能否穿透落底或保持稳定是软基8处理成功与否的关键所在，关系到整个工程质量、投资和进度。根据现场踏勘及对该地域地质成因的了解：该地域河塘及浅滩淤泥层厚度估计在3～18m之间，淤泥层下部有可能存在一层俗称“铁板砂”的含砂量很高的淤泥