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摘要: 本文介绍三门峡某风电场勘察中发现场地分布黄土，结合风机天然地基基础特点，介绍本项目黄土地区持力层选择。
关键词：湿陷性黄土
中图分类号：P642文献标识码： A
1、项目概况
三门峡某风电场位于河南省西部，黄河南岸湖滨区和陕县境内山地上，距三门峡市城区约为40km，有省道314穿过场区，交通便利。本工程场区属丘陵山地地形，海拔700m左右，风机布置分散，其中有一区块属于黄土台塬，风机位场地较平整，地层为黄土状土、黄土及粘土，两侧发育冲沟，拟布置7台1000kW风机。
2、黄土形成机理
地质学上的湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，在附加压力或在附加压力和土的自重压力下引起的湿陷变形，是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形，对建筑物危害大。黄土塬、梁、峁地形是今天黄土高原基本的地貌类型。山、原、川三大地貌类型是黄土高原的主体。判断黄土层的年代有许多方法，有考古学中常用的碳1 4测年法和测量黄土层中古代矿物的剩余磁性，前者研究不超过3～4万年的在黄土地层，而后者需与标准地磁年表对比确定黄土层的年龄，可以分析几千万年的历史。
根据国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）附录A“中国湿陷性黄土工程地质分区略图”，拟建工程场区黄土属于关中地区（Ⅲ），为中更新世（Q2）老黄土，为离石黄土，勘察期间钻孔最大揭露50m未穿，上部部分土层具湿陷性。
3、场地岩土层分布
根据现场地质测绘并结合区域地质资料，场区内布置风机处出露的地层年代、形成原因、岩土结构及物理力学性能差异大。拟建区块及局部山顶基岩上覆覆盖层较厚，团块状分布于场区山包顶部及坡上，由冲洪积及风积的粘土、黄土及黄土状土层与表层的黄土层。最大揭露50m的勘探深度内地基土的结构与特征进行自上而下简述，可分为以下5层：
①黄土（Q2eol）：浅黄～褐黄色，较潮湿，松散～稍密，可塑，土质较为均匀，表部为耕质土，含大量植物根系，大孔及虫孔发育，含约15％的结核，多呈2～4cm不规则块状。层厚2.6～6.7m。锹可开挖，具一定湿陷性。黄土层在本区广泛发育。
②粘土层（Q2pl+al）：褐黄～褐红色，稍湿，可塑～硬塑，稍密～中密，土质均匀，虫孔发育，含大量白色钙膜，多有厚2～5cm的灰白色钙质结核层，粒径1～3cm，部分地段夹有1.4～3.3m厚的黄土透镜体。该层广泛分布于本区，与黄土互层状分布。层厚2.7～7.6m。
③黄土层（Q2eol）：灰黄～褐黄色，稍湿，硬塑状态，稍密，土质较均一，大孔及虫孔发育，含零星白色钙膜，零星结核粒径1～3cm。该层在本区广泛发育，局部地段未揭穿该层，层厚1.1～14.0m。具有轻微湿陷性。黄土层在本区广泛发育。
④粘土层（Q2pl+al）：褐黄～褐红色，稍湿，硬塑，中密，土质较均一，层中含少量钙质结核，泥质胶结，局部地段层中夹有厚度为1.5m的黄土层，该层底部多有厚20～50cm的钙质结核层，呈灰白色。该层广泛分布于本区，与黄土层互层。层厚2.7～13.0m。
⑤黄土层（Q2eol）：灰黄～褐黄色，稍湿，硬塑，中密～密实，土质较均一，大孔及虫孔发育，含零星白色钙膜，偶见蜗牛壳及1～4cm钙质结核，层中含少量的姜结石，姜结石多呈块状。该层黄土不具湿陷性。该层在本区广泛发育，层顶埋深34.7～37.0m，本层勘探未揭穿。
黄土区块各土层物理力学性质指标见表1“地基土物理力学性质指标汇总表”。
地基土物理力学性质指标汇总表
表1
根据工程经验及工程类比提供各岩土层的物理力学参数建议值见表2。
地基土（岩）物理力学参数建议值表
表2
为评价场址黄土地基黄土的湿陷性，本阶段对59组黄土湿陷性试验成果统计列于表3。
黄土湿陷性系数试验成果统计表
表3
试验成果表明：第①层黄土状土或黄土，湿陷系数最大值0.046，最小值0.003，平均值0.031；第②层粘土层，湿陷系数最大值0.01，最小值0.001，平均值0.004；第③层黄土层，湿陷系数最大值0.031，最小值0.001，平均值0.016。
