風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)沉降監(jiān)測方法研究

摘 要：沉降觀測的目的是監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電塔的沉降和傾斜變形，根據(jù)其變形量及變形速率來監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電塔的施工安全和運營穩(wěn)定。常規(guī)的沉降觀測方法是采用閉合水準(zhǔn)測量的方法，但這種方法影響其觀測速度和精度，為此本文提出了往返同時觀測的方法，對提高觀測速度和精度具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電塔 沉降監(jiān)測 傾斜變形 沉降速率

中圖分類號：P224 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0012-02

神華國華瑞豐風(fēng)力發(fā)電場，每一個項目安裝33臺2000KW等級的REPOWER MM8型風(fēng)力發(fā)電機組，每臺機組由三部分組成，基礎(chǔ)部分有32根抗浮管樁組成，其上設(shè)一直徑17m的圓臺型承臺，承臺的最上面有一直徑為4m、高為1m的承臺基礎(chǔ)。基礎(chǔ)之上是80m高的塔筒，塔筒頂部為40m風(fēng)扇和發(fā)電機組。風(fēng)力發(fā)電塔施工及運營過程中，由于受到風(fēng)力、海潮和自身重量的影響，風(fēng)力發(fā)電塔及基礎(chǔ)可能會有沉浮降傾斜變形。如果沉浮過大，可能導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電塔傾斜，最終導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電塔破壞。因此，為確保風(fēng)力發(fā)電塔的施工和運營的安全，在施工過程中和運營期間，必須對風(fēng)力發(fā)電塔及其基礎(chǔ)進(jìn)行沉降監(jiān)測。

1 風(fēng)力發(fā)電塔沉降監(jiān)測的方法

隨著風(fēng)力發(fā)電塔施工進(jìn)展，荷載不斷增加，風(fēng)力發(fā)電塔及其基礎(chǔ)不斷下沉，風(fēng)力發(fā)電塔施工完成后，在風(fēng)荷載的作用下，隨著時間的增長，風(fēng)力發(fā)電塔的沉降（或上浮）和傾斜也在不斷變化，通過觀測其沉降量，來監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電塔的沉浮情況，及時調(diào)整施工進(jìn)度，必要時采取措施，確保風(fēng)力發(fā)電塔的穩(wěn)定和安全。同時，根據(jù)沉降量及觀測時間的關(guān)系曲線，計算風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)的沉降速率；由沉降曲線，計算沉降曲率系數(shù)；并通過累積沉降量、沉降速率和沉降曲率系數(shù)，預(yù)測風(fēng)力發(fā)電塔的穩(wěn)定及安全情況。

目前，風(fēng)力發(fā)電塔沉降觀測通常是閉合水準(zhǔn)測量的方法，觀測每個風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)上對稱布置的4個觀測點的高程；通過每觀測周期的高程變化計算風(fēng)力發(fā)電塔的沉降量和沉降速率；并通過直徑上2個觀測點的沉降差，來計算基礎(chǔ)的傾斜變形；根據(jù)沉降量及觀測時間的關(guān)系曲線，計算沉降曲率系數(shù)。并通過累積沉降量、沉降速率和沉降曲率系數(shù)，預(yù)測風(fēng)力發(fā)電塔的穩(wěn)定及安全情況。沉降觀測點的布置如圖1所示： 圖1 沉降觀測點布置圖

風(fēng)力發(fā)電塔沉降觀測通常是采用二等閉合水準(zhǔn)測量的方法，即國有二等水準(zhǔn)測量觀測方法，國家二等水準(zhǔn)測量的主要技術(shù)要求如表1所示。

二等水準(zhǔn)測量的觀測程序為：后前前后或后后前前的觀測順序。由于臨時水準(zhǔn)點與風(fēng)力發(fā)電塔上的四個沉降觀測點相距較近，如果按照閉合水準(zhǔn)測量的方法對四個沉降點進(jìn)行觀測，最少需要觀測5個測站，其中至少有2個測站是位于相同的觀測點上，這樣的觀測程序必然導(dǎo)致在相同的位置重復(fù)設(shè)置測站，增加了測站數(shù)和同一個觀測點上立水準(zhǔn)尺的次數(shù)。從而降低的閉合水準(zhǔn)測量的觀測數(shù)度，并增加了沉降觀測的時間。為此，本文提出了往返同時觀測的水準(zhǔn)測量的方法。

