風機基礎不均勻沉降觀測探討

(中國水利水電第四工程局有限公司西南分局，成都，610091)

風機屬于高聳建筑物(1.5MW風機輪轂高度在70m以上)，輕微的地基不均勻沉降，將使風機產生較大的水平偏差，在機艙、葉片、風力等荷載作用下，使原先在水平方向未能保持平整度的風機更加傾斜，給風電機組吊裝及運行帶來了較大的安全隱患。由于風機對基礎不均勻沉降有較強的敏感性，對基礎是否產生不均勻沉降，是否符合設計要求觀測分析，便是評定工程質量是否合格的不可缺少的一部分。目前對風機沉降觀測的常用方法是：布設基準點和沉降觀測點，將基準點和觀測點聯測。

1 基準點、觀測點的設計與布設

1.1 基準點的布設

每一個風電場區都要選取5～6個典型風機位進行沉降觀測，為了統一每個風電場的沉降觀測高程系統，提高觀測點測量精度以及成果分析的準確性，應該認真做好基準點的設計和布設。在基準點的設計和布設中，一是要考慮所測風電場的范圍；二是要考慮需要進行沉降觀測的典型風機位的相對位置；三是要考慮當地自然氣候條件的影響以及基準點本身的可靠性。因此，風機位沉降觀測的基準點布設要注意以下幾點：

(1)基準點應在風機基礎施工的同時進行，基準點布設應選擇在每個風場所選特征風機位測區的中間位置，數量選擇在2～3個，相鄰兩點之間地勢較平坦，易于聯測；觀測基點應圍繞典型風機位周圍布設，數量不能少于3個，且相鄰兩觀測基點間的距離在100m以內，便于相互校核，保證觀測精度；

(2)為保證基準點穩定，防止風機位開挖、施工以及施工振動時對其產生影響，最好埋設在場區中間、升壓站附近；觀測基點應埋設在風機基礎深度以外的兩倍區域為宜。標石埋設深度在凍土層以下，以便長期保存；

(3)標石應選擇普通水準標石或采用現澆標石；

(4)各基準點構成閉合圖形，以便檢?；鶞庶c自身的穩定性。

1.2 沉降觀測點的設計與布設

沉降觀測點是布置在特征風機位上的一系列觀測點，沉降觀測點位置的確定由設計人員在建(構)筑物基礎圖上布置，由施工單位負責施工，測量單位專業技術人員應到現場檢查沉降觀測點是否符合測量作業要求，位置和高度是否便于以后觀測，是否便于長期保存，并應對沉降觀測點進行保護，不準撞擊沉降觀測點，不得在沉降觀測點上放置重物，禁止任何破壞沉降觀測點的行為。沉降觀測點應盡量多布置，并且統一編號，第一次沉降觀測應該全面，隨著施工進度的開展，有些沉降觀測點會因為各種原因被破壞，從而失去觀測價值，因此，沉降觀測點位的選擇和保護對沉降觀測工作的連續性和準確性至關重要。

根據《建筑變形測量規范》(JGJ 8-2016)的要求，沉降觀測點的布設應遵循以下原則：煙囪和其它類似構筑物基礎的對稱軸線上，布設沉降觀測點數量不少于4個。因此，風機基礎的對稱軸線上，布設沉降觀測點4個。

1.3 觀測點的標志

(1)角鋼觀測點。將30mm×30mm×5mm的角鋼埋設在混凝土內，并使角鋼與混凝土面斜成60°角，角鋼露出混凝土面約40mm，角頂向上，角頂如有毛刺應拋光。

(2)銅頭觀測點。取直徑為18mm～22mm的鋼筋一小節(約230mm左右長)，將鋼筋的一端加工成半球狀(銅頭)并彎成90°，將鋼筋水平嵌入混凝土內，半球端垂直向上，鋼筋露出混凝土面約40mm。

無論采用哪種觀測點標志，都要保證制作觀測點的材料應耐腐蝕，保證水準尺立尺點部位突出、光滑、唯一，保證每次沉降觀測時的立尺點都在同一位置，確保觀測點位成果的準確性。

2 觀測精度要求

根據建筑物的特性和建設、設計單位的要求選擇沉降觀測精度的等級。在無特殊要求情況下，一般高層建(構)筑物采用二等水準測量的觀測方法就能滿足沉降觀測的要求。

由于風電場各個風機位布設的特殊性，工程基準點與各個觀測基點之間高差起伏很大，水準路線長度較長，高等級精度水準測量完成非常困難，基于以上原因，沉降觀測基點依據《建筑變形測量規范》(JGJ 8-2016)中的二級變形測量三等水準精度要求進行引測，觀測過程中嚴格執行測量規范中的各項限差要求。對觀測數據進行平差計算，精度指標按《建筑變形測量規范》(JGJ 8-2016)二級變形測量精度要求衡量。沒有特殊情況時，各次沉降觀測應該使用同一個高程基準點，以保證沉降觀測數據的可比性。每一個典型風機位的各觀測基點以及沉降觀測點采用二等水準測量的觀測方法進行觀測。

