摘 要:山区特定的地质条件对风电场建筑的危害是巨大的。通过勘察,很难对宏观地质条件进行定性评价,分析微观地质条件时,又很难获取定量分析所需基础资料。只有克服困难,把这些地质条件分别查清楚,设计时才能够确定所采取的方案对于风电机组是安全的,工程措施是合理的,工程造价是经济的。
关键词:勘察;受力;地质条件;基础稳定性
0 引言
现有建筑中,水利大坝坝体和民用(交通等)建筑物具有不同的特点,前者就像一个庞然的巨兽,若不幸轰然倒下时,将对下游造成巨大破坏;后者则多成片建设,失事时给其他建筑造成的损失较小。两类建筑设计时各有特点,而风电场设计则介于两者之间,除有升压站、道路和输电线路外,一座座高耸的风电机组接受360°风力吹拂,其基础着力点的受力情况有别与其他建筑物,这是勘察时所面对的要点。
除风电机组受力独特之外,风电场所处位置也是各种各样,有山区、平原、滩涂和海洋,地层条件千差万别,除一般岩土外,还有湿陷性、膨胀性、盐渍土、软土等特殊岩土。受力独特、地质条件复杂,是本类工程勘察规范制定时的难点。
在诸多地质条件中,山区勘察另有难点,勘察者需对宏观的大地构造等灾害进行判断来确定总体安全级别,更需靠对细节的把握来确定具体方案,这种由宏观到微观的勘察顺序,是客观评价风电机组机位环境及其基础安全与否所必须的。
1 风电机组基础受力与地层支持
风向受地形影响,会有所偏转,外力作用在机组及其叶片上,除有效荷载使叶片绕轮毂转动产生电能外,
还产生有害荷载(图1),主要为:
● 轴向弯矩(Mz):使风电机组转轴旋转
● 水平向弯矩(Mxy):使风电机组向一侧倾倒
● 水平推力(F):使风电机组滑动
● 垂直力(G) :向下压力上述弯矩、推力,最终由基础下地层承受,基础地层为抵抗基础传递的作用力,要分别提供:
● 承载力:承载上部数千吨的重物,参数为地基承载力特征值[1]
● 抗滑力:抵抗基础滑动,参数为粘聚力及摩擦角
● 抗变形能力:地层整体的压缩值及不均匀变形的差值都不要超过规定的范围,参数为压缩(变形)模量风电机组所受的力必须由地层提供足够的反力来支撑住,这就需要勘察得出地层的诸多参数值,通过计算来一一核实各个工况是否安全。人们普遍的印象中山地是坚硬的,不经过勘察和计算,风电机组也应该是安全的。其实这是错觉,自然界中完整的硬质岩体少之又少,大多数基础地层存在缺陷,加之地震、水的作用,又使受力条件变得复杂。只有经过勘察,对敏感的工程地质问题逐一查明并排除后,才能使设计有的放矢。
2 山区勘察内容
与平原区勘察相比,山区风电机组受力、地质条件更为复杂。尤其山区的地震效应会加剧,并常常有滑坡、泥石流等地质灾害,诸多地质条件按规模可分为宏观、微观两个方面。
2.1 宏观地质条件
此类地质现象规模或影响范围一般大于1km2,影响风电场安全的主要地质条件如下:
大地构造:外力作用下使地层发生错动、断裂,错动带可达数十米甚至数百米,影响带则更宽,层序更零乱。近期仍活动的断裂尤其使人担心。
外力作用在机组及其叶片上,除有效荷载使叶片绕轮毂转动产生电能外,还产生有害荷载(图1),主要为:
● 轴向弯矩(Mz):使风电机组转轴旋转