风机基础不均匀沉降观测探讨

(中国水利水电第四工程局有限公司西南分局，成都，610091)

风机属于高耸建筑物(1.5MW风机轮毂高度在70m以上)，轻微的地基不均匀沉降，将使风机产生较大的水平偏差，在机舱、叶片、风力等荷载作用下，使原先在水平方向未能保持平整度的风机更加倾斜，给风电机组吊装及运行带来了较大的安全隐患。由于风机对基础不均匀沉降有较强的敏感性，对基础是否产生不均匀沉降，是否符合设计要求观测分析，便是评定工程质量是否合格的不可缺少的一部分。目前对风机沉降观测的常用方法是：布设基准点和沉降观测点，将基准点和观测点联测。

1 基准点、观测点的设计与布设

1.1 基准点的布设

每一个风电场区都要选取5～6个典型风机位进行沉降观测，为了统一每个风电场的沉降观测高程系统，提高观测点测量精度以及成果分析的准确性，应该认真做好基准点的设计和布设。在基准点的设计和布设中，一是要考虑所测风电场的范围；二是要考虑需要进行沉降观测的典型风机位的相对位置；三是要考虑当地自然气候条件的影响以及基准点本身的可靠性。因此，风机位沉降观测的基准点布设要注意以下几点：

(1)基准点应在风机基础施工的同时进行，基准点布设应选择在每个风场所选特征风机位测区的中间位置，数量选择在2～3个，相邻两点之间地势较平坦，易于联测；观测基点应围绕典型风机位周围布设，数量不能少于3个，且相邻两观测基点间的距离在100m以内，便于相互校核，保证观测精度；

(2)为保证基准点稳定，防止风机位开挖、施工以及施工振动时对其产生影响，最好埋设在场区中间、升压站附近；观测基点应埋设在风机基础深度以外的两倍区域为宜。标石埋设深度在冻土层以下，以便长期保存；

(3)标石应选择普通水准标石或采用现浇标石；

(4)各基准点构成闭合图形，以便检校基准点自身的稳定性。

1.2 沉降观测点的设计与布设

沉降观测点是布置在特征风机位上的一系列观测点，沉降观测点位置的确定由设计人员在建(构)筑物基础图上布置，由施工单位负责施工，测量单位专业技术人员应到现场检查沉降观测点是否符合测量作业要求，位置和高度是否便于以后观测，是否便于长期保存，并应对沉降观测点进行保护，不准撞击沉降观测点，不得在沉降观测点上放置重物，禁止任何破坏沉降观测点的行为。沉降观测点应尽量多布置，并且统一编号，第一次沉降观测应该全面，随着施工进度的开展，有些沉降观测点会因为各种原因被破坏，从而失去观测价值，因此，沉降观测点位的选择和保护对沉降观测工作的连续性和准确性至关重要。

根据《建筑变形测量规范》(JGJ 8-2016)的要求，沉降观测点的布设应遵循以下原则：烟囱和其它类似构筑物基础的对称轴线上，布设沉降观测点数量不少于4个。因此，风机基础的对称轴线上，布设沉降观测点4个。

1.3 观测点的标志

(1)角钢观测点。将30mm×30mm×5mm的角钢埋设在混凝土内，并使角钢与混凝土面斜成60°角，角钢露出混凝土面约40mm，角顶向上，角顶如有毛刺应抛光。

(2)铜头观测点。取直径为18mm～22mm的钢筋一小节(约230mm左右长)，将钢筋的一端加工成半球状(铜头)并弯成90°，将钢筋水平嵌入混凝土内，半球端垂直向上，钢筋露出混凝土面约40mm。

无论采用哪种观测点标志，都要保证制作观测点的材料应耐腐蚀，保证水准尺立尺点部位突出、光滑、唯一，保证每次沉降观测时的立尺点都在同一位置，确保观测点位成果的准确性。

2 观测精度要求

根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测精度的等级。在无特殊要求情况下，一般高层建(构)筑物采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。

由于风电场各个风机位布设的特殊性，工程基准点与各个观测基点之间高差起伏很大，水准路线长度较长，高等级精度水准测量完成非常困难，基于以上原因，沉降观测基点依据《建筑变形测量规范》(JGJ 8-2016)中的二级变形测量三等水准精度要求进行引测，观测过程中严格执行测量规范中的各项限差要求。对观测数据进行平差计算，精度指标按《建筑变形测量规范》(JGJ 8-2016)二级变形测量精度要求衡量。没有特殊情况时，各次沉降观测应该使用同一个高程基准点，以保证沉降观测数据的可比性。每一个典型风机位的各观测基点以及沉降观测点采用二等水准测量的观测方法进行观测。

