濕陷性黃土地區(qū)風(fēng)電場巖土工程勘察技術(shù)要點分析

摘要：為保障濕陷性黃土地區(qū)風(fēng)電場建設(shè)的順利進行，巖土工程勘察必須要保證具有較高的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。針對某風(fēng)電勘察項目，采取了工程地質(zhì)調(diào)查、鉆探、探井、室內(nèi)土工試驗等多種技術(shù)方法，對巖土層的參數(shù)進行統(tǒng)計及選用，并進行黃土濕陷性評價，從而在此基礎(chǔ)上對后續(xù)的設(shè)計施工提出了建議，也為相關(guān)地區(qū)的項目建設(shè)工作提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：黃土地區(qū)風(fēng)電場巖土工程勘察濕陷性評價

中圖分類號：P642

KeyPointsAnalysisofGeotechnicalEngineeringSurveyTechnologyforWindFarmsinCollapsibleLoessAreas

LIZi'an1，2WANGYong1，2

1.NorthChinaEngineeringInvestigationInstituteCo.，Ltd.，Shijiazhuang，HebeiProvince，050021China;2.TechnologyInnovationCenterforGroundwaterDisasterPreventionandControlEngineeringforMetalMines，MinistryofNaturalResourcesofPeople’sRepublicofChina，Shijiazhuang，HebeiProvince，050021China

Abstract：Inordertoensurethesmoothconstructionofwindfarmincollapsibleloessarea，geotechnicalengineeringsurveysmustbehighlyaccurateandscientific.Inthispaper，engineeringgeologicalsurvey，drilling，explorationwell，indoorsoiltestandothertechnicalmethodsareadoptedforawindpowerexplorationproject.Theparametersofrockandsoillayerarecountedandselected，andthecollapsibilityofloessisevaluated.Basedonthis，suggestionsareputforwardforsubsequentdesignandconstruction，andreferenceisprovidedforprojectconstructionworkinrelatedareas.

KeyWords：Loessregion;Windfarms;Geotechnicalengineeringsurvey;Evaluationofcollapsibility

巖土工程勘察是工程建設(shè)前期階段中至關(guān)重要的一環(huán)，在該工作的加持下，工程項目能夠獲得更準(zhǔn)確的各類地質(zhì)參數(shù)，為后續(xù)設(shè)計施工等提供參考依據(jù)[1-3]。為保障濕陷性黃土地區(qū)風(fēng)電場建設(shè)的順利進行，巖土工程勘察是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，在濕陷性黃土地區(qū)條件下，巖土工程勘察技術(shù)必須要保證具有較高的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。對于巖土工程勘察技術(shù)來說，涉及到了多方面的勘察內(nèi)容，包括地質(zhì)地形環(huán)境、巖層種類、外觀地貌、成分結(jié)構(gòu)、性質(zhì)特點等，如果不能全面掌握這些信息，會阻礙后續(xù)工作的順利開展[4]。因此，在正式應(yīng)用巖土工程勘察技術(shù)時，首先要做好相關(guān)分析和研究工作，制訂完善的施工方案，重點把控勘察點間距、深度、地基承載力指標(biāo)等[5]，確保巖土工程勘察技術(shù)在濕陷性黃土地區(qū)下發(fā)揮出自身應(yīng)有作用。

某風(fēng)電場建設(shè)項目場區(qū)位于山西省南部，海拔為460～950m。項目場區(qū)位于公路兩側(cè)區(qū)域，交通較為便利。場地擬建風(fēng)機共20座，風(fēng)機輪轂高度為160m，單機容量為5.0MW，每臺風(fēng)機配置一臺箱式變壓器。勘察階段為詳細勘察。根據(jù)《陸上風(fēng)電場工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（NB/T31030—2022）、《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）（2009年版）的規(guī)定，風(fēng)電場地基等級為一級，場地復(fù)雜程度為二級，機組類型為1級，工程重要性等級為一級，綜合確定風(fēng)電場巖土工程勘察等級為甲級。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，項目場區(qū)內(nèi)露地層巖性主要為第四系上、中更新統(tǒng)黃土。1風(fēng)電場巖土工程勘察技術(shù)方法

1.1工作量布設(shè)

本次勘察根據(jù)規(guī)范相關(guān)條款布置勘察工作量，以工程地質(zhì)調(diào)查、鉆探取土、探井、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、電阻率測試、剪切波速測試和室內(nèi)土工試驗為主要手段開展工作。

勘探點主要布置在擬建風(fēng)機位中心點上。風(fēng)電場場地內(nèi)共布置鉆孔20個，孔深為16～55m。為查明場地內(nèi)濕陷性黃土厚度，在每個風(fēng)機點位處布置1個探井，共20個，井深為10～25m。

2.2勘查工作方法

2.2.1工程地質(zhì)調(diào)查

在收集、分析工作區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計部門提供的地形圖，對項目區(qū)進行工程地質(zhì)調(diào)查。對地貌基本特征、表層土體性質(zhì)、地表水、地下水等進行相應(yīng)的調(diào)查，初步查明地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地震動參數(shù)、不良地質(zhì)作用、特殊性巖土的類型及分布特征，調(diào)查結(jié)果滿足詳勘階段要求。

