世界最大塔式光热电站混凝土预应力桩基预制

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　　摘要： 结合实际，对世界最大塔式光热电站混凝土预应力桩基预制要点进行研究，希望通过分析后能够给该领域的研究者提供一些参考。
　　关键词：世界最大塔式;光热电站;混凝土预应力;桩基预制
　　1、前言
　　面对空气污染日益严重，煤炭资源过度消耗，光伏发电，风电应运而生，目前一种更加新型的发电技术被研发—光热发电。
　　本项目为在建世界单机容量最大的塔式光热电站，其装机容量达150MW，含7400块定日镜和2770MWth的储热能力（约7小时）。初设阶段桩基形式主要考虑为中空预应力混凝土桩基、直埋型钢结构、混凝土基础钢结构，通过成本测算、工期论证、荷载试验，最终确定采用中空预应力混凝土桩基（直埋型）。
　　中空预应力混凝土桩基具有承载力强、节省资源、有效降低成本、工艺先进、集成化流水线作业等特点，适合大批量定型化生产。
　　2、工程特点
　　2.0.1 采用混凝土预应力桩基预制，采取流水作业施工，施工效率高，节约时间，满足日产量需求;采用一料双流的方式最大限度的利用了有限的作业空间。
　　2.0.2 桩基结构采取中空模式，减轻桩基的自身重量，也减少材料浪费。节约成本、施工方便。
　　2.0.3 桩基预制的混凝土在进入模板的过程主要以自流为主，对于混凝土的塌落度要求需控制在250-270。同时，为了保证桩基的表面质量，在浇筑坑槽里的钢支架上固定有自震电机，使桩基钢模实现自震效果。钢模上方带有出气孔，保证混凝土表面的浮浆和原存于钢模内的空气顺利排出。节省人力，施工质量好，保证了连续流水施工的效率。
　　3.适用范围
　　塔式光热电厂镜场桩基、其他支架桩基等。
　　4.工艺原理
　　本工法中桩基预制主要由钢筋笼加工、预应力钢绞线、一料双流，桩基浇筑、预制施工桩基养护五大工序组成，流水作业施工，施工效率高。
　　桩基顶部为变截面圆柱体，上部直径1180mm，下部直径700mm，长度为5600mm;桩基下部为直径700mm中空预应力混凝土圆柱，下端2700mm长部分直埋于素混凝土中，其他部分暴露于空气中。预应力桩基主要受力钢筋直径为12mm， 30根直径12.5mm钢绞线贯穿均匀分布在钢筋笼内;直径380mm的泡沫圆柱，混凝土节省率高达25%。
　　预应力张拉至90%控制应力时安装埋件、安装预埋管线及钢模板上半部分，待所有预埋构件装完验收合格后固定钢模板上半部分，并加载至110%控制应力，维持2min后恢复荷载至100%加载值。
　　5、施工工艺流程及操作要点
　　6、5.1中空预应力桩基施工工艺流程
　　5.2操作要点
　　5.2.1 预制车间布局
　　预制车间采用预支混凝土柱梁单层厂房结构，整个预支加工车间建筑面积为12000m2。预制车间分为钢筋加工区、组装区（加载区）、浇筑区、养护区、成品储存区等五大区域。加工车间配备有桁吊4台，完全满足加工车间内流水线作业的工序运转需求。
　　5.2.2 钢筋加工及安装
　　钢筋施工顺序：钢筋加工、配制→钢筋运输→钢筋绑扎/预应力钢绞线安装
　　钢筋加工、配制程序为：钢筋调直→除锈（除污渍）→根据料单下料→加工成型
　　钢筋下料长度偏差要求控制在2cm以内，竖向环形箍筋加工尺寸控制在±5mm以内。环向水平钢筋切断要求采用无齿锯切割，或采用刀口比较快的钢筋切断机，避免造成钢筋因切断作业端部变形，影响后续的搭接焊工作。
　　钢筋笼制作采用流水线作业模式，在加工车间从西往东依次为钢筋加工、钢筋焊接、钢筋笼组装。所有桩基的钢筋笼除了部分桩基长度有变化外，剩余桩基均为同一直径、长度，所以在钢筋加工区所有的钢筋加工均以近似于标准件的形式进行加工摆放。端部异型钢筋笼采取单独绑扎、焊接，成型后与下部钢筋笼进行组装。
　　绑扎要求：钢筋绑扎严格按照图纸和规范要求。先施工竖向环形钢筋，然后绑扎环筋（插于环形内侧）。连接方式采用绑扎;间距允许偏差≤0.5cm。
　　钢筋实行跟踪管理，进厂钢筋要有厂家合格证，并进行复检实验，做好标识（未经检验、经检验合格、经检验不合格）经检验不合格的产品禁止使用。加工好的成品钢筋应将钢筋标示移植，并做新标示。建立钢筋跟踪管理台帐，实现钢筋跟踪到每一个施工部位。
　　隐蔽验收：钢筋工程属于隐蔽工程，在浇筑混凝土前应对钢筋及预应力钢筋线进行四级验收签字，并作好记录。
　　5.2.3 钢模板安装