3 確保精度和提高效率的方法

風電場的自然條件較為惡劣，大風日較多，而且經常伴有細粒土砂。夏季陽光輻射強度大，地表溫度高。為提高測量精度，確保測量成果的準確性，結合實際情況，總結了以下幾點方法：

(1)觀測點的保護。觀測點不僅受到風沙雨水的影響，還可能受到人為破壞，觀測點的完好與否直接決定著觀測成果的準確性。因此，觀測點采用不易腐蝕的白鋼材質，還應有簡單的保護措施，防止人為破壞。

(2)水準儀的架設。風電場位于風力資源地區，大部分時間風速較大，降低水準儀架設高度，以避免標尺分劃線的成像跳動；當太陽輻射強度大，地表溫度高時，為減弱熱效應的影響，應盡量提升水準儀的架設高度。

(3)立水準尺。測區位置風沙較大，觀測點表面容易附著細小土砂粒，立尺前應擦拭觀測點表面與尺底，保證觀測點與尺底干凈接觸。

(4)水準儀的設置。按照規范，風力影響較大時不能觀測，但是風場內大部分時間內風速較大，受風力影響，成像跳動，造成同一尺兩次讀數出現較大差值，當差值造成測站高差之差超限，儀器提示剔除了超限數據；但某些時候肉眼無法判斷成像跳動，在數據處理分析過程中，對出現誤差的風機只能重新觀測，影響工作效率。因此，對含有超限的數據應盡可能通過儀器限差設置在測量過程中淘汰。

4 風機的沉降觀測

根據風機施工的特點和沉降觀測的精度要求，采取下列方法和措施：

(1)風機沉降觀測時應采用精密水準儀(S1、S05或S07)進行觀測，水準尺應使用高精度的銦瓦水準標尺。整個觀測始末采用相對固定測量作業人員、固定儀器設備、固定測站數的“三固定”辦法，從而提高沉降觀測的精度和進度。

(2)風機首次觀測的沉降點高程值是以后各次觀測數據用以比較的基礎，因此，應在基準點、沉降觀測點埋設穩定后進行觀測。

(3)根據《風電機組地基基礎設計規定》的要求，其觀測周期及間隔為：風機基礎澆筑完成后1次；機組安裝前后各一次；機組運行第7天1次；運行第一年每3個月觀測一次；運行一年后每年觀測一次直至穩定為止。當發生下列情況之一時，應該及時增加觀測：①地震、爆炸(發生在沉降觀測點附近的)后；②發生異常沉降現象；③最大差異沉降量呈現出規律性增大傾向。

(4)根據工程特點，建立合理的水準控制網，與觀測基準點聯測，平差計算出各觀測基準點的高程。待各次觀測記錄數據整理檢查無誤后，平差計算求得各次沉降點的高程值，最終獲得各沉降點的沉降量。

(5)按《工程測量規范》中的二級變形測量三等水準精度要求施測，以消除各種誤差對觀測成果精度的影響。其主要技術要求為：①高程中誤差≤±1.0mm；②相鄰點高差中誤差≤±0.5mm；③往返較差、附合或環線閉合差≤0.6mm。

5 風機沉降觀測資料的整理、分析

通過對觀測資料的整理、繪圖制表和說明，分析出各風機位的工作是否正常。內容如下：

(1)校核原始觀測記錄數據，檢查各次沉降觀測值計算是否正確；

(2)將各次觀測記錄整理檢查無誤后，進行平差計算，求出各次每個觀測點的高程值，從而確定出沉降量；

(3)根據各觀測周期平差計算的沉降量，列統計表，進行匯總；

(4)繪制各觀測點的下沉曲線。首先建立下沉曲線坐標，橫坐標為時間坐標，縱坐標上半部為荷載值，下半部為各沉降觀測周期的沉降量。將統計表中各觀測點對應的觀測周期所測得沉降量畫于坐標中，并將相應的荷載值也畫于坐標中，連線，就得到對應于荷載值的沉降曲線；

(5)根據沉降量統計表和沉降曲線圖，可分析風機位的沉降趨勢，分析沉降的原因，找出沉降值與引起其沉降的因素之間的關系，從而判斷出風機位的工作是否正常。

6 結語

隨著近幾年風力發電技術的快速發展，風機數量不斷增多，個別風機出現了倒塌的事故，給國家和企業造成了很大的損失，這也使在沉陷性較大的地基上建造的風機的不均勻沉降觀測顯得更為重要。通過風電場區典型風機位的沉降觀測，根據沉降量統計表和沉降曲線圖，可預測風機的沉降趨勢，將風機的沉降情況及時反饋有關部門，正確地指導施工，減少因不均勻沉降等因素造成巨大經濟損失。