風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)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(fēng)機(jī)屬于高聳建筑物(1.5MW風(fēng)機(jī)輪轂高度在70m以上)，輕微的地基不均勻沉降，將使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生較大的水平偏差，在機(jī)艙、葉片、風(fēng)力等荷載作用下，使原先在水平方向未能保持平整度的風(fēng)機(jī)更加傾斜，給風(fēng)電機(jī)組吊裝及運(yùn)行帶來了較大的安全隱患。由于風(fēng)機(jī)對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉降有較強(qiáng)的敏感性，對(duì)基礎(chǔ)是否產(chǎn)生不均勻沉降，是否符合設(shè)計(jì)要求觀測分析，便是評(píng)定工程質(zhì)量是否合格的不可缺少的一部分。目前對(duì)風(fēng)機(jī)沉降觀測的常用方法是：布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)和沉降觀測點(diǎn)，將基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測點(diǎn)聯(lián)測。

1 基準(zhǔn)點(diǎn)、觀測點(diǎn)的設(shè)計(jì)與布設(shè)

1.1 基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)

每一個(gè)風(fēng)電場區(qū)都要選取5～6個(gè)典型風(fēng)機(jī)位進(jìn)行沉降觀測，為了統(tǒng)一每個(gè)風(fēng)電場的沉降觀測高程系統(tǒng)，提高觀測點(diǎn)測量精度以及成果分析的準(zhǔn)確性，應(yīng)該認(rèn)真做好基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和布設(shè)。在基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和布設(shè)中，一是要考慮所測風(fēng)電場的范圍；二是要考慮需要進(jìn)行沉降觀測的典型風(fēng)機(jī)位的相對(duì)位置；三是要考慮當(dāng)?shù)刈匀粴夂驐l件的影響以及基準(zhǔn)點(diǎn)本身的可靠性。因此，風(fēng)機(jī)位沉降觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)要注意以下幾點(diǎn)：

(1)基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工的同時(shí)進(jìn)行，基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)選擇在每個(gè)風(fēng)場所選特征風(fēng)機(jī)位測區(qū)的中間位置，數(shù)量選擇在2～3個(gè)，相鄰兩點(diǎn)之間地勢較平坦，易于聯(lián)測；觀測基點(diǎn)應(yīng)圍繞典型風(fēng)機(jī)位周圍布設(shè)，數(shù)量不能少于3個(gè)，且相鄰兩觀測基點(diǎn)間的距離在100m以內(nèi)，便于相互校核，保證觀測精度；

(2)為保證基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定，防止風(fēng)機(jī)位開挖、施工以及施工振動(dòng)時(shí)對(duì)其產(chǎn)生影響，最好埋設(shè)在場區(qū)中間、升壓站附近；觀測基點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)深度以外的兩倍區(qū)域?yàn)橐恕?biāo)石埋設(shè)深度在凍土層以下，以便長期保存；

(3)標(biāo)石應(yīng)選擇普通水準(zhǔn)標(biāo)石或采用現(xiàn)澆標(biāo)石；

(4)各基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成閉合圖形，以便檢?；鶞?zhǔn)點(diǎn)自身的穩(wěn)定性。

1.2 沉降觀測點(diǎn)的設(shè)計(jì)與布設(shè)

沉降觀測點(diǎn)是布置在特征風(fēng)機(jī)位上的一系列觀測點(diǎn)，沉降觀測點(diǎn)位置的確定由設(shè)計(jì)人員在建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)圖上布置，由施工單位負(fù)責(zé)施工，測量單位專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)到現(xiàn)場檢查沉降觀測點(diǎn)是否符合測量作業(yè)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(yīng)對(duì)沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，不準(zhǔn)撞擊沉降觀測點(diǎn)，不得在沉降觀測點(diǎn)上放置重物，禁止任何破壞沉降觀測點(diǎn)的行為。沉降觀測點(diǎn)應(yīng)盡量多布置，并且統(tǒng)一編號(hào)，第一次沉降觀測應(yīng)該全面，隨著施工進(jìn)度的開展，有些沉降觀測點(diǎn)會(huì)因?yàn)楦鞣N原因被破壞，從而失去觀測價(jià)值，因此，沉降觀測點(diǎn)位的選擇和保護(hù)對(duì)沉降觀測工作的連續(xù)性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8-2016)的要求，沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)遵循以下原則：煙囪和其它類似構(gòu)筑物基礎(chǔ)的對(duì)稱軸線上，布設(shè)沉降觀測點(diǎn)數(shù)量不少于4個(gè)。因此，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的對(duì)稱軸線上，布設(shè)沉降觀測點(diǎn)4個(gè)。

