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　　随着风电机组技术的发展,机组选型趋向于大容量、高塔筒、长叶片,风电机组的静、动载荷也随之增大,风机基础不仅要承受较大水平及倾覆力矩,风机在运行状态随着机舱的偏航,其主要受力大小及方向时刻发生变化,这使得风机基础的受力状态要比其它高耸构筑物基础受力更复杂。同时由于一些风电场的地形地貌较为特殊,如府谷风电场处于非自重湿陷性黄土地区(湿陷等级Ⅱ级),该地貌在未受水浸湿时一般强度较高,压缩性较小,当在一定压力下受水浸湿,土结构会迅速破坏,产生较大附加下沉,强度迅速降低,这就需要对风机基础沉降进行严格监测,以保证风机的安全稳定运行。

　　1 沉降观测点和基准点

　　根据《建筑变形测量规范》,每台风机于基础施工时应在基础轴线相交的对称位置上设置不少于4个沉降观测点。沉降观测点可以采用30mm×30mm×5mm的角钢,角钢与竖直方向成60度角,角钢露出约40mm,角顶向上,角顶的毛刺应抛光;也可以采用钢筋作观测点,钢筋一端加工成半球面并垂直向上(图1)。无论采用哪种沉降观测点,都要保证沉降观测点材料具有良好的抗腐蚀性,保证测量时水准尺立尺点突出、光滑、唯一,确保沉降观测的准确性。

　　基准点优先设置在距离不小于3倍风机基础深度以外稳定的原状土层内或裸露基岩上,也可考虑在风机基础最大宽度2倍距离外侧,但要求埋深应大于冻土层,易于长期保存。按照《GB50026-2007工程测量规范》,每基风机位周边布设不少于3个一组的基准点,便于互相校核,要求基准点基本上或接近同一高程面上,便于水准测量。根据现场实际情况两个、三个或多个风机位可公用一组基准点进行沉降观测。埋设的基准点可采用混凝土基准点标石(图2),也可将基准点镶嵌在裸露基岩上。基准点标志的立尺部位要采用耐腐蚀的金属材料制作,应突出、光滑、唯一,并要求每个标志应安装保护罩,以防撞击。沉降观测点和基准点应统一编号管理。

　　2 沉降点观测标准、观测频率、周期

　　2.1 沉降点观测标准

　　府谷风电场风机基础设计为乙级的高耸独立建构物,依据规范确定风机基础沉降监测等级为二等,对应《建筑变形测量规范》中二级,要求变形观测点的高程中误差为0.5mm,风机基础沉降观测采用二等闭合水准测量[1]。基准点、工作基点布设、仪器设备配备、观测方法及观测精度均需满足规范二等技术要求。高程和沉降量数据处理的数值取位要求为0.01mm。沉降点观测(包括基准点)应符合下列要求:在较短时间内完成现场观测任务;采用相同的观测路线和观测方法;使用同一仪器和设备;观测人员相对固定;记录相关的环境因素(包括荷载、温度、气压、风向及风力等);采用相对统一的基准处理数据;每期观测前应对使用的仪器和设备进行校核,并做好记录。

　　2.2 沉降点观测频率、周期

　　施工阶段沉降观测频率及周期按照下列要求并结合实际情况确定:风机基础施工完成出±0.00米,安装沉降观测点标志后即可开始首次观测;组装风机塔筒前和结束后应各观测一次;组装风机叶片前后应各观测一次;整个施工期间原则上观测次数不少于6次,但观测时间、次数应根据地基状况和增加荷载情况区别对待;施工中遇到2个月以上停工时,应在停工时和重开工时各观测一次,并每隔2个月观测一次。

　　运行阶段。风机试运前观测一次,运行后应视地基土类型和沉降速率大小而定。根据《JGJ8-2007建筑变形测量规范》,除有特殊要求外,可在第一年观测3～4次,第二年观测2～3次,第三年后每年观测1次,直至稳定为止。沉降是否稳定应根据沉降量与时间关系曲线断定,当最后100天的沉降速率小于0.01～0.04mm/天时可认为已进入稳定阶段,一般工程上取0.02mm/天。