3 确保精度和提高效率的方法

风电场的自然条件较为恶劣，大风日较多，而且经常伴有细粒土砂。夏季阳光辐射强度大，地表温度高。为提高测量精度，确保测量成果的准确性，结合实际情况，总结了以下几点方法：

(1)观测点的保护。观测点不仅受到风沙雨水的影响，还可能受到人为破坏，观测点的完好与否直接决定着观测成果的准确性。因此，观测点采用不易腐蚀的白钢材质，还应有简单的保护措施，防止人为破坏。

(2)水准仪的架设。风电场位于风力资源地区，大部分时间风速较大，降低水准仪架设高度，以避免标尺分划线的成像跳动；当太阳辐射强度大，地表温度高时，为减弱热效应的影响，应尽量提升水准仪的架设高度。

(3)立水准尺。测区位置风沙较大，观测点表面容易附着细小土砂粒，立尺前应擦拭观测点表面与尺底，保证观测点与尺底干净接触。

(4)水准仪的设置。按照规范，风力影响较大时不能观测，但是风场内大部分时间内风速较大，受风力影响，成像跳动，造成同一尺两次读数出现较大差值，当差值造成测站高差之差超限，仪器提示剔除了超限数据；但某些时候肉眼无法判断成像跳动，在数据处理分析过程中，对出现误差的风机只能重新观测，影响工作效率。因此，对含有超限的数据应尽可能通过仪器限差设置在测量过程中淘汰。

4 风机的沉降观测

根据风机施工的特点和沉降观测的精度要求，采取下列方法和措施：

(1)风机沉降观测时应采用精密水准仪(S1、S05或S07)进行观测，水准尺应使用高精度的铟瓦水准标尺。整个观测始末采用相对固定测量作业人员、固定仪器设备、固定测站数的“三固定”办法，从而提高沉降观测的精度和进度。

(2)风机首次观测的沉降点高程值是以后各次观测数据用以比较的基础，因此，应在基准点、沉降观测点埋设稳定后进行观测。

(3)根据《风电机组地基基础设计规定》的要求，其观测周期及间隔为：风机基础浇筑完成后1次；机组安装前后各一次；机组运行第7天1次；运行第一年每3个月观测一次；运行一年后每年观测一次直至稳定为止。当发生下列情况之一时，应该及时增加观测：①地震、爆炸(发生在沉降观测点附近的)后；②发生异常沉降现象；③最大差异沉降量呈现出规律性增大倾向。

(4)根据工程特点，建立合理的水准控制网，与观测基准点联测，平差计算出各观测基准点的高程。待各次观测记录数据整理检查无误后，平差计算求得各次沉降点的高程值，最终获得各沉降点的沉降量。

(5)按《工程测量规范》中的二级变形测量三等水准精度要求施测，以消除各种误差对观测成果精度的影响。其主要技术要求为：①高程中误差≤±1.0mm；②相邻点高差中误差≤±0.5mm；③往返较差、附合或环线闭合差≤0.6mm。

5 风机沉降观测资料的整理、分析

通过对观测资料的整理、绘图制表和说明，分析出各风机位的工作是否正常。内容如下：

(1)校核原始观测记录数据，检查各次沉降观测值计算是否正确；

(2)将各次观测记录整理检查无误后，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值，从而确定出沉降量；

(3)根据各观测周期平差计算的沉降量，列统计表，进行汇总；

(4)绘制各观测点的下沉曲线。首先建立下沉曲线坐标，横坐标为时间坐标，纵坐标上半部为荷载值，下半部为各沉降观测周期的沉降量。将统计表中各观测点对应的观测周期所测得沉降量画于坐标中，并将相应的荷载值也画于坐标中，连线，就得到对应于荷载值的沉降曲线；

(5)根据沉降量统计表和沉降曲线图，可分析风机位的沉降趋势，分析沉降的原因，找出沉降值与引起其沉降的因素之间的关系，从而判断出风机位的工作是否正常。

6 结语

随着近几年风力发电技术的快速发展，风机数量不断增多，个别风机出现了倒塌的事故，给国家和企业造成了很大的损失，这也使在沉陷性较大的地基上建造的风机的不均匀沉降观测显得更为重要。通过风电场区典型风机位的沉降观测，根据沉降量统计表和沉降曲线图，可预测风机的沉降趋势，将风机的沉降情况及时反馈有关部门，正确地指导施工，减少因不均匀沉降等因素造成巨大经济损失。