摘 要：沉降觀測(cè)的目的是監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電塔的沉降和傾斜變形，根據(jù)其變形量及變形速率來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電塔的施工安全和運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定。常規(guī)的沉降觀測(cè)方法是采用閉合水準(zhǔn)測(cè)量的方法，但這種方法影響其觀測(cè)速度和精度，為此本文提出了往返同時(shí)觀測(cè)的方法，對(duì)提高觀測(cè)速度和精度具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電塔 沉降監(jiān)測(cè) 傾斜變形 沉降速率

中圖分類(lèi)號(hào)：P224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0012-02

神華國(guó)華瑞豐風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，每一個(gè)項(xiàng)目安裝33臺(tái)2000KW等級(jí)的REPOWER MM8型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組由三部分組成，基礎(chǔ)部分有32根抗浮管樁組成，其上設(shè)一直徑17m的圓臺(tái)型承臺(tái)，承臺(tái)的最上面有一直徑為4m、高為1m的承臺(tái)基礎(chǔ)?；A(chǔ)之上是80m高的塔筒，塔筒頂部為40m風(fēng)扇和發(fā)電機(jī)組。風(fēng)力發(fā)電塔施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于受到風(fēng)力、海潮和自身重量的影響，風(fēng)力發(fā)電塔及基礎(chǔ)可能會(huì)有沉浮降傾斜變形。如果沉浮過(guò)大，可能導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電塔傾斜，最終導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電塔破壞。因此，為確保風(fēng)力發(fā)電塔的施工和運(yùn)營(yíng)的安全，在施工過(guò)程中和運(yùn)營(yíng)期間，必須對(duì)風(fēng)力發(fā)電塔及其基礎(chǔ)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。

1 風(fēng)力發(fā)電塔沉降監(jiān)測(cè)的方法

隨著風(fēng)力發(fā)電塔施工進(jìn)展，荷載不斷增加，風(fēng)力發(fā)電塔及其基礎(chǔ)不斷下沉，風(fēng)力發(fā)電塔施工完成后，在風(fēng)荷載的作用下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，風(fēng)力發(fā)電塔的沉降（或上浮）和傾斜也在不斷變化，通過(guò)觀測(cè)其沉降量，來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電塔的沉浮情況，及時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度，必要時(shí)采取措施，確保風(fēng)力發(fā)電塔的穩(wěn)定和安全。同時(shí)，根據(jù)沉降量及觀測(cè)時(shí)間的關(guān)系曲線，計(jì)算風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)的沉降速率；由沉降曲線，計(jì)算沉降曲率系數(shù)；并通過(guò)累積沉降量、沉降速率和沉降曲率系數(shù)，預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電塔的穩(wěn)定及安全情況。

目前，風(fēng)力發(fā)電塔沉降觀測(cè)通常是閉合水準(zhǔn)測(cè)量的方法，觀測(cè)每個(gè)風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)上對(duì)稱布置的4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的高程；通過(guò)每觀測(cè)周期的高程變化計(jì)算風(fēng)力發(fā)電塔的沉降量和沉降速率；并通過(guò)直徑上2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降差，來(lái)計(jì)算基礎(chǔ)的傾斜變形；根據(jù)沉降量及觀測(cè)時(shí)間的關(guān)系曲線，計(jì)算沉降曲率系數(shù)。并通過(guò)累積沉降量、沉降速率和沉降曲率系數(shù)，預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電塔的穩(wěn)定及安全情況。沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置如圖1所示： 圖1 沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖

風(fēng)力發(fā)電塔沉降觀測(cè)通常是采用二等閉合水準(zhǔn)測(cè)量的方法，即國(guó)有二等水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)方法，國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量的主要技術(shù)要求如表1所示。

二等水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)程序?yàn)椋汉笄扒昂蠡蚝蠛笄扒暗挠^測(cè)順序。由于臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)與風(fēng)力發(fā)電塔上的四個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)相距較近，如果按照閉合水準(zhǔn)測(cè)量的方法對(duì)四個(gè)沉降點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，最少需要觀測(cè)5個(gè)測(cè)站，其中至少有2個(gè)測(cè)站是位于相同的觀測(cè)點(diǎn)上，這樣的觀測(cè)程序必然導(dǎo)致在相同的位置重復(fù)設(shè)置測(cè)站，增加了測(cè)站數(shù)和同一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上立水準(zhǔn)尺的次數(shù)。從而降低的閉合水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)數(shù)度，并增加了沉降觀測(cè)的時(shí)間。為此，本文提出了往返同時(shí)觀測(cè)的水準(zhǔn)測(cè)量的方法。

2 往返同時(shí)觀測(cè)法

往返同時(shí)觀測(cè)的水準(zhǔn)測(cè)量法。是采用了后后前前的觀測(cè)程序，由于電子水準(zhǔn)儀只讀取中線讀數(shù)和視距，所以不存在讀取紅黑面讀數(shù)的問(wèn)題，只是在一個(gè)水準(zhǔn)尺上讀取2次讀數(shù)，取其平均值即可，所以均為后后前前的觀測(cè)程序。往返同時(shí)觀測(cè)的沉降觀測(cè)方法，就是在電子水準(zhǔn)儀后視工作基點(diǎn)時(shí)，首先讀取兩組數(shù)據(jù)為水準(zhǔn)點(diǎn)上的后視讀數(shù)，記錄完數(shù)據(jù)后，接著再讀取兩組數(shù)據(jù)做為最后返測(cè)時(shí)的前視讀數(shù)。觀測(cè)順序如圖2所示。