　　特殊情况。若有基础附近地面荷载突然增减、基础四周大量积水、长时间连续降雨等情况,均应及时增加观测次数。当风机基础突然发生大量沉降、不均匀沉降或严重裂缝时,应立即进行逐日或2～3天一次的连续观测[2]。

　　3 沉降观测方法及数据管理与分析

　　3.1 观测仪器及使用要求

　　风机基础沉降观测应使用S1以上精度的精密水准仪,水准尺应使用高精度的铟钢尺,整个观测期间应采用固定测量作业人员、固定仪器设备、固定测站数的“三固定”方法。水准测量中,把立尺的位置称为测点,水准仪安放的位置称为测站。

　　使用水准仪观测时应按下列要求作业:应在标尺分划线成像清晰和稳定的条件下进行观测。不得在日出后或日落前约半小时、风力大于四级、气温突变时以及标尺分划线的成像跳动而难以照准时进行观测,阴天可全天观测;观测前半小时应将仪器置于露天阴影下,使仪器与外界气温趋于一致。设站时应用测伞遮蔽阳光,使用数字水准仪前还应进行预热;使用数字水准仪应避免望远镜直接对着太阳,并避免视线被遮挡,仪器应在其生产厂家规定的温度范围内工作;使用数字水准仪测量时,测量距离应大于3m且小于50m;为消除误差,应使测站距前后测点距离尽量相等,数字水准仪进行二等测量前后视距差应小于1.5m。

　　3.2 观测方法

　　水准测量的原理是利用水准仪提供的一条水平视线[3],测出两地面点之间的高差,然后根据已知点的高程和高差,推算出另一个点的高程。水准测量方向是由已知高程点开始向待测点方向行进。图3中A为已知高程点,B为待测点,A尺上的读数a称为后视读数,B尺上的读数b称为前视读数,则A、B两点的高差为hAB=a-b,若已知A点高程HA,则B点高程为:HB=HA+hAB=HA+(a-b)。首先从已知高程的水准点使用连续水准测量方法,通过往返形成闭合水准路线(图4),测得风机周围基准点的高程。进行沉降观测时只选定一个基准点,并且固定使用该基准点,定期通过另外两个基准点校核使用基准点,确保该基准点稳固可靠。

　　通过闭合水准路线方法对风机4个沉降观测点进行观测(图5),即先测基准点与观测点1之间的高差,再测观测点2与观测点1之间的高差,依次测量,最后测量基准点与观测点4的高差。闭合水准路线中各段高差的代数和应为零,但实测高差总和不一定为零,从而产生闭合差,即fh=∑h测,fh应小于mm(n为测站数)。由于闭合差与测站数或测量距离成正比,站数越多、路线越长观测误差累计越大,所以将闭合差按照测站数或测量距离平均分配到各段高差中,这个过程叫做平差。通过计算各观测点与基准点的高差,平差后可以推算出各点的高程。首次观测应连续进行两次独立观测,取其观测结果的平均值作为沉降量的初始值。通过后续的沉降观测,通过观测点的高程差可以计算出基础沉降量。

　　3.3 数据管理与分析

　　由于沉降观测周期长、数据量大、对后期运营维护十分重要,因此必须加强对施工期间沉降观测数据的管理工作。测量数据应统一接口,统一数据格式,统一管理。每次测量完成后应及时进行数据处理[4]。沉降变形分析是沉降观测的核心内容,总体上其主要包含绝对沉降、相对差异沉降两部分。沉降变形分析主要指标包括:沉降观测点的绝对沉降量,同一风机基础沉降点的相对沉降量,沉降速率等。通过沉降变形分析,形成沉降变形观测分析报告。

　　4 结语

　　风机基础的沉降观测点与基准点应随基础施工同步完成,沉降观测工作需从基础施工开始至带负荷运行期间严格按照周期开展,完整的观测记录对风机基础的绝对沉降、相对差异沉降结果分析及判断起到至关重要的作用。同时,由于沉降观测主要涉及水准测量的专业知识,测量结果要求有较高的精度,这就需要测量人员具有良好的技术水平、丰富的测量经验和较高的责任心,科学有序地开展风机基础沉降观测工作是风机安全稳定运行的重要保障。

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