1.3 觀測點(diǎn)的標(biāo)志

(1)角鋼觀測點(diǎn)。將30mm×30mm×5mm的角鋼埋設(shè)在混凝土內(nèi)，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(yīng)拋光。

(2)銅頭觀測點(diǎn)。取直徑為18mm～22mm的鋼筋一小節(jié)(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(nèi)，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(diǎn)標(biāo)志，都要保證制作觀測點(diǎn)的材料應(yīng)耐腐蝕，保證水準(zhǔn)尺立尺點(diǎn)部位突出、光滑、唯一，保證每次沉降觀測時(shí)的立尺點(diǎn)都在同一位置，確保觀測點(diǎn)位成果的準(zhǔn)確性。

2 觀測精度要求

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

由于風(fēng)電場各個(gè)風(fēng)機(jī)位布設(shè)的特殊性，工程基準(zhǔn)點(diǎn)與各個(gè)觀測基點(diǎn)之間高差起伏很大，水準(zhǔn)路線長度較長，高等級(jí)精度水準(zhǔn)測量完成非常困難，基于以上原因，沉降觀測基點(diǎn)依據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8-2016)中的二級(jí)變形測量三等水準(zhǔn)精度要求進(jìn)行引測，觀測過程中嚴(yán)格執(zhí)行測量規(guī)范中的各項(xiàng)限差要求。對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算，精度指標(biāo)按《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8-2016)二級(jí)變形測量精度要求衡量。沒有特殊情況時(shí)，各次沉降觀測應(yīng)該使用同一個(gè)高程基準(zhǔn)點(diǎn)，以保證沉降觀測數(shù)據(jù)的可比性。每一個(gè)典型風(fēng)機(jī)位的各觀測基點(diǎn)以及沉降觀測點(diǎn)采用二等水準(zhǔn)測量的觀測方法進(jìn)行觀測。

3 確保精度和提高效率的方法

風(fēng)電場的自然條件較為惡劣，大風(fēng)日較多，而且經(jīng)常伴有細(xì)粒土砂。夏季陽光輻射強(qiáng)度大，地表溫度高。為提高測量精度，確保測量成果的準(zhǔn)確性，結(jié)合實(shí)際情況，總結(jié)了以下幾點(diǎn)方法：

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

(2)水準(zhǔn)儀的架設(shè)。風(fēng)電場位于風(fēng)力資源地區(qū)，大部分時(shí)間風(fēng)速較大，降低水準(zhǔn)儀架設(shè)高度，以避免標(biāo)尺分劃線的成像跳動(dòng)；當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度大，地表溫度高時(shí)，為減弱熱效應(yīng)的影響，應(yīng)盡量提升水準(zhǔn)儀的架設(shè)高度。

(3)立水準(zhǔn)尺。測區(qū)位置風(fēng)沙較大，觀測點(diǎn)表面容易附著細(xì)小土砂粒，立尺前應(yīng)擦拭觀測點(diǎn)表面與尺底，保證觀測點(diǎn)與尺底干凈接觸。

(4)水準(zhǔn)儀的設(shè)置。按照規(guī)范，風(fēng)力影響較大時(shí)不能觀測，但是風(fēng)場內(nèi)大部分時(shí)間內(nèi)風(fēng)速較大，受風(fēng)力影響，成像跳動(dòng)，造成同一尺兩次讀數(shù)出現(xiàn)較大差值，當(dāng)差值造成測站高差之差超限，儀器提示剔除了超限數(shù)據(jù)；但某些時(shí)候肉眼無法判斷成像跳動(dòng)，在數(shù)據(jù)處理分析過程中，對(duì)出現(xiàn)誤差的風(fēng)機(jī)只能重新觀測，影響工作效率。因此，對(duì)含有超限的數(shù)據(jù)應(yīng)盡可能通過儀器限差設(shè)置在測量過程中淘汰。

