摘 要:山區(qū)特定的地質(zhì)條件對風電場建筑的危害是巨大的。通過勘察,很難對宏觀地質(zhì)條件進行定性評價,分析微觀地質(zhì)條件時,又很難獲取定量分析所需基礎(chǔ)資料。只有克服困難,把這些地質(zhì)條件分別查清楚,設(shè)計時才能夠確定所采取的方案對于風電機組是安全的,工程措施是合理的,工程造價是經(jīng)濟的。
關(guān)鍵詞:勘察;受力;地質(zhì)條件;基礎(chǔ)穩(wěn)定性
0 引言
現(xiàn)有建筑中,水利大壩壩體和民用(交通等)建筑物具有不同的特點,前者就像一個龐然的巨獸,若不幸轟然倒下時,將對下游造成巨大破壞;后者則多成片建設(shè),失事時給其他建筑造成的損失較小。兩類建筑設(shè)計時各有特點,而風電場設(shè)計則介于兩者之間,除有升壓站、道路和輸電線路外,一座座高聳的風電機組接受360°風力吹拂,其基礎(chǔ)著力點的受力情況有別與其他建筑物,這是勘察時所面對的要點。
除風電機組受力獨特之外,風電場所處位置也是各種各樣,有山區(qū)、平原、灘涂和海洋,地層條件千差萬別,除一般巖土外,還有濕陷性、膨脹性、鹽漬土、軟土等特殊巖土。受力獨特、地質(zhì)條件復雜,是本類工程勘察規(guī)范制定時的難點。
在諸多地質(zhì)條件中,山區(qū)勘察另有難點,勘察者需對宏觀的大地構(gòu)造等災害進行判斷來確定總體安全級別,更需靠對細節(jié)的把握來確定具體方案,這種由宏觀到微觀的勘察順序,是客觀評價風電機組機位環(huán)境及其基礎(chǔ)安全與否所必須的。
1 風電機組基礎(chǔ)受力與地層支持
風向受地形影響,會有所偏轉(zhuǎn),外力作用在機組及其葉片上,除有效荷載使葉片繞輪轂轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能外,
還產(chǎn)生有害荷載(圖1),主要為:
● 軸向彎矩(Mz):使風電機組轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)
● 水平向彎矩(Mxy):使風電機組向一側(cè)傾倒
● 水平推力(F):使風電機組滑動
● 垂直力(G) :向下壓力上述彎矩、推力,最終由基礎(chǔ)下地層承受,基礎(chǔ)地層為抵抗基礎(chǔ)傳遞的作用力,要分別提供:
● 承載力:承載上部數(shù)千噸的重物,參數(shù)為地基承載力特征值[1]
● 抗滑力:抵抗基礎(chǔ)滑動,參數(shù)為粘聚力及摩擦角
● 抗變形能力:地層整體的壓縮值及不均勻變形的差值都不要超過規(guī)定的范圍,參數(shù)為壓縮(變形)模量風電機組所受的力必須由地層提供足夠的反力來支撐住,這就需要勘察得出地層的諸多參數(shù)值,通過計算來一一核實各個工況是否安全。人們普遍的印象中山地是堅硬的,不經(jīng)過勘察和計算,風電機組也應該是安全的。其實這是錯覺,自然界中完整的硬質(zhì)巖體少之又少,大多數(shù)基礎(chǔ)地層存在缺陷,加之地震、水的作用,又使受力條件變得復雜。只有經(jīng)過勘察,對敏感的工程地質(zhì)問題逐一查明并排除后,才能使設(shè)計有的放矢。
2 山區(qū)勘察內(nèi)容
與平原區(qū)勘察相比,山區(qū)風電機組受力、地質(zhì)條件更為復雜。尤其山區(qū)的地震效應會加劇,并常常有滑坡、泥石流等地質(zhì)災害,諸多地質(zhì)條件按規(guī)模可分為宏觀、微觀兩個方面。
2.1 宏觀地質(zhì)條件
此類地質(zhì)現(xiàn)象規(guī)模或影響范圍一般大于1km2,影響風電場安全的主要地質(zhì)條件如下:
大地構(gòu)造:外力作用下使地層發(fā)生錯動、斷裂,錯動帶可達數(shù)十米甚至數(shù)百米,影響帶則更寬,層序更零亂。近期仍活動的斷裂尤其使人擔心。
外力作用在機組及其葉片上,除有效荷載使葉片繞輪轂轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能外,還產(chǎn)生有害荷載(圖1),主要為:
● 軸向彎矩(Mz):使風電機組轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)