浅谈某风电场场址地基与基础方案分析设计
论文关键词:岩土工程特性 软弱地基 承载力 桩基础 预应力管桩(PHC桩)
论文摘要:本文在对某风电场工程的场址进行岩土工程勘察的基础上,通过了解场地的工程地质条件和水文地质特征,查明场地勘探深度范围内岩土性质、分布规律、埋藏条件,提供各土层的物理力学指标和有关的建筑抗震设计基本参数,对拟建场区的稳定性和适宜性进行评价,最后根据所得土的岩土参数、室内试验及现场测试的资料成果,分析地基土的工程特性,提出经济合理的地基方案及基础设计方面的技术建议。
1 场地地质环境
场址区面积约为11km2,属全新世洪冲击和海积平原地貌类型,地形平坦,地面平均高程在2.5m(黄海高程系)左右。场址区所处扬子地台北部边缘,主要地质构造有北东向、北北东向及北西向三组段裂,场区北西测有一北东向推测断裂构造通过,无活动性断裂。场址区域及其附近地下水分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两大类型,初步判定地下水对混凝土有腐蚀性,对基础和施工影响较大。场址区位于郯庐地震带东侧,近年来未发生过4级以上的破坏性地震,地质构造活动尚处在相对稳定期,相应地震基本烈度为Ⅶ度,建筑场地类别为Ⅲ类,场地适宜建设。
2 岩土体工程地质特性
根据前期勘察成果,并结合邻近的工程地质资料,按其成因类型、岩性、埋藏条件及物理力学性质特征,将场址区域土层按其工程地质性质划分为10层,其中在场址区域地面以下30m以浅地层划分为5个工程地质层:(1)以粘土为主的素填土,厚2.0m～2.5m;(2)厚15m～17m淤泥质粘土;(3)厚1.5m～4.0m粘土;(4)(5)为粉质粘土和粉土。
场区内淤泥层土质覆盖层较厚,承载力低,工程地质条件较差,采用天然地基不能满足要求,其下层(4)(5)中密～密实粉土或粉质粘土层承载力较高,工程地质条件较好,故风电场主要建、构筑物采用以该层土为持力层的桩基可满足强度和正常使用状态等设计要求。
3 地基与基础处理方案评价
3.1 地基处理分析评价
建筑物和构筑物可根据各建(构)筑物部分的使用功能和基础埋深,采取以下两种地基处理方案。
(1)换填垫层法。
填土可采用砂、碎石、素土等。现行的设计思路是将换填垫层作为基础的持力层,利用基底附加应力在换填垫层中向下扩散时应力不断减小的特点,选择合适的垫层厚度,以达到软弱下卧层顶面所受的压应力不大于其容许应力的目的。
(2)水泥土搅拌法。
用水泥、石灰等建筑材料做固化剂,运用深层搅拌机械对各种材料进行搅拌,使得固化物和软土搅拌均匀,从而产生一系列的物理或者化学反应,使软土硬结成水泥(或石灰)土桩(柱)体或连成地下桩排,使之成为具有整体性和一定度的复合地基,这样就能够使得软土强度大大高于天然强度,其压缩性、渗水性比天然软土大大降低。
(3)预压法。
预压法适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和黏性土地基。当软土层厚度小于4m时,可采用预压法处理,当软土层厚度超过4m时,应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程,必须在地基内设置排水竖井。该方法是在通过在软土层中按一定的距离设置砂井,通过设置的砂井来改变软土层的排水条件,排水条件的提高有利于加速软土的固结,有利于减少预压的时间。
(4)挤密法。
挤密法有表层原位压实法、强夯法、振冲密实法、挤密密实法、爆破挤密法和土桩、灰土桩等多种方法;采用一定措施,通过振动和挤密使深层土密实,使地基土孔隙比减小,强度提高。主要途径是通过望土中打入桩管成孔,并把填入孔中的砾石等材料捣实。此种方法主要针对的是含砂粒、瓦屑的杂填土等较多的松散土地基,对于粘性大的饱和软土地基不太合适。
(5)高压喷射注浆法。
该方法是使用较大的压力,把水泥浆液从管路中喷射而出,该方法能够通过切割破坏土体,并能和土拌和均匀,并产生部分的置换作用,通过自然凝固后成为拌和桩体,并与地基形成良好的复合地基。
3.2 基础处理分析评价
根据区域地质描述,结合勘察成果,本场区地处沿海滩涂区,上部淤泥层土质很厚,地下水位较浅,属于软土地基,此地基常用的桩基型式有钻孔灌注桩、预应力混凝土方桩、预应力高强混凝土管桩(PHC桩)等,并结合建筑物结构形式,采用预应力(PHC桩)桩基方案,生产值班楼、主控楼、35kV及GIS配电装置和主变压器四个主要建筑物采用桩基础,桩型可选用预应力高强混凝土管桩(PHC桩),而且设计时可根据不同建筑物的要求,选定适宜的持力层。
4 基础方案分析与设计
预应力高强混凝土管桩(PHC桩)要根据岩土工程勘察成果,考虑到淤泥层厚度可能存在不均匀性和其下粘土层高低起伏的问题,因此施工图阶段将根据各风机位置的地层分布,粘土层标高及特性等因素,综合优化基础埋深与桩长。
(1)桩端进入持力层的深度,对于粘性土、粉土不宜小于2倍桩身直径,砂土不宜小于1.5倍桩身直径。桩端持力层为硬塑粘土或粉质粘土,且桩端下不存在软弱下卧层,地质条件较好,桩型初定为壁厚130,直径600的PHC桩,桩长35m,为端承摩擦桩。
(2)每组风电机组配置一台箱式变压器,箱式变压器较小,对地基变形无严格要求,但对防水要求较高,故对箱式变压器基础顶面设计标高适当提高,便于防潮水,上部为框架结构。
(3)箱式变电器基础承台底面为矩形,尺寸为4.2×2.7m,埋深1.0m。施工图阶段具体尺寸视厂家资料适当调整。周围设集油槽,内铺洁净卵石,旁设钢筋混凝土事故油池。110kV进出线架构、主变架构及母线架构还是采用桩基基础,电容器基础底座连于钢筋混凝土支架上,支架高度根据场地位置及工艺要求确定,支架基础在地基处理的基础上采用现浇钢筋混凝土刚性基础。
5 结语
通过了解场地的工程地质条件和水文地质特征,以及根据所得土的岩土参数、室内试验及现场测试的资料成果,分析地基土的工程特性,提出经济合理的地基方案及基础设计方面的技术建议,改良场址地基与基础,使得满足各种大型场址建筑的需要。因此我们以后在处理类似地基的时候,要结合拟建区域内地基土的组成及力学性质等实际情况,采用不同的地基处理方法,保证工程建设的质量,才能取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1] 工程地质手册(第4版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[2] 建筑地基基础设计规范[S].GB50007-2002.
[3] 土工试验方法标准[S].GB/T50123-1999.
[4] 顾晓鲁,钱鸿,刘惠珊,等.地基与基础[M].北京.中国建筑工业出版社,2003.
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