貴州山區(qū)風(fēng)電勘察淺談

常強(qiáng) 陳瀟 劉祥剛 張寧 穆龍

我國(guó)幅員遼闊，風(fēng)能資源豐富，作為清潔能源，風(fēng)能得到了很好的開(kāi)發(fā)利用。貴州省作為云貴高原省份，風(fēng)能資源分布較集中，屬第Ⅳ類風(fēng)能資源區(qū)。由于省政府的大力支持，風(fēng)電項(xiàng)目得到了很好的發(fā)展，根據(jù)貴州省“十三五”風(fēng)電規(guī)劃，2020年其總體目標(biāo)為裝機(jī)容量達(dá)到600萬(wàn)千瓦。

隨著風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展，風(fēng)電勘察設(shè)計(jì)技術(shù)日趨成熟，作為風(fēng)電設(shè)計(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)，勘察十分重要，然而我國(guó)各地地質(zhì)特征各異，現(xiàn)有勘察參考規(guī)范方法及手段針對(duì)性不強(qiáng)的問(wèn)題日趨顯現(xiàn)。面對(duì)勘察過(guò)程中的各種實(shí)際困難，唯有針對(duì)不同的地質(zhì)情況，采用不同的勘察手段，才能做到有的放矢，在合理的成本下，達(dá)到理想的勘察效果。貴州山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目因其自身特征，主要采用在地質(zhì)測(cè)繪前提下，以物探為主、鉆探為輔，配合室內(nèi)試驗(yàn)的方法進(jìn)行勘察。此外，后期應(yīng)注意施工地質(zhì)。

本文以貴州山區(qū)某風(fēng)電項(xiàng)目為例，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)招標(biāo)設(shè)計(jì)階段風(fēng)電機(jī)組機(jī)位的勘察工作，淺談工程地質(zhì)勘察中遇到的問(wèn)題。

貴州山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目特征

貴州地處我國(guó)西南，平均海拔在 1100米左右，境內(nèi)山脈眾多，巖溶地貌發(fā)育非常典型，喀斯特地貌面積占全省國(guó)土總面積的61.9%，巖溶分布范圍廣泛，形態(tài)類型齊全，地域分布明顯，構(gòu)成一種特殊的巖溶生態(tài)系統(tǒng)。因此，不同于平原或其他山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目，貴州山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目的主要特征表現(xiàn)如下：

（1）風(fēng)電機(jī)組多布置于地勢(shì)較高地帶

貴州地處云貴高原，省內(nèi)重巒疊嶂，綿延縱橫，山高谷深。為了借助山地天然優(yōu)勢(shì)更好地利用風(fēng)能，風(fēng)電機(jī)組多布置于獨(dú)立山包頂部，或地勢(shì)較高山脊沿線地形突出地帶，整體地勢(shì)高。

（2）地基多為碳酸鹽巖地層

貴州山地居多，地層多，巖性分布不一，多以海相沉積為主，沉積巖中以灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖地層分布最為廣泛。地形演化過(guò)程中，受不同地層巖性差異影響，地勢(shì)較突出處多以灰?guī)r、白云巖、燧石灰?guī)r、石英砂巖等硬質(zhì)巖為主；地形平緩低矮區(qū)多以泥巖、頁(yè)巖等軟巖為主。風(fēng)電場(chǎng)布置時(shí)，風(fēng)電機(jī)組多位于以硬質(zhì)巖層為主的地勢(shì)較突出處，尤其是在灰?guī)r地層中布置居多，該地層多存在巖溶發(fā)育現(xiàn)象。

（3）風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)多為天然擴(kuò)展基礎(chǔ)

貴州山區(qū)風(fēng)電機(jī)組多布置于地勢(shì)較高地帶，該區(qū)地表多見(jiàn)基巖出露，或地表分布淺層覆蓋層，場(chǎng)平及基坑開(kāi)挖后，基礎(chǔ)多位于巖石地基上，承載力及抗變形能力強(qiáng)，多采用天然擴(kuò)展基礎(chǔ)。

（4）機(jī)位處地下水位深

山區(qū)風(fēng)電機(jī)組因多布置于地勢(shì)較高處，與周邊低矮處相對(duì)高差大，風(fēng)電機(jī)組機(jī)位處地下水位深，地下水對(duì)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)無(wú)影響。

勘察技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在貴州山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