　　预应力桩基钢模板是根据桩基尺寸量身定做的。分为顶部钢盖、底部钢盖、上部模具、下部模具，各部件之间拼缝均做密封处理，保证不漏浆。
　　顶部及底部钢盖留有30个预留眼用于穿预应力钢绞线，钢绞线锚具固定在顶部钢盖板/张拉台座末端。上部模具在异形端部留有混凝土浇筑口，顶部沿中线位置等间距布置6个排气孔，便于混凝土振捣过程中气体的溢出。
　　模具下半部分就位安装→钢筋笼吊装→钢绞线与模具底盘链接→模具顶盖安装（固定）→模具
　　上半部分安装→预应力钢绞线与顶部张拉台固定
　　5.2.4先张法预应力桩基加载
　　模具加载前验收合格→加载设备检查合格→预应力加载→应力放张
　　预应力钢绞丝张拉端长度预留1m长，便于与张拉设备进行连接。预应力张拉至90%控制应力时安装埋件、安装预埋管线及钢模板上半部分，待所有预埋构件装完验收合格后固定钢模板上半部分，并加载至110%控制应力，维持2min后恢复荷载至100%加载值。
　　使用空气加压机通过预先固定在钢筋笼里面的钢绞线施加拉力，达到预应力效果。拉力施加顺序一定是对称位置进行（类似于更换汽车轮胎安装螺栓顺序），保证180°对应位置上的受力一致。加壓机上配备有安全仪表盘，设置MAX数值，保证拉力不会过载。 　　5.2.5 混凝土浇筑及养护
　　使用桁吊将验收无误的钢模（预应力已加载完成）放置在浇筑坑槽中的钢架上，通过钢模预留的活动孔将混凝土浇筑其中。桩基预制的混凝土在进入模板的过程主要以自流为主，对于混凝土的塌落度要求需控制在250-270。同时，为了保证桩基的表面质量，在浇筑坑槽里的钢支架上固定有自振电机，使桩基钢模实现自振效果。钢模上方带有出气孔，保证混凝土表面的浮浆和原存于钢模内的空气顺利排出。同时，这些气孔也能让施工人员观测到混凝土在模板中的实时位置。
　　混凝土浇筑“一料双流”即可同时在一条线上开始两根桩基的混凝土浇筑工作，节约了时间，同时也最大限度的利用了有限的空间。每批次混凝土浇筑留置3组（每组不少于3块）同条件养护试件，留置不少于2组标准养护试件。
　　浇筑完成后，通过桁吊将其运输至下一道工序，预制桩基的养护、拆模环节。混凝土的强度增长条件表明了，在冬天寒冷条件下预制桩基的混凝土强度增长是存在问题的。为了保证冬季预应力混凝土施工的质量，现场预先加工了12M*10M*2M的半封闭式养护罩，使用电热鼓风机通过预留在养护罩上的通气孔，将高温空气输送进养护罩内。正常状态下，养护罩内温度为55℃，桩基钢模周围温度35℃，保证了混凝土能较快速度内到达拆模强度。
　　同时，该工序也加快了钢模板的倒用效率。在夏季的施工过程中，按照当地的规范规定，混凝土的入模温度不能超过32℃。为了满足这一要求，减少当地高温气候条件对预制效率的影响，现场引进摩洛哥制冷效果最好的制冷机，对混凝土施工用水进行降温处理，同时使用制冰机，将冰块投入到水中，进行施工用水的二次降温。现场的施工过程中，达到的最低混凝土出机温度为12℃。
　　5.2.6拆模及修复处理
　　拆模后的预制桩基要进行桩基表面质量验收，桩基预埋件验收。通过验收的桩基，按照要求会在桩身加印有四位数的“出厂编号”。该出厂编号对应有验收RFI，混凝土浇筑时间，混凝土浇筑温度，混凝土试块实验报告编号。
　　樁基表面出现蜂窝、麻面、针眼等缺陷时，必须经过专业处理并验收合格后方可进行下一道工序。
　　6、效益分析
　　结合摩洛哥努奥三期塔式光热电站中空预应力桩基项目进行分析，中空预应力混凝土桩基每根需要浇筑混凝土2.88m3， 采用中空预应力混凝土技术混凝土节省率为25%。镜场共有7400根桩基，混凝土节省量为5328m3。根据摩洛哥当地建材市场价格信息1m3混凝土的单价约为700人民币，产生的经济效益约为373万人民币。
　　7、结果评价
　　采用预应力桩基施工工艺，缩短了整体施工工期，仅需投入88人（2班倒），减少人员投入，节约了成本。采用本套施工工艺，施工质量得到提高，仅仅5个月5天，采用流水作业，施工效率高，人员投入少，经济效益高，值得推广使用。
　　参考文献：
　　[1]弹卡式连接预应力混凝土方桩接头力学性能研究[D]. 王云飞.浙江大学 2018
　　[2]复合配筋混凝土预制方桩力学性能研究[D]. 杨帆.浙江大学 2017
　　[3]PHC管桩混凝土加速养护负效应改进措施研究[D]. 姚峰.中国矿业大学 2016
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