2 往返同時觀測法

往返同時觀測的水準(zhǔn)測量法。是采用了后后前前的觀測程序，由于電子水準(zhǔn)儀只讀取中線讀數(shù)和視距，所以不存在讀取紅黑面讀數(shù)的問題，只是在一個水準(zhǔn)尺上讀取2次讀數(shù)，取其平均值即可，所以均為后后前前的觀測程序。往返同時觀測的沉降觀測方法，就是在電子水準(zhǔn)儀后視工作基點時，首先讀取兩組數(shù)據(jù)為水準(zhǔn)點上的后視讀數(shù)，記錄完數(shù)據(jù)后，接著再讀取兩組數(shù)據(jù)做為最后返測時的前視讀數(shù)。觀測順序如圖2所示。

如圖2所示，在第1站，首先讀取臨時水準(zhǔn)點（ZH102）上的后視讀數(shù)，然后緊接著讀取本站的前視讀數(shù)，轉(zhuǎn)動儀器讀取點2（或TP1）上的前視讀書數(shù)，再讀取點4（或TP2）上的后視讀數(shù)。此時，點1作為中間點，讀取間視即可。然后搬儀器至第2站，點2做為轉(zhuǎn)點（TP1），點2上的讀數(shù)為后視讀數(shù)，4點也做為轉(zhuǎn)點（TP2），點4上的讀數(shù)為前視讀數(shù)，點3做為中間點，讀取間視即可。因此，在一個風(fēng)力發(fā)電塔上，只要安置兩次儀器即可將4個沉降點全部觀測完成。如果點2和點4不能同時看到，可以將點2和點1做為轉(zhuǎn)點（或點1和點4），這樣最多三站即可完成一個風(fēng)力發(fā)電塔的沉降觀測。

往返同時觀測法，即加快了一個塔的沉降觀測速度，節(jié)約觀測時間。同時，由于減少安置儀器的次數(shù)，減少了沉降觀測的測量誤差，提高了沉降觀測的精度。從觀測數(shù)據(jù)及觀測成果來看，其觀測精度高于多測站的閉合水準(zhǔn)測量，當(dāng)然此方法的理論根據(jù)是以閉合水準(zhǔn)測量為基礎(chǔ)，沉降觀測的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求均滿足《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8—2007）之標(biāo)準(zhǔn)。

3 沉降觀測的數(shù)據(jù)處理及精度分析

國華瑞豐風(fēng)力發(fā)電塔沉降觀測項目，在每期沉降觀測結(jié)束后，根據(jù)測量誤差理論及統(tǒng)計檢驗原理對獲取的觀測數(shù)據(jù)及時進(jìn)行平差計算和處理，并計算各點的沉降量、累積沉降量、沉降速率和風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)傾斜量。

觀測數(shù)據(jù)的平差計算是以每個風(fēng)力發(fā)電塔的工作基點（風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)附近輸電線塔基礎(chǔ)上的工作基準(zhǔn)點）為起算點，采用清華三維平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差。平差前對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選，剔除了含有粗差的觀測數(shù)據(jù)。例如，4個沉降觀測點中，3個點的沉降量均較小，僅一個沉降量很大，這可能是由于此點破壞或人為碰撞而產(chǎn)生數(shù)據(jù)突變，對這樣的數(shù)據(jù)要剔除，然后進(jìn)行平差計算，從而達(dá)到高精度的觀測成果。

觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，將原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行簡易平差計算。求得每期各沉降觀測點的高程、本期沉降量（高程差）、累積沉降量和沉降速率。同時，根據(jù)對徑方向上的兩個沉降點的沉降量之差，來計算風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)的傾斜量。數(shù)學(xué)模型如下：

4 結(jié)語

往返同時觀測法的觀測精度均達(dá)到國家二等水準(zhǔn)測量的各項技術(shù)指標(biāo)要求，沉降觀測程序及觀測技術(shù)要求符合《建筑變形測量規(guī)范》和《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》的技術(shù)。同時，也滿足現(xiàn)行國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國華瑞豐風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)沉降監(jiān)測技術(shù)要求。從監(jiān)測數(shù)據(jù)上看，沉降觀測的最大閉合差為±0.1mm，最小閉合差為0.00mm，由于觀測站僅兩站，大部分閉合差為±0.05 mm左右，由此可見往返同時進(jìn)行的水準(zhǔn)測量方法，其觀測精度較高，觀測時間也較少，提高了觀測精度和觀測效率。同時，本觀測方法也可用于其它類似項目的沉降觀測中，對其它工程的沉降觀測具有重要的指導(dǎo)意義。

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