淺談某風電場場址地基與基礎方案分析設計
論文關鍵詞:巖土工程特性 軟弱地基 承載力 樁基礎 預應力管樁(PHC樁)
論文摘要:本文在對某風電場工程的場址進行巖土工程勘察的基礎上,通過了解場地的工程地質條件和水文地質特征,查明場地勘探深度范圍內巖土性質、分布規律、埋藏條件,提供各土層的物理力學指標和有關的建筑抗震設計基本參數,對擬建場區的穩定性和適宜性進行評價,最后根據所得土的巖土參數、室內試驗及現場測試的資料成果,分析地基土的工程特性,提出經濟合理的地基方案及基礎設計方面的技術建議。
1 場地地質環境
場址區面積約為11km2,屬全新世洪沖擊和海積平原地貌類型,地形平坦,地面平均高程在2.5m(黃海高程系)左右。場址區所處揚子地臺北部邊緣,主要地質構造有北東向、北北東向及北西向三組段裂,場區北西測有一北東向推測斷裂構造通過,無活動性斷裂。場址區域及其附近地下水分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩大類型,初步判定地下水對混凝土有腐蝕性,對基礎和施工影響較大。場址區位于郯廬地震帶東側,近年來未發生過4級以上的破壞性地震,地質構造活動尚處在相對穩定期,相應地震基本烈度為Ⅶ度,建筑場地類別為Ⅲ類,場地適宜建設。
2 巖土體工程地質特性
根據前期勘察成果,并結合鄰近的工程地質資料,按其成因類型、巖性、埋藏條件及物理力學性質特征,將場址區域土層按其工程地質性質劃分為10層,其中在場址區域地面以下30m以淺地層劃分為5個工程地質層:(1)以粘土為主的素填土,厚2.0m～2.5m;(2)厚15m～17m淤泥質粘土;(3)厚1.5m～4.0m粘土;(4)(5)為粉質粘土和粉土。
場區內淤泥層土質覆蓋層較厚,承載力低,工程地質條件較差,采用天然地基不能滿足要求,其下層(4)(5)中密～密實粉土或粉質粘土層承載力較高,工程地質條件較好,故風電場主要建、構筑物采用以該層土為持力層的樁基可滿足強度和正常使用狀態等設計要求。
3 地基與基礎處理方案評價
3.1 地基處理分析評價
建筑物和構筑物可根據各建(構)筑物部分的使用功能和基礎埋深,采取以下兩種地基處理方案。
(1)換填墊層法。
填土可采用砂、碎石、素土等。現行的設計思路是將換填墊層作為基礎的持力層,利用基底附加應力在換填墊層中向下擴散時應力不斷減小的特點,選擇合適的墊層厚度,以達到軟弱下臥層頂面所受的壓應力不大于其容許應力的目的。
(2)水泥土攪拌法。
用水泥、石灰等建筑材料做固化劑,運用深層攪拌機械對各種材料進行攪拌,使得固化物和軟土攪拌均勻,從而產生一系列的物理或者化學反應,使軟土硬結成水泥(或石灰)土樁(柱)體或連成地下樁排,使之成為具有整體性和一定度的復合地基,這樣就能夠使得軟土強度大大高于天然強度,其壓縮性、滲水性比天然軟土大大降低。
(3)預壓法。
預壓法適用于處理淤泥、淤泥質土、沖填土等飽和黏性土地基。當軟土層厚度小于4m時,可采用預壓法處理,當軟土層厚度超過4m時,應采用塑料排水帶、砂井等豎向排水預壓法處理。對真空預壓工程,必須在地基內設置排水豎井。該方法是在通過在軟土層中按一定的距離設置砂井,通過設置的砂井來改變軟土層的排水條件,排水條件的提高有利于加速軟土的固結,有利于減少預壓的時間。
(4)擠密法。
擠密法有表層原位壓實法、強夯法、振沖密實法、擠密密實法、爆破擠密法和土樁、灰土樁等多種方法;采用一定措施,通過振動和擠密使深層土密實,使地基土孔隙比減小,強度提高。主要途徑是通過望土中打入樁管成孔,并把填入孔中的礫石等材料搗實。此種方法主要針對的是含砂粒、瓦屑的雜填土等較多的松散土地基,對于粘性大的飽和軟土地基不太合適。
(5)高壓噴射注漿法。
該方法是使用較大的壓力,把水泥漿液從管路中噴射而出,該方法能夠通過切割破壞土體,并能和土拌和均勻,并產生部分的置換作用,通過自然凝固后成為拌和樁體,并與地基形成良好的復合地基。
3.2 基礎處理分析評價
根據區域地質描述,結合勘察成果,本場區地處沿海灘涂區,上部淤泥層土質很厚,地下水位較淺,屬于軟土地基,此地基常用的樁基型式有鉆孔灌注樁、預應力混凝土方樁、預應力高強混凝土管樁(PHC樁)等,并結合建筑物結構形式,采用預應力(PHC樁)樁基方案,生產值班樓、主控樓、35kV及GIS配電裝置和主變壓器四個主要建筑物采用樁基礎,樁型可選用預應力高強混凝土管樁(PHC樁),而且設計時可根據不同建筑物的要求,選定適宜的持力層。
4 基礎方案分析與設計
預應力高強混凝土管樁(PHC樁)要根據巖土工程勘察成果,考慮到淤泥層厚度可能存在不均勻性和其下粘土層高低起伏的問題,因此施工圖階段將根據各風機位置的地層分布,粘土層標高及特性等因素,綜合優化基礎埋深與樁長。
(1)樁端進入持力層的深度,對于粘性土、粉土不宜小于2倍樁身直徑,砂土不宜小于1.5倍樁身直徑。樁端持力層為硬塑粘土或粉質粘土,且樁端下不存在軟弱下臥層,地質條件較好,樁型初定為壁厚130,直徑600的PHC樁,樁長35m,為端承摩擦樁。
(2)每組風電機組配置一臺箱式變壓器,箱式變壓器較小,對地基變形無嚴格要求,但對防水要求較高,故對箱式變壓器基礎頂面設計標高適當提高,便于防潮水,上部為框架結構。
(3)箱式變電器基礎承臺底面為矩形,尺寸為4.2×2.7m,埋深1.0m。施工圖階段具體尺寸視廠家資料適當調整。周圍設集油槽,內鋪潔凈卵石,旁設鋼筋混凝土事故油池。110kV進出線架構、主變架構及母線架構還是采用樁基基礎,電容器基礎底座連于鋼筋混凝土支架上,支架高度根據場地位置及工藝要求確定,支架基礎在地基處理的基礎上采用現澆鋼筋混凝土剛性基礎。
5 結語
通過了解場地的工程地質條件和水文地質特征,以及根據所得土的巖土參數、室內試驗及現場測試的資料成果,分析地基土的工程特性,提出經濟合理的地基方案及基礎設計方面的技術建議,改良場址地基與基礎,使得滿足各種大型場址建筑的需要。因此我們以后在處理類似地基的時候,要結合擬建區域內地基土的組成及力學性質等實際情況,采用不同的地基處理方法,保證工程建設的質量,才能取得良好的經濟效益和社會效益。
參考文獻：
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