根據《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）的规定：第①层黄土状土或黄土具有中等湿陷性，第②层粘土层属非湿陷性土，第③层黄土层具有轻微湿陷性。
通过现场地质调查、坑槽探等，均未发现任何溶陷等现象，地表水排泄通畅，地下水位埋藏很深，岩土体含水量较小，农耕地为旱地，不具灌溉条件。因此，湿陷性黄土仅分布在地基上部一定深度内，下部的各土层不具有湿陷性。
4、天然地基持力层选择
①黄土，较潮湿，松散～稍密，可塑。层厚2.6～6.7m。力学强度低，具中等湿陷性，不宜作为持力层，建议挖除处理。
②粘土层，稍湿，可塑～硬塑，稍密～中密。层顶埋深0m～6.7m，层底埋深1.1～13.2m，层厚2.7～7.6m。力学强度相对较高，无湿陷性，建议作为持力层，但本层部分地段层中夹有厚度为1.4～3.3m的黄土层，使粘土层厚度变薄，建议采取必要的工程处理措施。
③黄土层，稍湿，硬塑，稍密，土质较均一。层顶埋深0～13.2m，层底埋深1.1～25.1m，层厚1.1～14.0m。力学强度较高，但具轻微湿陷性。可作为持力层的下卧层，建议考虑其轻微湿陷性变形。
④粘土层，稍湿，硬塑，中密，局部地段层中夹有厚度为1.5m的黄土层。层顶埋深1.1～25.1m，层底埋深3.8m～37.0m，层厚2.7～13.0m。力学强度较高，无湿陷性，是良好的持力层下卧层。
⑤黄土层，稍湿，硬塑，中密～密实，土质较均一，层顶埋深34.7～37.0m，本层勘探未揭穿。力学强度较高，无湿陷性，是良好的持力层下卧层。
根据勘探资料，各风机持力层地基中地层延伸较为稳定，其中第②层地层，层顶埋深不大，力学强度和压缩模量值相对较高，可作为各风机地基持力层的首选。
5、结论
本项目风机基础设计施工时，依据勘察建议，挖除①层具湿陷性黄土层后，以②粘土层作为天然地基持力层，基础底面做约30cm厚灰土垫层，风机基础外平面做好地表排水等等辅助措施。目前风机已安全运营4年，基础沉降及变形均在远小于规范控制范围。该项目黄土区块风机基础选择天然地基并选取合适的持力层，较桩基础和复合地基经济，施工工期也大为节省，提前了运行发电日期，取得了良好的综合经济效益。
参考资料：
1、工程地质手册（第四版） 中国建筑工业出版社
2、GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范中国建筑工业出版社
关键词：湿陷性黄土
中图分类号：P642文献标识码： A
1、项目概况
三门峡某风电场位于河南省西部，黄河南岸湖滨区和陕县境内山地上，距三门峡市城区约为40km，有省道314穿过场区，交通便利。本工程场区属丘陵山地地形，海拔700m左右，风机布置分散，其中有一区块属于黄土台塬，风机位场地较平整，地层为黄土状土、黄土及粘土，两侧发育冲沟，拟布置7台1000kW风机。
2、黄土形成机理
地质学上的湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，在附加压力或在附加压力和土的自重压力下引起的湿陷变形，是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形，对建筑物危害大。黄土塬、梁、峁地形是今天黄土高原基本的地貌类型。山、原、川三大地貌类型是黄土高原的主体。判断黄土层的年代有许多方法，有考古学中常用的碳1 4测年法和测量黄土层中古代矿物的剩余磁性，前者研究不超过3～4万年的在黄土地层，而后者需与标准地磁年表对比确定黄土层的年龄，可以分析几千万年的历史。
根据国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）附录A“中国湿陷性黄土工程地质分区略图”，拟建工程场区黄土属于关中地区（Ⅲ），为中更新世（Q2）老黄土，为离石黄土，勘察期间钻孔最大揭露50m未穿，上部部分土层具湿陷性。
3、场地岩土层分布
根据现场地质测绘并结合区域地质资料，场区内布置风机处出露的地层年代、形成原因、岩土结构及物理力学性能差异大。拟建区块及局部山顶基岩上覆覆盖层较厚，团块状分布于场区山包顶部及坡上，由冲洪积及风积的粘土、黄土及黄土状土层与表层的黄土层。最大揭露50m的勘探深度内地基土的结构与特征进行自上而下简述，可分为以下5层：
①黄土（Q2eol）：浅黄～褐黄色，较潮湿，松散～稍密，可塑，土质较为均匀，表部为耕质土，含大量植物根系，大孔及虫孔发育，含约15％的结核，多呈2～4cm不规则块状。层厚2.6～6.7m。锹可开挖，具一定湿陷性。黄土层在本区广泛发育。