目前，我國(guó)風(fēng)電勘察技術(shù)規(guī)范總體不夠成熟，面對(duì)不同地區(qū)的風(fēng)電項(xiàng)目，勘察手段及方法針對(duì)性不強(qiáng)。貴州山區(qū)風(fēng)電勘察，主要依據(jù)《陸地與海上風(fēng)電場(chǎng)工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（NB/ T 31030-2012），參考《巖土工程勘察規(guī)范》[GB 50021-2001（2009年版）]及貴州省地方規(guī)范《貴州省建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范》（DBJ52/ T046-2018），三個(gè)規(guī)范對(duì)于貴州風(fēng)電項(xiàng)目勘察同樣存在針對(duì)性不強(qiáng)的問(wèn)題。

（1）勘探孔數(shù)布置

根據(jù)《陸地與海上風(fēng)電場(chǎng)工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（NB/T 31030-2012），一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組至少布置1個(gè)主孔，地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，需布置輔孔或坑探。結(jié)合貴州山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目特征，風(fēng)電機(jī)組機(jī)位地勢(shì)較高，交通不方便，勘探施工用水困難，鉆探難度大，成本高；機(jī)組多位于碳酸鹽巖地層區(qū)，巖性變化不大，層面相對(duì)穩(wěn)定，地層巖體結(jié)構(gòu)特征大體相同，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注碳酸鹽巖巖溶發(fā)育情況。筆者認(rèn)為，處于同一地層內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組，考慮到勘探難度、成本及預(yù)期達(dá)到的勘察效果，可適當(dāng)減少鉆孔數(shù)量，達(dá)到查明地層巖性特征即可；加強(qiáng)地表測(cè)繪和物探測(cè)試，重點(diǎn)查明巖溶發(fā)育情況；針對(duì)物探異常區(qū)，補(bǔ)充鉆孔驗(yàn)證。

（2）勘探孔深設(shè)置

根據(jù)三個(gè)規(guī)范要求，孔深原則分別為“在基巖和淺層巖溶發(fā)育地區(qū)，基礎(chǔ)底面下土層厚度小于地基變形計(jì)算深度時(shí)，一般性鉆孔應(yīng)鉆至較完整～完整基巖面，控制性鉆孔應(yīng)深入較完整～完整基巖面3～5m”，“對(duì)巖質(zhì)地基，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、巖體特性、風(fēng)化情況等，結(jié)合建筑物對(duì)地基要求，按地方標(biāo)準(zhǔn)或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定”，“控制性鉆孔深度可根據(jù)探測(cè)目的確定，最大深度以查明溶洞空間分布為目的；一般性鉆孔用以查明地基建筑條件，孔深宜進(jìn)入持力層3～5倍基礎(chǔ)短邊寬度且不小于5m”。

貴州山區(qū)風(fēng)電基礎(chǔ)多為天然擴(kuò)展基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸較大?；A(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證基坑開(kāi)挖和風(fēng)電機(jī)組吊裝工作面，通常會(huì)削除部分山頂，此時(shí)基底大部分已進(jìn)入山體一定深度，基礎(chǔ)已置于巖基之上。筆者認(rèn)為，貴州地區(qū)以灰?guī)r、白云巖為地基持力層時(shí)，其強(qiáng)度和剛度能滿足承載力和變形要求，因此，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)置于上述地層時(shí)，對(duì)于一般性鉆孔孔深設(shè)置，按規(guī)范要求，進(jìn)入地基持力層3～5倍基礎(chǔ)短邊寬度（風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)多為直徑約19～20m圓形基礎(chǔ)），深度過(guò)大，孔深進(jìn)入基底下3～5m即可；對(duì)于控制性鉆孔孔深設(shè)置，可結(jié)合物探測(cè)試成果，當(dāng)異常區(qū)位于基礎(chǔ)受力及變形范圍內(nèi)時(shí)，孔深達(dá)到異常區(qū)下3～5m即可。

（3）室內(nèi)試驗(yàn)

結(jié)合貴州山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目特點(diǎn)，筆者認(rèn)為，巖石室內(nèi)試驗(yàn)可參考貴州省地方標(biāo)準(zhǔn)，保證每個(gè)巖性層或巖體單元參加統(tǒng)計(jì)的數(shù)量不少于6件，試驗(yàn)內(nèi)容以查明巖體物理力學(xué)性質(zhì)為主。

貴州山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目，機(jī)位處地下水位深，地表基巖多裸露或有少量淺層覆蓋層覆蓋，當(dāng)基坑開(kāi)挖后，基底及基礎(chǔ)四周均為基巖，不涉及水土腐蝕問(wèn)題。

