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1、 甘肃白银平川捡财塘甘肃白银平川捡财塘45MW风电场特许权项目风电场特许权项目湿陷性黄土基础处理施工技术成果湿陷性黄土基础处理施工技术成果总结报告总结报告水电三局白银捡财塘风电场项目部水电三局白银捡财塘风电场项目部20092009年年6 6月月2727日日1.工程概况 甘肃白银平川捡财塘风电场平面布置图甘肃白银平川捡财塘风电场平面布置图 甘肃白银平川捡财塘风电场甘肃白银平川捡财塘风电场45MW45MW风电特许权项目场址位于甘风电特许权项目场址位于甘肃省白银市平川区西北王家山镇的捡财塘村附近，风电场中心肃省白银市平川区西北王家山镇的捡财塘村附近，风电场中心地理位置为东经地理位置为东经104.76
2、104.76、北纬、北纬36.9436.94，平均海拔高，平均海拔高1830m,1830m,占占地面积地面积16.3km216.3km2。地势西高东低，属丘陵地貌。风电场距平川区。地势西高东低，属丘陵地貌。风电场距平川区约约21km21km，距白银市约，距白银市约70km70km。 平川区位于白银市中部偏北，腾格里沙漠边缘，南北大部分平川区位于白银市中部偏北，腾格里沙漠边缘，南北大部分与靖远县接壤，东北与宁夏回族自治区海原县毗邻，东南与会与靖远县接壤，东北与宁夏回族自治区海原县毗邻，东南与会宁县相接，西北与景泰县相界，地势东南高、西北低，海拔在宁县相接，西北与景泰县相界，地势东南高、西北低，海
3、拔在1347-2858m1347-2858m之间。平川区地形的总特征是东南高、西北低之间。平川区地形的总特征是东南高、西北低, ,由由东南向西北倾斜。风电场所在地区为低山丘陵区。东南向西北倾斜。风电场所在地区为低山丘陵区。 平川区地处欧亚大陆的中心腹地，在气候上属于半干旱半沙平川区地处欧亚大陆的中心腹地，在气候上属于半干旱半沙漠大陆季风气候区，主要气候特点是：年降水量少，蒸发量大、漠大陆季风气候区，主要气候特点是：年降水量少，蒸发量大、风沙天气多，气候干燥，光热资源丰富，气温日较差大，历年风沙天气多，气候干燥，光热资源丰富，气温日较差大，历年平均气温平均气温8.28.2，极端最高气温，极端最高
4、气温34.134.1，极端最低气温，极端最低气温-23.2-23.2，年平均降水，年平均降水250mm250mm。 风电场工程位于祁连山造山带东缘走廊过渡带的南缘风电场工程位于祁连山造山带东缘走廊过渡带的南缘, ,松山复松山复斜的北冀，区域上建设项目附近的走廊过渡带活动性相对稳定，斜的北冀，区域上建设项目附近的走廊过渡带活动性相对稳定，褶皱相对开阔，断裂较少，建设项目南部的北祁连褶皱带，活动褶皱相对开阔，断裂较少，建设项目南部的北祁连褶皱带，活动强烈，岩浆岩发育，褶皱多为紧闭褶皱，断裂发育，地层遭受破强烈，岩浆岩发育，褶皱多为紧闭褶皱，断裂发育，地层遭受破坏强烈，新生代以来，伴随着青藏高原的降
5、升，场地附近以整体坏强烈，新生代以来，伴随着青藏高原的降升，场地附近以整体间歇性隆升为主要特点，差异活动不明显，拟建工程区构造不甚间歇性隆升为主要特点，差异活动不明显，拟建工程区构造不甚发育，该区域地壳处于基本稳定状态。风机地基均为黄土状粉土。发育，该区域地壳处于基本稳定状态。风机地基均为黄土状粉土。黄土状粉土湿陷性评价：本场地黄土为自重湿陷性黄土，湿陷性黄土状粉土湿陷性评价：本场地黄土为自重湿陷性黄土，湿陷性黄土地基的湿陷性等级为黄土地基的湿陷性等级为IVIV级。级。 场址区地震动峰值加速度小于场址区地震动峰值加速度小于0.20g0.20g，地震动反应谱特征周期，地震动反应谱特征周期为为0.
