ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 1, с. 20-26
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 624.131
СТРОИТЕЛЬСТВО ВЕТРОГЕНЕРАТОРА НА ОТВАЛЕ ОТРАБОТАННОГО КАРЬЕРА
© 2015 г. Ф. Майер*, Г. Брайтшпрехер*, М. Деннхардт*, У. Глезенер**
*CDM Consult GmbH, Bouchestraße 12, Berlin, 12435 FRG. E-mail: friederike.meyer@cdm.com **Enercon GmbH, Dreekamp 5, Aurich, 26605 FRG.E-mail: uwe.glaesener@enercon.de
Поступила в редакцию 15.02.2014 г.
На автодроме "ЕвроСпидвей Лаузицринг" построен ветрогенератор типа Enercon E-126/BF/131/36/02 мощностью 7.5 МВт, высотой 131 м с ротором диаметром 126 м. Строительная площадка находится на месте внутреннего отвала бывшего карьера в Мойро. Грунты откоса отвала очень неоднородны и подвержены текучести. Для упрочнения основания проводились виброуплотнение и вибротрамбование. Непосредственно после виброуплотнения проведены контрольные измерения - статическое зондирование и сейсмические испытания. Благодаря расчетам, основанным на результатах статического зондирования, удалось значительно оптимизировать координатную сетку вибротрамбования по сравнению с первичными расчетами. Приведена информация о необходимых мерах по подготовке основания в зоне фундамента и установки кранов, а также об основных вопросах управления качеством в сфере подготовки основания и контроля.
Ключевые слова: ветрогенератор, отвал, виброуплотнение, статическое зондирование.
На автодроме "ЕвроСпидвей Лаузицринг" к востоку от Клеттвица в регионе Нижняя Лужица, примерно в 115 км к югу от Берлина, в настоящее время под девизом "Зеленый Лаузицринг" строятся солнечная станция для зарядки электромобилей и электростанция на биогазе и энергии ветра. Решается задача обеспечения постоянного автономного энергоснабжения автодрома от возобновляемых источников [4, 5].
Электростанция Enercon E-126/BF/131/36/02 высотой 131 м и диаметром ротора 126 м имеет мощность 7.5 МВт. Эксплуатирует станцию компания Energiequelle GmbH (Цоссен). Проектированием, поставкой оборудования и монтажом занимается компания Enercon GmbH (Аурих). Компания CDM Consult GmbH Berlin участвовала в проекте как партнер Enercon GmbH в области геотехники и занималась изысканиями, проектированием и расчетами укрепления основания.
Проект реализуется на рекультивированных площадях внутреннего отвала карьера Мойро высотой около 70 м. Неоднородный, рыхлый материал отвала нуждается в упрочнении для строительства ветроэнергетической станции. На глубине 20-40 м под фундаментом расположена главная зона воздействия нагрузок и вибрации.
Электростанция возводится в центре палаточного городка. Для закладки фундамента станции потребовалась дифференцированная оценка грунта при статических и динамических нагрузках с целью анализа возникающих деформаций.
Ниже приводятся требования к системе "конструкция-грунт", в частности, для неоднородных грунтов, а также рекомендации по упрочнению грунта.
Проект реализуется на поле Гёрлиц, где с 1960 по 1999 г. находился буроугольный карьер Мойро. В 60-е и 70-е годы прошлого века вскрышная порода транспортно-отвальным мостом сбрасывалась в выработанное пространство. Суммарная мощность карьерного отвала составляет от 40 до 70 м. Отвалообразование буроугольного карьера было завершено около 35 лет назад, и затем отвальный массив уплотнялся под действием собственного веса. Дальнейшая осадка возможна только при новых нагрузках и изменении уровней подземных вод [1, 2].
Предварительно строить ветроэнергетическую станцию планировалось в районе палаточного городка Лаузицринга в непосредственной близости от откоса испытательной трассы компании БЕКЕА (рис. 1). До привлечения компании
Испытательная трасса БЕКИА
Рис. 1. Район проектирования ветроэнергетической станции (с крановой площадкой и подъездным путем) с местами изыскательских вскрышных работ.
СБМ были проведены инженерно-геологические изыскания, результаты которых, однако, оставили открытыми ряд вопросов относительно физико-механических свойств грунтов, расположенных на глубине до 70 м.
В июне 2010 г. проведены дополнительные исследования грунта в зоне строительства ветроэнергетической станции, включавшие также лабораторные испытания (рис. 2):
• статическое зондирование природного грунта до глубины около 60-70 м ниже верхней кромки откоса, у основания откоса до глубины около 50-60 м ниже верхней кромки и на гребне откоса до глубины 30 м ниже верхней кромки;
• бурение малым диаметром до глубины макс. 15 м ниже верхней кромки;
• динамическое зондирование до глубины 6 м ниже верхней кромки вдоль подъездного пути.
Дополнительно определена плотность отвальных масс верхнего яруса для установления необходимой глубины выемки или толщины конструкции укрепления подъездного пути для большегрузного транспорта.
На основании исследований строительного грунта и ориентировочных расчетов устойчивости от этой площадки пришлось отказаться. Необходимые работы по укреплению грунта и его общая подверженность текучести представляли опасность, в частности, для испытательной зоны
ВЕКЯА. Новая площадка была выбрана примерно в 100 м к северо-востоку от первой, на которой в октябре 2010 г. выполнены пенетрационные испытания до глубины около 75 м. Свойства грунтов на новой площадке в основном соответствуют свойствам грунтов на старой.
