摘要：我国西北地区具有非常丰富的风资源，但其特有的湿陷性黄土地层为风机的沉降观测带来了一系列新问题，因此本文以王渠则风电场的沉降变形监测为基础，提出了湿陷性黄土地区风电场沉降变形监测的技术设计方案，可供同类地区风机沉降测量工程参考。
关键词：风电场；风机基础；沉降变形
在我国西北地区广泛分布的风电场基础持力层多为湿陷性黄土，该黄土具有湿陷性、孔隙大、压缩性强、承载力低等诸多特性，其受水浸湿后会产生强烈的下沉现象，易造成风机地基失稳、风机塔筒变形。湿陷性黄土地区的风电场沉降变形监测相对于其他地区的风电场具有其自身特点。本文以陕西榆林王渠则风电场沉降变形监测为依据，针对其场地特点提出相应的变形监测方案与建议。
1工程概述
王渠则风电场规模49.5MW，共安装风机33台，风电场位于陕西省榆林市靖边县王渠则镇，风电场呈不规则的多边形，面积约55km2，场地内地面高程在1520m~1720m之间。为了掌握该风电场风机运行的稳定性与安全性，根据风电场工程施工图设计阶段的风机布设以及所在区域的地形图资料布设了相应的沉降变形监测系统，获取准确、可靠的观测数据。
风电场沉降观测目的是为了有效监控风机基础稳定状态，通过沉降变形数据分析、评估，对沉降变形趋势做出预测，定位安全隐患风机位，为风电场的安全运营提供一种预警机制。
2沉降变形监测网设计
2.1沉降变形监测网
风电场设计与施工阶段，针对风机的沉降变形监测宜采用两级布设的沉降监测网，即工作基点网、沉降监测点网。
（1）工作基点：要求这些点在观测期间稳定不变，测定沉降变形点时作为高程传递点。每个风机周围都布设了两个工作基点，工作基点距离风机基础边缘大于“其基础埋深+10m+冻土层深度”，且大约构成90°夹角。
（2）沉降监测点：直接布设在要测定的沉降变形体上。点位设立在能反映沉降变形体沉降变形的特征部位，不但要求设置牢固，便于观测，还要求形式美观，结构合理，且不破坏沉降变形体的外观和使用。每个风机混凝土基础上平均布设了四个监测点，其应竖直伸出基础墩表面。
2.2基准点设计
风电场风机的沉降变形监测网宜采用两级布设方式，即基准点与工作基点网、变形监测点网。
结合王渠则风电场的基本情况情况，拟在场区内布设四个基准点，四个基准点与已有的工作基点形成场区的监测控制网，这四个基准点应布设在风机变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方。变形监测点网以已有的风机基础上的四个观测点为准。
2.3监测点布设及标志设计
2.3.1基础沉降
图2-1 风机基础沉降监测点布置图
王渠则风电场风机基础为圆形基础，其沉降监测点布置图见图2-1，断面图见图2-2。每个风机基础上布设了四个监测点1、2、3、4，在风机基础之外，地面上成90°夹角状布设两个工作基点Ⅰ、Ⅱ。
图2-2 风机基础监测点断面示意图
2.3.2风机倾斜
风机倾斜可以通过测量风机柱的底端中心和顶端中心的坐标值得到，而风机柱的中心无法直接获取，因此需要在底端和顶端相同高度的位置均匀布设四个或者五个监测点间接计算得到，该监测点可以固定粘贴反光片等物。
2.3.3 风机塔筒与基础紧固性
风机塔筒与基础通过螺丝连接，为了防止螺丝松动导致风机塔筒的倾斜，便于及时维护，可以对风机底端的米字型八个螺丝帽进行观测，获取其之间的相对高差，通过比较相对高差判定各个方位上风机塔筒与基础是否紧密连接，达到风机塔筒与基础紧固性监测的目的。
3 施测方案设计
3.1 变形测量级别
王渠则风电场工程基础设计为2级，该风电场的沉降观测宜采用二级变形测量，其相应的精度要求见表3-1。
表3-1 变形测量等级及精度要求
3.2 基准点与工作基点网
风电场区内共布设四个基准点，该基准点可通过GNSS RTK方法获得其准确的平面位置，变形测量宜沿用风电场建设时所采用的坐标系统，基准点、工作基点以及沉降观测点的平面坐标均以该坐标系统为准。
基准点到工作基点的水准测量宜采用几何水准法施测，其精度指标执行二等水准观测限差要求，具体精度指标见表3-2。
表3-2 水准测量精度指标表
3.3 沉降观测点
工作基点到沉降观测点采用二等水准网进行布设，每个风机位的两个工作基点与四个监测点可形成两条附合路线，降低了闭合环中单个点对整个闭合环的影响。
图3-1 沉降观测点布测方案设计
如图3-1所示，沉降观测点的测量采用二等水准，可由Ⅰ号工作基点出发经过1号沉降观测点、2号沉降观测点、3号沉降观测点到达Ⅱ号工作基点，形成一条附合线路。然后再由Ⅱ号工作基点出发，依次经过3、4、1号沉降观测点到达Ⅰ号工作基点，再形成一条附合线路。
4沉降变形观测数据分析
4.1沉降变形分析
沉降变形分析是沉降变形观测的核心内容，总体上其主要包含绝对沉降、相对差异沉降两部分。具体来讲，沉降变形分析主要指标包括变形监测点的绝对沉降量、同一风机基础监测点的相对沉降量、沉降速率等。
4.1.1绝对沉降分析
严格来讲，要获得精确的绝对沉降量，必须以基岩水准点为起算基准，以基准点控制工作基点，以工作基点来测量监测点，然后通过整网平差获取变形监测点的绝对沉降量。
4.1.2差异沉降分析
为了反映风机的沉降变形情况，需要计算出同一风机基础上各个监测点的相对沉降量，从而对各个风机基础进行差异沉降分析，得知该风机是否有整体沉降、单向沉降，以及各个方向的沉降量。
差异沉降分析，同时可以避免联测过程中观测误差传递及基准点高程精度误差造成的高程上下浮动问题，更直观的反映差异沉降的变化情况（即不考虑与基准点联测的数据、或将与基准点相连的数据剔除）。
4.1.3沉降速率
通过连续多次的沉降观测，可以得出各个风机位的沉降速率，这个值可作为判定风机沉降是否进入稳定阶段的一个参考。
4.2数据异常报警
当沉降监测过程中或通过沉降数据分析发现异常情况时，应及时启动报警机制，上报运营管理部门进行风机运营决策，并适时调整监测计划、且结合相关专业提供其它可用于减小差异沉降量的维护措施。
5结语
风电场风机基础沉降变形监测是风电场安全稳定运营的基础，本文通过对湿陷性黄土地区风电场沉降变形监测技术的技术分析探究，在变形测量的内容、方法等方面提出相应的技术方案，可供湿陷性黄土地区风电场的沉降变形监测项目参考。
参考文献：
[1] 中华人民共和国行业标准.建筑变形测量规范（JGJ 8-2007）[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[2] 中华人民共和国国家标准.国家一、二等水准测量规范（GB/T 12897-2006）[S].北京：中国标准出版社，2006.
[3] 熊咸玉等.湿陷性黄土地区深基坑监测技术研究[J].工程技术，2017.
[4] 邢占清等.响水风电场风机基础沉降观测与分析[J].水利水电技术，2009.
[5] 马人乐等.湿陷性黄土场地风机扩底桩基础设计[J].特种结构，2012.
论文作者:曹红新
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
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