2.2.2鉆探及取樣技術(shù)

勘察使用XY-200型工程鉆機，鉆探方法回轉(zhuǎn)鉆進，巖芯管取芯，開孔直徑127mm，終孔直徑108mm；施工過程中嚴(yán)格控制回次進尺，每回次進尺不大于2m，確保分層精度不低于±5cm，黏土巖芯采取率≥90%，粉土巖芯采取率≥85%。另外，投入60型機械洛陽鏟1臺，鉆探方法全井干作業(yè)成井，穿透濕陷性黃土層，孔徑500mm。投入背包鉆機1臺，鉆探方法回轉(zhuǎn)鉆進，巖芯管取芯，孔徑32mm。

本次勘察場地土以黃土狀粉土、黃土狀粉質(zhì)黏土、粉土及少量砂土為主，鉆孔采集原狀土和擾動土試樣，原狀土樣級別為Ⅱ級，擾動土樣級別為Ⅳ級。為了評價黃土的濕陷性，在探井中人工挖取原狀土，試樣級別為Ⅰ級。

2.2.3室內(nèi)試驗

本工程室內(nèi)試驗由具備相應(yīng)資質(zhì)的試驗室承擔(dān)，室內(nèi)土工試驗方法嚴(yán)格依照國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123—2019）的規(guī)定執(zhí)行。試驗所用儀器經(jīng)檢定合格，并在有效期之內(nèi)。室內(nèi)試驗項目根據(jù)樣品種類、土類、基坑開挖深度及其影響范圍確定，試驗項目有天然含水率、密度、液塑限、飽和快剪、固結(jié)試驗、濕陷系數(shù)、顆粒分析、易溶鹽分析、巖石點荷載試驗等，可以查明巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及均勻性和地基土腐蝕性。3風(fēng)電場巖土工程勘察重要參數(shù)選取

3.1巖土參數(shù)的統(tǒng)計、選用

根據(jù)地基土物理力學(xué)性質(zhì)試驗指標(biāo)，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗提出場地地基巖土體物理力學(xué)參數(shù)建議值，由于探井土樣等級相對更高，原狀性保持更好，故其中②黃土狀粉土、③黃土狀粉質(zhì)黏土、④黃土狀粉土層的指標(biāo)采用探井土樣的試驗指標(biāo)，⑤粉土、⑥1粉砂、⑥2粉砂、⑦1強風(fēng)化灰?guī)r、⑦2中風(fēng)化灰?guī)r層的指標(biāo)采用鉆機OJXYGyXQSvPKoB6G9Z8dKA==土樣的試驗指標(biāo)，土的常規(guī)指標(biāo)和壓縮指標(biāo)選用平均值，剪切指標(biāo)選用標(biāo)準(zhǔn)值。各工程地質(zhì)層巖土參數(shù)建議值見表1。

3.2黃土濕陷性評價

本次勘察對場地內(nèi)分布的②黃土狀粉土、③黃土狀粉質(zhì)黏土、④黃土狀粉土層黃土進行了濕陷性測試，根據(jù)土工試驗成果，場地內(nèi)②黃土狀粉土、③黃土狀粉質(zhì)黏土、④黃土狀粉土層黃土層大部分樣品濕陷系數(shù)大于0.015，屬濕陷性土，應(yīng)進行濕陷性評價。

式（1）、式（2）中：Δzs為自重濕陷量，單位為㎜；δzsi為第i層土的自重濕陷系數(shù)；Δs為濕陷量，單位為㎜；δsi為第i層土的濕陷系數(shù)；hi為第i層土的厚度，單位為m；β0為因場區(qū)土質(zhì)而異的修正系數(shù)，本地區(qū)屬Ⅲ區(qū)，取0.90；β為考慮地基土的受力狀態(tài)及地區(qū)等因素的修正系數(shù)，基底下0～5m深度內(nèi)取1.5；5～10m深度在非自重濕陷性黃土場地取1.0，在非自重濕陷性黃土場地取β0；10m以下在自重濕陷性黃土場地取β0；α為浸水機率系數(shù)，基礎(chǔ)底面下深度0～10m深度內(nèi)取1，深度10～20m深度內(nèi)取0.9，深度20～25m深度內(nèi)取0.6，深度25m以下取0.5。

通過對探井T01-T20的計算，得到場地內(nèi)累計濕陷量Δs為55.58～773.91mm，累計自重濕陷量Δzs為29.70～493.65mm，濕陷類型除T14為非自重濕陷外均為自重濕陷，濕陷程度為一般～嚴(yán)重，濕陷等級T12、T14為Ⅰ級，T06、T10、T11為Ⅱ級，T17為Ⅳ級，濕陷下限深度為9.5～25.5m。其中探井T01、T05、T07、T08及T14未穿透濕陷性黃土層下限，濕陷量計算時，濕陷土層厚度按該探井揭露的最大厚度計算。本場地部分風(fēng)機點位處濕陷下限深度大于20m，為大厚度濕陷性黃土場地。