Смешанный грунт отвала различного гранулометрического состава и плотности до глубины около 11 м ниже верхней кромки характеризуется высокой рыхлостью и мягкой консистенцией. Примерно на глубине 14 м ниже находится укрепленная рабочая площадка абзетцера. Под ней располагаются неоднородные грунты различной консистенции и плотности залегания, которые до глубины около 63 м в основном находятся под угрозой текучести. Ниже находится еще одна укрепленная бывшая рабочая площадка, залегающая под песчаным либо слабо глинистым материалом с схожей плотностью залегания. Бурый уголь залегает на глубине 74.5 м ниже верхней кромки (абс. отм. 59.5 м). Уровень грунтовых вод (УГВ) в 2009 г. располагался на отм. 106 м. В связи с выводом из эксплуатации горнопромышленных установок в районе прогнозируется, что УГВ в долгосрочной перспективе повысится до отметки примерно 113 м (см. рис. 2).
На основании статических расчетов компания СБМ признала строительный грунт крайне неоднородным и неспособным выдержать вертикальные, горизонтальные и скручивающие нагрузки и напряжения, вызываемые ветроэнергетической
СРТ 14/10
приблизительно 135.50 м над средним уровнем моря
са. 135.50 m Ü.NHN_
метров над средним уровнем моря
т и. 1ЧЬШ метров ниже верхней Т38.0 кромки фундамента
136.0 „ „ -135.40 ш и. £ ± 0,00 ш
134.0 132.0 130.0 128.0 126.0 124.0 122.0 120.0 118.0 116.0 114.0 112.0 110.0 108.0 106.0 104.0 102.0 100.0 98.0 96.0 94.0 92.0 90.0 88.0
И
72.0 70.0 68.0
m и. OKF верхняя кромка фундамента: 20* см выше верхней кромки поверхности
' 5 OK Fundament: 20 cm über GOK
5
131.85 m ü. NHN ^ 3.55 m u. OKF
UK Sauberkeitschicht
кромка подготовительного с
V127.l
85 m ü. NHN — 7.55 m u. OKF
I
10.0
14.0
I
16.0 18.0 20.0
I
22.0
| 28.0 | 30.0
38.0 | 40.0 42.0
I
44.0
I
46.0
UK Gründungspolster
кромка подушки
уплотнение методом вибрационного давления с уменьшенным расходом энергии, добавление воды,
RDV mit vermindertem Energieeintrag, Wasserzugabe, Zielwert: Dp, > 90% целевое значение
Ruttelstopfsaule Д 0.60 m ствол вибрационного трамбователя
X ca. 116.2 m ü. NHN = 19.2 m u. OKF
115.2 m ü. NHN = 20.2 m u. OKF
1 уровень грунтовых вод
у END_GW_- Spiegel^ 112-_ИЗ_тiLNHN_ ~ (It. Grobraummodell LMBV; aus: Gutachten ibp)
Согласно большой пространственной модели LMBV; уплотнение методом их экрцертного Ьр „„, вибрационного
RDV, Wasserzugabe Uber IST GW, давления, добавление Ziel wert: Dp,. > 93 % целевое значение воды через У IST GW - Spiegel 106 rn UJSIHN _ фактичеашй^овень 7 (Stand Frühjahr 2009; aus: Gutachten г'Ь/?)5™™™ В°Л
фактический уровень грунтовых вод 106 м над уровнем моря (Состояние на весну 2009; из: экспертного заключения ibp)
V 95.2 m ü. NHN = 40.2 m u. OKF
Spitzenwiderstand qc [MN/m2] пиковое сопротивление 3 10 20 30 40
Lokale Mantelrelbung fs [MN/m2] локальное поверхностное трение ).0 0.1 0.2 0.3 0.4
Reibungverhältnis Rr [%] (= (f7qz) Q100) соотношение трение 0 12 3 4
48.0
72.2TÏÏ iTTUM ==63.râ u^IŒ
64.0 66.0 68.0 70.0
Рис. 2. Профиль (Л-Л' на рис. 1) фундамента ветроэнергетической станции с колонкой статического зондирования.
станцией. В частности, при динамических нагрузках в подверженных текучести песках могут возникать непредвиденные неравномерные оседания и просадки. Подобные явления отмечались в непосредственной близости от строительной площадки (в долине Шпрее). Для обеспечения соответствия минимальным требованиям компании к круглому фундаменту неглубокого залегания без поддерживающей силы в соответствии с подходами Прибе [3] были проведены работы по укреплению грунта путем виброуплотнения, последующего вибротрамбования и укладки подушки из щебня.
Работы по виброуплотнению проводились перед вибротрамбованием до глубины 63 м под гребнем отвала. В общей сложности уплотни-тельные работы проводились в 199 точках треугольной сетки в зоне фундамента. До глубины 20 м под верхней кромкой (глубинная зона вибротрамбования) добавлялся промытый песок, на последующих глубинах - мелкий щебень. Примерно на 2/3 площади проекта добавлялось > 1.2 т/м, а в остальной зоне от 0.6 до 0.96 т/м.
В рамках пробного уплотнения выявлены локальные высокие сопротивления (засыпанные
обломки автомобилей, шпалы и т.п.), начиная с примерно 50 м ниже поверхности отвала. По согласованию с СБМ точки, соседствующие с теми, уплотнить которые до заданной глубины не удалось, уплотнялись до большей глубины. Это стало возможно только благодаря сбору подробной информации о рабочих параметрах. Так как грунт на небольших площадях был неоднородным, вышеупомянутые препятствия встречались только в отдельных местах, то количество точек, уплотненных до глубины 63 м ниже поверхности, и расстояния между точками глубокого уплотнения в итоге соответствова
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.