4 風(fēng)機(jī)的沉降觀測

根據(jù)風(fēng)機(jī)施工的特點(diǎn)和沉降觀測的精度要求，采取下列方法和措施：

(1)風(fēng)機(jī)沉降觀測時(shí)應(yīng)采用精密水準(zhǔn)儀(S1、S05或S07)進(jìn)行觀測，水準(zhǔn)尺應(yīng)使用高精度的銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺。整個(gè)觀測始末采用相對(duì)固定測量作業(yè)人員、固定儀器設(shè)備、固定測站數(shù)的“三固定”辦法，從而提高沉降觀測的精度和進(jìn)度。

(2)風(fēng)機(jī)首次觀測的沉降點(diǎn)高程值是以后各次觀測數(shù)據(jù)用以比較的基礎(chǔ)，因此，應(yīng)在基準(zhǔn)點(diǎn)、沉降觀測點(diǎn)埋設(shè)穩(wěn)定后進(jìn)行觀測。

(3)根據(jù)《風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定》的要求，其觀測周期及間隔為：風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)澆筑完成后1次；機(jī)組安裝前后各一次；機(jī)組運(yùn)行第7天1次；運(yùn)行第一年每3個(gè)月觀測一次；運(yùn)行一年后每年觀測一次直至穩(wěn)定為止。當(dāng)發(fā)生下列情況之一時(shí)，應(yīng)該及時(shí)增加觀測：①地震、爆炸(發(fā)生在沉降觀測點(diǎn)附近的)后；②發(fā)生異常沉降現(xiàn)象；③最大差異沉降量呈現(xiàn)出規(guī)律性增大傾向。

(4)根據(jù)工程特點(diǎn)，建立合理的水準(zhǔn)控制網(wǎng)，與觀測基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測，平差計(jì)算出各觀測基準(zhǔn)點(diǎn)的高程。待各次觀測記錄數(shù)據(jù)整理檢查無誤后，平差計(jì)算求得各次沉降點(diǎn)的高程值，最終獲得各沉降點(diǎn)的沉降量。

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

5 風(fēng)機(jī)沉降觀測資料的整理、分析

通過對(duì)觀測資料的整理、繪圖制表和說明，分析出各風(fēng)機(jī)位的工作是否正常。內(nèi)容如下：

(1)校核原始觀測記錄數(shù)據(jù)，檢查各次沉降觀測值計(jì)算是否正確；

(2)將各次觀測記錄整理檢查無誤后，進(jìn)行平差計(jì)算，求出各次每個(gè)觀測點(diǎn)的高程值，從而確定出沉降量；

(3)根據(jù)各觀測周期平差計(jì)算的沉降量，列統(tǒng)計(jì)表，進(jìn)行匯總；

(4)繪制各觀測點(diǎn)的下沉曲線。首先建立下沉曲線坐標(biāo)，橫坐標(biāo)為時(shí)間坐標(biāo)，縱坐標(biāo)上半部為荷載值，下半部為各沉降觀測周期的沉降量。將統(tǒng)計(jì)表中各觀測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觀測周期所測得沉降量畫于坐標(biāo)中，并將相應(yīng)的荷載值也畫于坐標(biāo)中，連線，就得到對(duì)應(yīng)于荷載值的沉降曲線；

(5)根據(jù)沉降量統(tǒng)計(jì)表和沉降曲線圖，可分析風(fēng)機(jī)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(guān)系，從而判斷出風(fēng)機(jī)位的工作是否正常。

6 結(jié)語

隨著近幾年風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)機(jī)數(shù)量不斷增多，個(gè)別風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了倒塌的事故，給國家和企業(yè)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(fēng)機(jī)的不均勻沉降觀測顯得更為重要。通過風(fēng)電場區(qū)典型風(fēng)機(jī)位的沉降觀測，根據(jù)沉降量統(tǒng)計(jì)表和沉降曲線圖，可預(yù)測風(fēng)機(jī)的沉降趨勢，將風(fēng)機(jī)的沉降情況及時(shí)反饋有關(guān)部門，正確地指導(dǎo)施工，減少因不均勻沉降等因素造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。