6、40s0.40s，相应地震烈度，相应地震烈度8 8度。该地区标准冻深度。该地区标准冻深0.90m0.90m。 本风电场建设装机规模为本风电场建设装机规模为45MW45MW，安装，安装3030台单机台单机1500kW1500kW的风电机的风电机组，风电场预计年上网电量组，风电场预计年上网电量0.99320.9932亿亿kWhkWh，等效利用小时，等效利用小时2207h2207h。风电场土建工程主要包括风机基础、箱式变电站基础。风机基础风电场土建工程主要包括风机基础、箱式变电站基础。风机基础和箱式变电站的基础各有和箱式变电站的基础各有3030座，风机地基处理采用二种型式，换座，风机地基处理采用二种
7、型式，换填垫层和钢筋混凝土灌注桩基础。箱式变电站的基础全部为处理填垫层和钢筋混凝土灌注桩基础。箱式变电站的基础全部为处理地基上的钢筋混凝土基础。地基上的钢筋混凝土基础。2.立项背景及课题研究内容 2.12.1立项背景立项背景 甘肃白银平川捡财塘风电场甘肃白银平川捡财塘风电场45MW45MW风电特许权项目场址位于甘风电特许权项目场址位于甘肃省白银市平川区西北王家山镇的捡财塘村附近，本标风机基肃省白银市平川区西北王家山镇的捡财塘村附近，本标风机基础和箱式变电站的基础各有础和箱式变电站的基础各有3030座，风机地基处理采用二种型式，座，风机地基处理采用二种型式，换填基础和钢筋混凝土灌注桩基础。换填基
8、础和钢筋混凝土灌注桩基础。20072007年年1111月月2020日由我局中日由我局中标，中标金额为标，中标金额为988988万元。万元。1 1、由于风电项目在我局属新发展领域，需要在施工技术、质量、由于风电项目在我局属新发展领域，需要在施工技术、质量、安全上进行新的探索，以适应这个行业发展的需要。安全上进行新的探索，以适应这个行业发展的需要。2 2、场区湿陷性黄土基础上进行风机基础的施工，在国内尚无先、场区湿陷性黄土基础上进行风机基础的施工，在国内尚无先例，这对设计、施工以及后期的运行管理提出了新的挑战。例，这对设计、施工以及后期的运行管理提出了新的挑战。3 3、场区内湿陷性黄土覆盖层较厚，
9、前期地质勘测过程中探孔最、场区内湿陷性黄土覆盖层较厚，前期地质勘测过程中探孔最深达到深达到49m49m，但仍未完全穿透湿陷性黄土覆盖层，且在湿陷性黄，但仍未完全穿透湿陷性黄土覆盖层，且在湿陷性黄土地区采用摩擦桩作为风机基础在国内工程建设中尚数首列，土地区采用摩擦桩作为风机基础在国内工程建设中尚数首列，一旦施工成功将为湿陷性黄土地区基础处理设计提供有利保障。一旦施工成功将为湿陷性黄土地区基础处理设计提供有利保障。2.22.2研究内容研究内容 通过甘肃白银平川捡财塘通过甘肃白银平川捡财塘45WM45WM风电场独立风机基础的施风电场独立风机基础的施工，研究解决高寒冷地区大吨位，频繁振动独立风机基础工
10、，研究解决高寒冷地区大吨位，频繁振动独立风机基础在湿陷性黄土中的可行性及可推广应用性；并且在施工过在湿陷性黄土中的可行性及可推广应用性；并且在施工过程中采用几种不同方式对湿陷性黄土独立基础地基进行处程中采用几种不同方式对湿陷性黄土独立基础地基进行处理，从中比较及总结相互之间的优劣性，探讨换土，旋挖理，从中比较及总结相互之间的优劣性，探讨换土，旋挖桩，重夯夯实等技术措施的优劣性和工法。桩，重夯夯实等技术措施的优劣性和工法。3.课题研究的难点 3.1 3.1 由于在湿陷性地区基础处理设计及施工中，选用摩擦由于在湿陷性地区基础处理设计及施工中，选用摩擦桩进行其地基处理的方式在国内尚数首例，所以在施工
11、过桩进行其地基处理的方式在国内尚数首例，所以在施工过程中确定其施工参数是非常困难的，只有通过现场前期阶程中确定其施工参数是非常困难的，只有通过现场前期阶段的施工，不断的实验及总结其施工参数；段的施工，不断的实验及总结其施工参数；3.2 3.2 由于风力发电机组基础所处地层属大厚度湿陷性黄土，由于风力发电机组基础所处地层属大厚度湿陷性黄土，其间又夹带有其间又夹带有0.6m-8m0.6m-8m的粉细砂层，加之施工时必须采用的粉细砂层，加之施工时必须采用“干成孔干成孔”施工作业，不能采用常规的泥浆护壁的成孔工施工作业，不能采用常规的泥浆护壁的成孔工艺，所以在粉细砂层地段桩基础开挖施工又是一施工难关；
