濕陷性黃土地區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

隨著能源與環境問題日益突出，風力發電作為可再生清潔能源的一種，日趨受到人們的重視。據統計，2015年，全球風電產業新增裝機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。黃土由于其自身特殊的工程性質，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，場區地勢較為開闊，呈波狀起伏，適宜進行風電項目開發建設。

1.2 地層巖土構成及特性

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

根據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001，2009年版）及《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004），依據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。

根據現場勘察結果，結合區域地質資料，擬建場址區地層結構和巖性構成簡單，勘探深度范圍內，天然地層主要由第四系上更新統風積（Q3eol）新黃土、第四系中更新統風積（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，結構疏松，均勻，無層理，具垂直節理，夾少量白色條紋及鈣質結核，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結核為主要特征，無層理，質地堅硬，可見少量孔隙，局部含大量鈣質結核，呈稍濕、中密——密實狀態，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，質地堅硬，含少量鈣質結核，可見極少量孔隙，呈稍濕、中密——密實狀態，普遍分布。本次勘探深度內未揭穿該層。該層厚度較大，層位穩定，根據區域資料，厚度一般在30m以上。該層土具中等壓縮性，工程性質良好。

2. 地基評價

2.1 濕陷性評價

場地內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，濕陷系數為0.005～0.220，自重濕陷系數為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0.015～0.060，自重濕陷系數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0.001～0.014，浸水后不具濕陷性，該層厚度較大，層位穩定，根據區域資料，該層厚度一般在30m以上。依據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）附錄A，本地區屬隴東——陜北地區，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《濕陷性黃土地區建筑規范（GB50025-2004）》中有關條款的規定，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

根據地基土的物理力學指標，結合場地附近已有的勘察經驗，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，中等壓縮性，具濕陷性，第②2層老黃土呈中密——密實狀態，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。根據場地實際情況，對于風機建議采用干作業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結核層給施工過程中造成的影響。樁基礎設計參數見表二，表中樁基設計參數僅供參考，設計時應考慮應因場地自重濕陷產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《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004）及建筑樁基技術規范（JGJ94-2008）進行。

（3）區內地質構造簡單，無大型褶皺和斷裂構造，地質構造因素誘發地質災害的作用甚微。

（4）設計及施工時應做好地質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《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010），依據本次勘察結果，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.黃土與環境[J].北京科學出版社.1985.

[2] 工程地質手冊（第四版），中國建筑工業出版社.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.