濕陷性黃土地區(qū)的風電場巖土工程勘察案例分析

張慧　呂彪　張豫

摘要：以陜西延安某風電示范項目為例，進行了濕陷性黃土地區(qū)的風電場巖土工程勘察的初步分析與評價。

關鍵詞：濕陷性黃土；工程勘察；地基

隨著能源與環(huán)境問題日益突出，風力發(fā)電作為可再生清潔能源的一種，日趨受到人們的重視。據(jù)統(tǒng)計，2015年，全球風電產(chǎn)業(yè)新增裝機63013MW，同比增長22%。其中，中國風電新增裝機容量達30500MW。

黃河中下游的陜北、隴中東部是我國黃土最集中的地區(qū)。黃土由于其自身特殊的工程性質(zhì)，在濕陷性黃土地基上進行工程建設時，必須考慮因地基濕陷引起附加沉降對工程可能造成的危害，選擇適宜的地基處理方法，避免或消除地基的濕陷變形所造成的危害。

1. 工程概述

該工程位于延安市東北約70Km處的延長縣，海拔高程在1050m～1350m之間，屬黃土丘陵地貌，場區(qū)地勢較為開闊，呈波狀起伏，適宜進行風電項目開發(fā)建設。

1.2 地層巖土構成及特性

延長縣地處陜甘寧盆地東部，場地內(nèi)出露的巖層主要為中生代三疊系中上統(tǒng)沉積巖，僅在深切河谷區(qū)出露，大部為Q3eol新黃土所覆蓋。

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001，2009年版）及《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004），依據(jù)擬建構筑物特點結合場地條件進行布置勘探點，升壓站布置15個探井，每個風機位沿風機中心點對稱布置2個探井。原則上，風機基礎探井應穿透濕陷性黃土層。

根據(jù)現(xiàn)場勘察結果，結合區(qū)域地質(zhì)資料，擬建場址區(qū)地層結構和巖性構成簡單，勘探深度范圍內(nèi)，天然地層主要由第四系上更新統(tǒng)風積（Q3eol）新黃土、第四系中更新統(tǒng)風積（Q2eol）老黃土構成，分述如下：

第①層新黃土（Q3eol）：淺黃色～黃褐色、稍濕，稍密——中密狀態(tài)，結構疏松，均勻，無層理，具垂直節(jié)理，夾少量白色條紋及鈣質(zhì)結核，零星分布，可見較多大孔隙及植物根系，層厚為6.2m～10.5m，普遍分布。

該層土具中等壓縮性。浸水后具有自重濕陷性，濕陷程度輕微——強烈，工程性質(zhì)較差。

第②1層濕陷性老黃土（Q2eol）：黃褐色——紅褐色，以上部夾褐紅色埋藏土壤層及下部夾灰白色鈣質(zhì)結核為主要特征，無層理，質(zhì)地堅硬，可見少量孔隙，局部含大量鈣質(zhì)結核，呈稍濕、中密——密實狀態(tài)，普遍分布。該層土具輕微——強烈濕陷性，具中等壓縮性，工程性質(zhì)一般。層厚為0m～5.1m。

第②2層老黃土（Q2eol）：黃褐色——紅褐色，無層理，質(zhì)地堅硬，含少量鈣質(zhì)結核，可見極少量孔隙，呈稍濕、中密——密實狀態(tài)，普遍分布。本次勘探深度內(nèi)未揭穿該層。該層厚度較大，層位穩(wěn)定，根據(jù)區(qū)域資料，厚度一般在30m以上。該層土具中等壓縮性，工程性質(zhì)良好。

2. 地基評價

2.1 濕陷性評價

場地內(nèi)廣泛分布濕陷性黃土，在勘察所揭露的土層中，第①層新黃土，濕陷系數(shù)為0.005～0.220，自重濕陷系數(shù)為0.001～0.240，該層厚度在6.2m～10.5m，浸水后具自重濕陷性，濕陷程度為輕微——強烈，第②1層老黃土濕陷系數(shù)0.015～0.060，自重濕陷系數(shù)0.004～0.050浸水后具自重濕陷性，濕陷程度輕微——強烈，該層層厚0.5m～5.1m；第②2層老黃土濕陷系數(shù)0.001～0.014，浸水后不具濕陷性，該層厚度較大，層位穩(wěn)定，根據(jù)區(qū)域資料，該層厚度一般在30m以上。依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）附錄A，本地區(qū)屬隴東——陜北地區(qū)，因此β0按1.2取值。按天然地基計算，場地自重濕陷量△zs==42～266.8mm，按天然地基地坪以下1.5米計算，該場地的總濕陷量△s==165～536mm，按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GB50025-2004）》中有關條款的規(guī)定，場地為自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ級（中等）。

2.2 天然地基評價

根據(jù)地基土的物理力學指標，結合場地附近已有的勘察經(jīng)驗，第①層新黃土具自重濕陷性，濕陷程度輕微——強烈，不宜作為天然地基，第②1層濕陷性老黃土呈中密——密實狀態(tài)，中等壓縮性，具濕陷性，第②2層老黃土呈中密——密實狀態(tài)，不具濕陷性，是較好的持力層和下臥層，各天然地層土的地基承載力特征值及變形指標見下表一。

2.3 地基方案

由于第①層新黃土具自重濕陷性，濕陷程度輕微——強烈，其地基土承載力相對較低，承載力或變形指標不能滿足設計要求，不宜作為天然地基，必須進行處理。根據(jù)場地實際情況，對于風機建議采用干作業(yè)鉆孔灌注樁或人工挖孔灌注樁，以滿足設計承載力要求和變形要求。干作業(yè)鉆孔灌注樁樁徑以Ф=400mm～600mm為宜，且盡量采用擠土工藝（如夯擴樁），人工挖孔灌注樁樁徑以Ф=800mm～1000mm為宜，樁端持力層應穿透濕陷性黃土坐落在第②2層老黃土。設計單位設計時需考慮局部灰白色鈣質(zhì)結核層給施工過程中造成的影響。樁基礎設計參數(shù)見表二，表中樁基設計參數(shù)僅供參考，設計時應考慮應因場地自重濕陷產(chǎn)生的樁側負摩擦阻力引起的下拉荷載的影響，最終應以試樁結果為準。

3. 結論及建議

（1）擬建場地屬于自重性濕陷場地，濕陷等級為Ⅱ級（中等），不宜作為天然地基，必須進行地基處理。

（2）風機基礎建議采用樁基礎，樁端進入②2層老黃土，升壓站建議采用強夯或換填處理，抑或采用強夯結合換填的方法進行處理，設計和施工應按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）及建筑樁基技術規(guī)范（JGJ94-2008）進行。

（3）區(qū)內(nèi)地質(zhì)構造簡單，無大型褶皺和斷裂構造，地質(zhì)構造因素誘發(fā)地質(zhì)災害的作用甚微。

（4）設計及施工時應做好地質(zhì)災害危險性的評估及預測。

（5）施工過程中應做好防排水措施。

（6）根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010），依據(jù)本次勘察結果，場地類別為Ⅱ類，場地地基土為中硬土，場地為建筑抗震一般地段，延長縣地震基本烈度為Ⅵ度，地震動峰值加速度為0.05g。

參考文獻：

[1] 劉東生.黃土與環(huán)境[J].北京科學出版社.1985.

[2] 工程地質(zhì)手冊（第四版），中國建筑工業(yè)出版社.2007.

[3] 高大釗.巖土工程勘察與設計[J].北京人民交通出版社.2010.