12、艺，所以在粉细砂层地段桩基础开挖施工又是一施工难关；3.3 3.3 在湿陷性黄土地区修建大吨位，频繁振动独立风机基在湿陷性黄土地区修建大吨位，频繁振动独立风机基础在国内尚数首例，其风力发电机组的工作性质决定了其础在国内尚数首例，其风力发电机组的工作性质决定了其对基础地基稳定性的要求，因此在实际施工中通过现场实对基础地基稳定性的要求，因此在实际施工中通过现场实际情况研究并消除土质湿陷性又是一施工难题。际情况研究并消除土质湿陷性又是一施工难题。 4.课题攻关过程 4.14.1攻关时段：攻关时段：20082008年年2 2月月-2008-2008年年5 5月月 4.1.14.1.1主要内容：主要内容
13、：研究湿陷性黄土地区基础处理施工方案的选 择、确定及实践4.1.24.1.2攻关过程：攻关过程：通过人工干成孔作业、机械干成孔作业施工，对比优劣，之后通过对比采用“人机联合干成孔作业”，总结湿陷性黄土地区摩擦桩施工的施工参数及施工工艺；通过换填基础施工确定其在湿陷性黄土地区的施工参数。4.24.2攻关时段：攻关时段：20082008年年6 6月月-2009-2009年年2 2月月 4.2.14.2.1主要内容：主要内容：研究高寒冷地区大吨位，频繁振动独立风机基础在湿陷性黄土中桩基础及换土处理的施工工艺及优劣性评估报告，有关资料的收集及工艺编写。4.2.24.2.2攻关过程：攻关过程：通过湿陷性
14、黄土地区地基处理施工及独立风机基础的施工确定其施工参数，编制施工工法。4.34.3攻关时段：攻关时段：20092009年年3 3月月-2009-2009年年6 6月月 4.3.14.3.1主要内容：主要内容：研究成果的整理、分析、总结4.3.24.3.2攻关过程：攻关过程：通过对已建成的风机独立基础安装运行后的沉降观测，及风力发电机组运行状态、设备稳定性的观测，探讨及总结高寒冷地区大吨位，频繁振动独立风机基础在湿陷性黄土中的应用推广及其地基处理方式。地基载荷试验示意图地基载荷试验示意图5.课题取得的成果 5.15.1通过前期施工中人工成孔及旋挖机干成孔作业的对比及通过前期施工中人工成孔及旋挖机
15、干成孔作业的对比及工艺总结，在施工过程中将其单一、独立的施工工艺优化工艺总结，在施工过程中将其单一、独立的施工工艺优化为为“人机联合干成孔作业人机联合干成孔作业”工艺，成功完成风机独立基础工艺，成功完成风机独立基础灌注桩地基处理施工，满足设计及规范要求。灌注桩地基处理施工，满足设计及规范要求。5.25.2通过甘肃白银平川捡财塘通过甘肃白银平川捡财塘45WM45WM风电场特许权项目风机基风电场特许权项目风机基础的施工及风力发电机组安装运行，创造了高寒冷地区大础的施工及风力发电机组安装运行，创造了高寒冷地区大吨位、频繁振动独立风机基础在湿陷性黄土中的应用记录，吨位、频繁振动独立风机基础在湿陷性黄土
16、中的应用记录，为全国同类地质、气候环境下大吨位、频繁振动独立基础为全国同类地质、气候环境下大吨位、频繁振动独立基础在湿陷性黄土地区施工打开了新领域。在湿陷性黄土地区施工打开了新领域。5.35.3通过摩擦桩在大厚度湿陷性黄土地区基础处理中的施工通过摩擦桩在大厚度湿陷性黄土地区基础处理中的施工应用，填补了在湿陷性黄土地区灌注桩基础处理中采用摩应用，填补了在湿陷性黄土地区灌注桩基础处理中采用摩擦桩处理的空缺。擦桩处理的空缺。6.课题工程效益分析 白银平川捡财塘风电场湿陷性黄土地区风机独立基础摩擦桩地基处理施工研究在国内尚属首例，湿陷性黄土地区常规的桩基础均采用端承桩，其要求持力层必须座在岩石或砂砾石
17、层，捡财塘风电场如按照常规桩基础设计方法，均采用端承桩，则根据现场湿陷性黄土的覆盖厚度单根桩长最少为49m，而采用摩擦桩后，实际施工中平均每个桩长为30.5m；经我部根据端承桩施工要求与摩擦桩施工要求进行对比分析，初步测算：每根摩擦桩桩长比每根端承桩桩长最少短18.5m，根据现场施工单根桩的工程造价每根摩擦桩开挖比每根端承桩开挖节省2497.5元，C30混凝土浇筑节省9.25m3，每方C30混凝土单价为395元，共节省3653.75元；单根摩擦桩节省费用为2497.5+3653.75=6151.25元。白银平川捡财塘风电场工程共128根摩擦桩，共节省工程费用为6151.25128=78.736万元。7.课题应用推广及前景 白银平川捡财塘45MW风电场特许权项目湿陷性黄土地区风机基础施工中采用了摩擦桩地基处理的施工方法，这在全国的建筑史上也是首次采用。这一地基处理方法的成功应用填补了建筑施工历史上的一个空白，尤其高寒冷地区大吨位、频繁振动独立风机基础在湿陷性黄土中的应用也创造了全国企业新纪录，针对我国目前风力发电作为新型能源进行普遍推广的实际情况，在国内其它类似地质、气候环境下施工的企业或项目有借鉴和推广意义，尤其在西北地区由于其湿陷性黄土分布区域广，气候干旱、冬季寒冷，以上施工工艺及施工方法可普遍推广。