②粘土层（Q2pl+al）：褐黄～褐红色，稍湿，可塑～硬塑，稍密～中密，土质均匀，虫孔发育，含大量白色钙膜，多有厚2～5cm的灰白色钙质结核层，粒径1～3cm，部分地段夹有1.4～3.3m厚的黄土透镜体。该层广泛分布于本区，与黄土互层状分布。层厚2.7～7.6m。
③黄土层（Q2eol）：灰黄～褐黄色，稍湿，硬塑状态，稍密，土质较均一，大孔及虫孔发育，含零星白色钙膜，零星结核粒径1～3cm。该层在本区广泛发育，局部地段未揭穿该层，层厚1.1～14.0m。具有轻微湿陷性。黄土层在本区广泛发育。
④粘土层（Q2pl+al）：褐黄～褐红色，稍湿，硬塑，中密，土质较均一，层中含少量钙质结核，泥质胶结，局部地段层中夹有厚度为1.5m的黄土层，该层底部多有厚20～50cm的钙质结核层，呈灰白色。该层广泛分布于本区，与黄土层互层。层厚2.7～13.0m。
⑤黄土层（Q2eol）：灰黄～褐黄色，稍湿，硬塑，中密～密实，土质较均一，大孔及虫孔发育，含零星白色钙膜，偶见蜗牛壳及1～4cm钙质结核，层中含少量的姜结石，姜结石多呈块状。该层黄土不具湿陷性。该层在本区广泛发育，层顶埋深34.7～37.0m，本层勘探未揭穿。
黄土区块各土层物理力学性质指标见表1“地基土物理力学性质指标汇总表”。
地基土物理力学性质指标汇总表
表1
根据工程经验及工程类比提供各岩土层的物理力学参数建议值见表2。
地基土（岩）物理力学参数建议值表
表2
为评价场址黄土地基黄土的湿陷性，本阶段对59组黄土湿陷性试验成果统计列于表3。
黄土湿陷性系数试验成果统计表
表3
试验成果表明：第①层黄土状土或黄土，湿陷系数最大值0.046，最小值0.003，平均值0.031；第②层粘土层，湿陷系数最大值0.01，最小值0.001，平均值0.004；第③层黄土层，湿陷系数最大值0.031，最小值0.001，平均值0.016。
根據《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）的规定：第①层黄土状土或黄土具有中等湿陷性，第②层粘土层属非湿陷性土，第③层黄土层具有轻微湿陷性。
通过现场地质调查、坑槽探等，均未发现任何溶陷等现象，地表水排泄通畅，地下水位埋藏很深，岩土体含水量较小，农耕地为旱地，不具灌溉条件。因此，湿陷性黄土仅分布在地基上部一定深度内，下部的各土层不具有湿陷性。
4、天然地基持力层选择
①黄土，较潮湿，松散～稍密，可塑。层厚2.6～6.7m。力学强度低，具中等湿陷性，不宜作为持力层，建议挖除处理。
②粘土层，稍湿，可塑～硬塑，稍密～中密。层顶埋深0m～6.7m，层底埋深1.1～13.2m，层厚2.7～7.6m。力学强度相对较高，无湿陷性，建议作为持力层，但本层部分地段层中夹有厚度为1.4～3.3m的黄土层，使粘土层厚度变薄，建议采取必要的工程处理措施。
③黄土层，稍湿，硬塑，稍密，土质较均一。层顶埋深0～13.2m，层底埋深1.1～25.1m，层厚1.1～14.0m。力学强度较高，但具轻微湿陷性。可作为持力层的下卧层，建议考虑其轻微湿陷性变形。
④粘土层，稍湿，硬塑，中密，局部地段层中夹有厚度为1.5m的黄土层。层顶埋深1.1～25.1m，层底埋深3.8m～37.0m，层厚2.7～13.0m。力学强度较高，无湿陷性，是良好的持力层下卧层。
⑤黄土层，稍湿，硬塑，中密～密实，土质较均一，层顶埋深34.7～37.0m，本层勘探未揭穿。力学强度较高，无湿陷性，是良好的持力层下卧层。
根据勘探资料，各风机持力层地基中地层延伸较为稳定，其中第②层地层，层顶埋深不大，力学强度和压缩模量值相对较高，可作为各风机地基持力层的首选。
5、结论
本项目风机基础设计施工时，依据勘察建议，挖除①层具湿陷性黄土层后，以②粘土层作为天然地基持力层，基础底面做约30cm厚灰土垫层，风机基础外平面做好地表排水等等辅助措施。目前风机已安全运营4年，基础沉降及变形均在远小于规范控制范围。该项目黄土区块风机基础选择天然地基并选取合适的持力层，较桩基础和复合地基经济，施工工期也大为节省，提前了运行发电日期，取得了良好的综合经济效益。
参考资料：
1、工程地质手册（第四版） 中国建筑工业出版社
2、GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范中国建筑工业出版社