湿陷性黄土地区的风电场岩土工程勘察案例分析

张慧　吕彪　张豫

摘要：以陕西延安某风电示范项目为例，进行了湿陷性黄土地区的风电场岩土工程勘察的初步分析与评价。

关键词：湿陷性黄土；工程勘察；地基

随着能源与环境问题日益突出，风力发电作为可再生清洁能源的一种，日趋受到人们的重视。据统计，2015年，全球风电产业新增装机63013MW，同比增长22%。其中，中国风电新增装机容量达30500MW。

黄河中下游的陕北、陇中东部是我国黄土最集中的地区。黄土由于其自身特殊的工程性质，在湿陷性黄土地基上进行工程建设时，必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害，选择适宜的地基处理方法，避免或消除地基的湿陷变形所造成的危害。

1. 工程概述

该工程位于延安市东北约70Km处的延长县，海拔高程在1050m～1350m之间，属黄土丘陵地貌，场区地势较为开阔，呈波状起伏，适宜进行风电项目开发建设。

1.2 地层岩土构成及特性

延长县地处陕甘宁盆地东部，场地内出露的岩层主要为中生代三叠系中上统沉积岩，仅在深切河谷区出露，大部为Q3eol新黄土所覆盖。

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009年版）及《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），依据拟建构筑物特点结合场地条件进行布置勘探点，升压站布置15个探井，每个风机位沿风机中心点对称布置2个探井。原则上，风机基础探井应穿透湿陷性黄土层。

根据现场勘察结果，结合区域地质资料，拟建场址区地层结构和岩性构成简单，勘探深度范围内，天然地层主要由第四系上更新统风积（Q3eol）新黄土、第四系中更新统风积（Q2eol）老黄土构成，分述如下：

第①层新黄土（Q3eol）：浅黄色～黄褐色、稍湿，稍密——中密状态，结构疏松，均匀，无层理，具垂直节理，夹少量白色条纹及钙质结核，零星分布，可见较多大孔隙及植物根系，层厚为6.2m～10.5m，普遍分布。

该层土具中等压缩性。浸水后具有自重湿陷性，湿陷程度轻微——强烈，工程性质较差。

第②1层湿陷性老黄土（Q2eol）：黄褐色——红褐色，以上部夹褐红色埋藏土壤层及下部夹灰白色钙质结核为主要特征，无层理，质地坚硬，可见少量孔隙，局部含大量钙质结核，呈稍湿、中密——密实状态，普遍分布。该层土具轻微——强烈湿陷性，具中等压缩性，工程性质一般。层厚为0m～5.1m。

第②2层老黄土（Q2eol）：黄褐色——红褐色，无层理，质地坚硬，含少量钙质结核，可见极少量孔隙，呈稍湿、中密——密实状态，普遍分布。本次勘探深度内未揭穿该层。该层厚度较大，层位稳定，根据区域资料，厚度一般在30m以上。该层土具中等压缩性，工程性质良好。

2. 地基评价

2.1 湿陷性评价

场地内广泛分布湿陷性黄土，在勘察所揭露的土层中，第①层新黄土，湿陷系数为0.005～0.220，自重湿陷系数为0.001～0.240，该层厚度在6.2m～10.5m，浸水后具自重湿陷性，湿陷程度为轻微——强烈，第②1层老黄土湿陷系数0.015～0.060，自重湿陷系数0.004～0.050浸水后具自重湿陷性，湿陷程度轻微——强烈，该层层厚0.5m～5.1m；第②2层老黄土湿陷系数0.001～0.014，浸水后不具湿陷性，该层厚度较大，层位稳定，根据区域资料，该层厚度一般在30m以上。依据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）附录A，本地区属陇东——陕北地区，因此β0按1.2取值。按天然地基计算，场地自重湿陷量△zs==42～266.8mm，按天然地基地坪以下1.5米计算，该场地的总湿陷量△s==165～536mm，按照《湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025-2004）》中有关条款的规定，场地为自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等）。

2.2 天然地基评价

根据地基土的物理力学指标，结合场地附近已有的勘察经验，第①层新黄土具自重湿陷性，湿陷程度轻微——强烈，不宜作为天然地基，第②1层湿陷性老黄土呈中密——密实状态，中等压缩性，具湿陷性，第②2层老黄土呈中密——密实状态，不具湿陷性，是较好的持力层和下卧层，各天然地层土的地基承载力特征值及变形指标见下表一。

2.3 地基方案

由于第①层新黄土具自重湿陷性，湿陷程度轻微——强烈，其地基土承载力相对较低，承载力或变形指标不能满足设计要求，不宜作为天然地基，必须进行处理。根据场地实际情况，对于风机建议采用干作业钻孔灌注桩或人工挖孔灌注桩，以满足设计承载力要求和变形要求。干作业钻孔灌注桩桩径以Ф=400mm～600mm为宜，且尽量采用挤土工艺（如夯扩桩），人工挖孔灌注桩桩径以Ф=800mm～1000mm为宜，桩端持力层应穿透湿陷性黄土坐落在第②2层老黄土。设计单位设计时需考虑局部灰白色钙质结核层给施工过程中造成的影响。桩基础设计参数见表二，表中桩基设计参数仅供参考，设计时应考虑应因场地自重湿陷产生的桩侧负摩擦阻力引起的下拉荷载的影响，最终应以试桩结果为准。

3. 结论及建议

（1）拟建场地属于自重性湿陷场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），不宜作为天然地基，必须进行地基处理。

（2）风机基础建议采用桩基础，桩端进入②2层老黄土，升压站建议采用强夯或换填处理，抑或采用强夯结合换填的方法进行处理，设计和施工应按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）及建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）进行。

（3）区内地质构造简单，无大型褶皱和断裂构造，地质构造因素诱发地质灾害的作用甚微。

（4）设计及施工时应做好地质灾害危险性的评估及预测。

（5）施工过程中应做好防排水措施。

（6）根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），依据本次勘察结果，场地类别为Ⅱ类，场地地基土为中硬土，场地为建筑抗震一般地段，延长县地震基本烈度为Ⅵ度，地震动峰值加速度为0.05g。

参考文献：

[1] 刘东生.黄土与环境[J].北京科学出版社.1985.

[2] 工程地质手册（第四版），中国建筑工业出版社.2007.

[3] 高大钊.岩土工程勘察与设计[J].北京人民交通出版社.2010.