如圖2所示，在第1站，首先讀取臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)（ZH102）上的后視讀數(shù)，然后緊接著讀取本站的前視讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)儀器讀取點(diǎn)2（或TP1）上的前視讀書(shū)數(shù)，再讀取點(diǎn)4（或TP2）上的后視讀數(shù)。此時(shí)，點(diǎn)1作為中間點(diǎn)，讀取間視即可。然后搬儀器至第2站，點(diǎn)2做為轉(zhuǎn)點(diǎn)（TP1），點(diǎn)2上的讀數(shù)為后視讀數(shù)，4點(diǎn)也做為轉(zhuǎn)點(diǎn)（TP2），點(diǎn)4上的讀數(shù)為前視讀數(shù)，點(diǎn)3做為中間點(diǎn)，讀取間視即可。因此，在一個(gè)風(fēng)力發(fā)電塔上，只要安置兩次儀器即可將4個(gè)沉降點(diǎn)全部觀測(cè)完成。如果點(diǎn)2和點(diǎn)4不能同時(shí)看到，可以將點(diǎn)2和點(diǎn)1做為轉(zhuǎn)點(diǎn)（或點(diǎn)1和點(diǎn)4），這樣最多三站即可完成一個(gè)風(fēng)力發(fā)電塔的沉降觀測(cè)。

往返同時(shí)觀測(cè)法，即加快了一個(gè)塔的沉降觀測(cè)速度，節(jié)約觀測(cè)時(shí)間。同時(shí)，由于減少安置儀器的次數(shù)，減少了沉降觀測(cè)的測(cè)量誤差，提高了沉降觀測(cè)的精度。從觀測(cè)數(shù)據(jù)及觀測(cè)成果來(lái)看，其觀測(cè)精度高于多測(cè)站的閉合水準(zhǔn)測(cè)量，當(dāng)然此方法的理論根據(jù)是以閉合水準(zhǔn)測(cè)量為基礎(chǔ)，沉降觀測(cè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求均滿足《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8—2007）之標(biāo)準(zhǔn)。

3 沉降觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理及精度分析

國(guó)華瑞豐風(fēng)力發(fā)電塔沉降觀測(cè)項(xiàng)目，在每期沉降觀測(cè)結(jié)束后，根據(jù)測(cè)量誤差理論及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)原理對(duì)獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行平差計(jì)算和處理，并計(jì)算各點(diǎn)的沉降量、累積沉降量、沉降速率和風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)傾斜量。

觀測(cè)數(shù)據(jù)的平差計(jì)算是以每個(gè)風(fēng)力發(fā)電塔的工作基點(diǎn)（風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)附近輸電線塔基礎(chǔ)上的工作基準(zhǔn)點(diǎn)）為起算點(diǎn)，采用清華三維平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差。平差前對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選，剔除了含有粗差的觀測(cè)數(shù)據(jù)。例如，4個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)中，3個(gè)點(diǎn)的沉降量均較小，僅一個(gè)沉降量很大，這可能是由于此點(diǎn)破壞或人為碰撞而產(chǎn)生數(shù)據(jù)突變，對(duì)這樣的數(shù)據(jù)要剔除，然后進(jìn)行平差計(jì)算，從而達(dá)到高精度的觀測(cè)成果。

觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，將原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)易平差計(jì)算。求得每期各沉降觀測(cè)點(diǎn)的高程、本期沉降量（高程差）、累積沉降量和沉降速率。同時(shí)，根據(jù)對(duì)徑方向上的兩個(gè)沉降點(diǎn)的沉降量之差，來(lái)計(jì)算風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)的傾斜量。數(shù)學(xué)模型如下：

4 結(jié)語(yǔ)

往返同時(shí)觀測(cè)法的觀測(cè)精度均達(dá)到國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，沉降觀測(cè)程序及觀測(cè)技術(shù)要求符合《建筑變形測(cè)量規(guī)范》和《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》的技術(shù)。同時(shí)，也滿足現(xiàn)行國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)華瑞豐風(fēng)力發(fā)電塔基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)要求。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上看，沉降觀測(cè)的最大閉合差為±0.1mm，最小閉合差為0.00mm，由于觀測(cè)站僅兩站，大部分閉合差為±0.05 mm左右，由此可見(jiàn)往返同時(shí)進(jìn)行的水準(zhǔn)測(cè)量方法，其觀測(cè)精度較高，觀測(cè)時(shí)間也較少，提高了觀測(cè)精度和觀測(cè)效率。同時(shí)，本觀測(cè)方法也可用于其它類(lèi)似項(xiàng)目的沉降觀測(cè)中，對(duì)其它工程的沉降觀測(cè)具有重要的指導(dǎo)意義。

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