（4）物探應(yīng)用

貴州山區(qū)風(fēng)電機(jī)組多布置于山體頂部，或山脊頂部，與周邊高差大，且交通條件較差或一般，機(jī)位周邊地下水深，當(dāng)以鉆探為主要勘探手段時(shí)，搬運(yùn)及施工難度大、成本高。結(jié)合貴州山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組多布置于灰?guī)r、白云巖地層的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為，在合理控制項(xiàng)目成本前提下，為達(dá)到理想的勘探效果，在地質(zhì)測(cè)繪基礎(chǔ)上，可采取物探為主、鉆探為輔的方式，通過(guò)物探手段查明機(jī)位處是否存在異常區(qū)，通過(guò)鉆孔查明地層巖性特征及驗(yàn)證異常區(qū)。

物探實(shí)施時(shí)，可參考《電力工程物探技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5159-2012）6.3.1和6.3.2條，“巖溶和土洞的探測(cè)方法可采用直流電法、電磁波法、彈性波法、井中探測(cè)法等。地表沒(méi)有覆蓋層時(shí)，巖溶探測(cè)宜選擇地質(zhì)雷達(dá)法、瞬變電磁法；覆蓋層厚度較小時(shí)，巖溶和土洞探測(cè)可選擇高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)法、瑞雷波法、電測(cè)深法、電剖面法、淺層反射波法、淺層折射波法、瞬變電磁法等”。

案例分析

貴州桐梓某風(fēng)電場(chǎng)共布置24臺(tái)單機(jī)容量為2000kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量48MW。場(chǎng)區(qū)大部分地區(qū)海拔高程在1300～1900m之間，地勢(shì)開(kāi)闊，地形起伏較大，場(chǎng)區(qū)西面、南面及東北面邊緣均為陡崖，總體屬侵蝕、溶蝕中山地貌。

場(chǎng)區(qū)24臺(tái)風(fēng)電機(jī)組均位于山頂或山脊頂部，自然邊坡一般較陡，無(wú)公路及泥結(jié)石路直通機(jī)位處，交通條件差，山頂及斜坡地帶基巖出露多，沖溝強(qiáng)烈發(fā)育，覆蓋層零星分布。機(jī)位處巖層單一，巖性簡(jiǎn)單，基巖均為三疊系下統(tǒng)茅草鋪組第一段（T1m1）淺灰至深灰色薄至中厚層微～細(xì)?；?guī)r，巖溶較發(fā)育。風(fēng)電機(jī)組所在山體地下水埋藏深，大于風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)埋深，地下水對(duì)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)無(wú)影響。風(fēng)電機(jī)組機(jī)位處地層6～9m范圍內(nèi)巖溶較發(fā)育，溶溝、溶槽發(fā)育，巖體完整性較差。風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)均采用天然地基擴(kuò)展基礎(chǔ)，均以完整性相對(duì)較好的中風(fēng)化巖體為地基持力層。

該風(fēng)電場(chǎng)屬典型的貴州山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)，招標(biāo)設(shè)計(jì)階段勘察時(shí)，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)屬灰?guī)r巖溶區(qū)特點(diǎn)，考慮到風(fēng)電機(jī)組處道路交通條件差、鉆探施工用水困難等因素，勘察以物探、地質(zhì)測(cè)繪為主，輔以鉆孔、試驗(yàn)，主要勘察方法及結(jié)果如表1所示。

按此方法，在控制勘察成本的基礎(chǔ)上，查明了風(fēng)電機(jī)組地質(zhì)情況及巖體物理力學(xué)性質(zhì)，為設(shè)計(jì)提供了地質(zhì)依據(jù)。根據(jù)后期施工開(kāi)挖揭露，地質(zhì)條件基本與勘察一致，僅局部物探線及鉆孔未涉及區(qū)，開(kāi)挖時(shí)揭露了少量溶蝕地質(zhì)缺陷，勘察效果整體滿足要求。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，有必要針對(duì)不同的風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)不同的勘察方案。本文針對(duì)貴州山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目，結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)，闡明了該地區(qū)項(xiàng)目特征，并結(jié)合特征對(duì)標(biāo)現(xiàn)有規(guī)范文件，分析了風(fēng)電機(jī)組機(jī)位勘探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的勘察策略：在地質(zhì)測(cè)繪前提下，以物探為主、鉆探為輔，配合室內(nèi)試驗(yàn)。文中所提問(wèn)題及策略，可供貴州山區(qū)風(fēng)電勘察技術(shù)人員參考。

（作者單位：中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）