4濕陷性黃土地區(qū)風(fēng)電場巖土工程分析評價

4.1場地穩(wěn)定性和建設(shè)適宜性

擬建場地內(nèi)未見滑坡、崩塌、泥石流、地震液化及新近活動斷裂等不良地質(zhì)作用與地質(zhì)災(zāi)害，場地穩(wěn)定性屬基本穩(wěn)定，但場地土具濕陷性，為嚴(yán)重自重濕陷性風(fēng)機點位時，擬建場地適宜性差；一般為自重濕陷性風(fēng)機點位時，擬建場地較適宜。

4.2地基基礎(chǔ)工程評價

4.2.1天然地基評價

擬建場地分布厚層濕陷性黃土，濕陷程度屬一般～嚴(yán)重，所有風(fēng)機點位場地均存在較大濕陷性，部分點位處濕陷下限深度大于20m，為大厚度濕陷性黃土場地，因此本工程擬建建（構(gòu)）筑物不宜采用天然地基作為基礎(chǔ)持力層。

4.2.2地基處理評價

基礎(chǔ)位于②層黃土狀粉土中。②層黃土狀粉土及以下分布的③層黃土狀粉質(zhì)黏土及④層黃土狀粉土均具有濕陷性，濕陷程度屬一般～嚴(yán)重，濕陷等級大多屬Ⅲ-Ⅳ的自重濕陷性場地，應(yīng)依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025—2018）相關(guān)條文對基底以下濕陷性黃土進行地基處理；地基處理建議采用灰土擠密樁法；地基處理施工質(zhì)量應(yīng)滿足有關(guān)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，以處理后的地層為基礎(chǔ)持力層。同時需做好場地防水、散水工作，嚴(yán)禁地表水對地基土的浸泡，以免造成地基的不均勻沉降。

4.2.3樁基礎(chǔ)

場區(qū)土層具有自重濕陷性，除采取結(jié)構(gòu)措施及地基處理外，還可考慮采用樁基礎(chǔ)，穿透濕陷性黃土層，以非濕陷性黃土層⑤層作為樁端持力層，樁型選擇干成孔（旋挖）灌注樁或預(yù)制樁。本項目中風(fēng)機上部承載力較高，建議選用樁基礎(chǔ)。

由于擬建場地濕陷土層厚、濕陷等級高，建議采用干作業(yè)成孔（擴底）灌注樁，樁基持力層建議選擇⑤層粉土、⑥1層粉砂或⑥2層細砂，樁基施工過程中，做好淺部土層孔壁支護以防塌孔，并要考慮濕陷性引起的負摩阻力影響。對于有砂土地層的風(fēng)機點位，在施工時需要在開挖后盡快灌注，以防發(fā)生竄孔。若采用混凝土預(yù)制樁，樁基持力層建議選擇⑤層粉土，設(shè)計時應(yīng)充分考慮建筑物對基礎(chǔ)荷載要求以便確定樁的類型選擇和深度要求。

4.3工程風(fēng)險與環(huán)境因素分析

（1）黃土具有塊狀結(jié)構(gòu)、垂直節(jié)理發(fā)育、孔隙大等特點，當(dāng)其在一定壓力和水的作用下發(fā)生濕陷時，土體結(jié)構(gòu)會快速破壞，承載力急劇下降，從而對工程施工安全造成嚴(yán)重危害。首先應(yīng)采取防水措施，其次保證地基處理或樁基施工質(zhì)量，并且在雨季期間要加強對場區(qū)沉降量的監(jiān)測，以防出現(xiàn)不均勻沉降等工程風(fēng)險。

（2）開挖深度較大，基坑支護結(jié)構(gòu)失效帶來的坑壁整體失穩(wěn)或局部大變形，因此可考慮采用土釘墻或鋼板樁支護等方案進行預(yù)防。

（3）建設(shè)廠區(qū)周圍一般緊鄰村莊，可能會產(chǎn)生噪音、空氣污染等對居民生活的不利影響，同時居民平時的耕地等生產(chǎn)生活，也可能會導(dǎo)致工程建設(shè)期間的安全風(fēng)險增加。

5結(jié)語

綜上所述，巖土工程勘察技術(shù)在濕陷性黃土地區(qū)風(fēng)電場的建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用，尤其體現(xiàn)在針對濕陷性黃土的探井取樣、土工試驗及巖土工程分析評價等方面。因此，為了保證工程的可行性和安全性，在濕陷性黃土地區(qū)條件下進行巖土工程勘察時，需要運用先進且正確的技術(shù)手段和方法。在未來的工程實踐中，我們也應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗，不斷創(chuàng)新技術(shù)手段，不斷完善質(zhì)量管理體系，以應(yīng)對各種復(fù)雜多變的地質(zhì)環(huán)境條件，為巖土工程的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。參考文獻[1] 肖乾.巖土工程勘察質(zhì)量控制與評價方法研究[D].合肥：安徽建筑大學(xué)，2020.

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