大厚度湿陷性黄土区风机基础地基结构及其施工方法与流程

本发明属于地基处理技术领域，适用于湿陷性黄土地基的加固处理，涉及一种大厚度湿陷性黄土区风机基础地基结构及其施工方法。

背景技术：

黄土属于特殊土，物理力学性质常随成岩时代、成岩地区表现出一定的差异性，湿陷性黄土是黄土的一种。湿陷性黄土的最大特点就是，在土的自重应力和附加应力共同作用下，受水浸湿会发生急剧和大量的附加下沉。随着西部大开发的进一步深入和国家新能源工程建设的需要，越来越多的大厚度湿陷性黄土区域成为建筑场地。大厚度湿陷性黄土区往往具有自重湿陷性；地基湿陷等级高，达ⅲ～ⅳ级；湿陷土层厚度大，大多大于25m，甘肃陇西、陇东区已有勘探资料表明，湿陷性黄土厚度达45m；场地岩土工程条件和环境条件十分复杂，深入研究这类场地土的湿陷特性以及不同建(构)筑物的地基施工方法，是勘察设计人员面临的主要问题。

湿陷性黄土区地基处理方案的选择，一般根据建(构)筑物类别、黄土湿陷特性、施工条件、工期及环境因素等通过技术经济比较来确定，常用的方法有桩基础、挤密法、换土垫层法、强夯法等，其主要目的是消除地基湿陷性、提高地基承载力、减少沉降变形。大厚度湿陷性黄土区风电工程建设目前积累的经验还不多，勘察深度和地基处理深度不能满足规范要求的矛盾日益突出，无论采用那种方案，对于大厚度湿陷性黄土场地而言，地基处理深度和剩余湿陷量均难以满足《湿陷性黄土地区建筑规范》(gb50025-2004)的规定。采用桩基穿透湿陷性黄土层，设计时需要考虑湿陷土层负摩阻力带来的不利影响，费用高，所需桩较长，经济性差。采用强夯法、挤密法或换填垫层等地基施工方法对大厚度湿陷性黄土进行处理时因湿陷性黄土层较厚，很难全部消除土层的湿陷性。

湿陷性黄土地基发生湿陷下沉的首要条件是必须有大量水的浸入地基，西北地区的大厚度湿陷性黄土多位于黄土塬、梁、峁和高阶地区，特殊的地质条件决定了自然环境下黄土不易发生湿陷变形，有利的地形条件可有效的排除地表雨水，仅靠降雨下渗深度非常有限，深部黄土发生湿陷几乎是不可能的。对于风电来说，风机在后期生产运行中不需要水源，没有供水管道等设施，做好排水措施，使地基浸水几率大大减小。因此，深入研究分析环境条件，评估产生深部浸水的可能性，采取以防水、排水和地基处理的综合措施，防止地基湿陷产生的危害可是行之有效的途径。根据风电工程和风机基础特点，结合大厚度湿陷性黄土产生湿陷的条件，黄土梁峁区风机位置选择在地质稳定且排水有利的地形，采取地基处理和防排水措施并重、因地制宜和环境保护综合考虑的设计原则，才能达到经济、安全、可靠的目的。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题，提供一种大厚度湿陷性黄土区风机基础地基结构及其施工方法，能有效防止深层湿陷性黄土发生湿陷，提高地基承载能力，节约投资，同时达到地基处理因地制宜、安全可靠。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大厚度湿陷性黄土区风机基础地基结构，包括基坑及基坑边坡和风机基础，基坑及基坑边坡内底部设置有素土垫层，素土垫层上设置有灰土垫层，灰土垫层上设置风机基础，基坑及基坑边坡与风机基础间设置有基坑内基础周边回填土，基坑内基础周边回填土上设置散水及排水区域。

作为本发明的进一步改进，所述的风机基础边缘与风机位置周边边坡坡顶边缘距离不小于1倍基坑边坡高度。

作为本发明的进一步改进，所述的素土垫层和灰土垫层的直径均大于风机基础底部直径。

作为本发明的进一步改进，基坑边坡的坡度高宽比为1:(0.5～0.75)。

作为本发明的进一步改进，散水及排水区域直径至少2.5倍风机基础顶部直径，地面排水坡度不小于2％，散水坡度不小于5％。

作为本发明的进一步改进，散水及排水区域包括散水区域和排水区域，散水区域从地表开始向下依次为c15素混凝土层、第一灰土分层碾压回填层、土工防渗膜防水层及第二灰土分层碾压回填层；

排水区域从地表开始向下依次为厚素土分层碾压回填层、土工防渗膜防水层及土工防渗膜防水层。

一种大厚度湿陷性黄土区风机基础地基施工方法，包括以下步骤：

1)选择地质稳定且排水有利的地形作为黄土梁峁区风机位置；

2)开挖圆形的基坑及基坑边坡，并将挖出多余的土作为基坑内基础周边回填土留用；在基坑及基坑边坡上设置素土垫层，素土垫层上设置灰土垫层，灰土垫层上为风机基础；基坑及基坑边坡与风机基础间填充基坑内基础周边回填土；

3)基坑内基础周边回填土上设置散水及排水区域。

所述的灰土垫层的灰土比为2:8或3:7，灰土垫层的压实系数不小于0.95，灰土垫层换填后地基承载力要求不小于250kpa；

所述的素土垫层的压实系数不小于0.95，素土垫层换填后地基承载力不小于180kpa。

灰土垫层和素土垫层的施工工艺为：

先进行单层虚铺，施工采用碾压法，振动压路机自重12t～16t，平整后先平碾多遍，然后振动碾多遍，每次碾压压茬按1/3控制，振动压路机行驶速度控制在2km/h以内；每层碾压完成后，测定该层的指标，检测合格后，再进行下一层的铺筑碾压。

步骤3)具体为：在风机基础中心1倍直径且不小于12m范围内设置散水区域，坡度不小于5％，其结构从地表开始向下依次为c15素混凝土层、第一灰土分层碾压回填层、土工防渗膜防水层及第二灰土分层碾压回填层；第一灰土分层碾压回填的压实系数不小于0.95；第二灰土分层碾压回填的压实系数不小于0.95；

在风机基础中心1倍直径且不小于12m与2.5倍基础直径且不小于50m范围之间设置地面排水区域，其结构从地表开始向下依次为厚素土分层碾压回填层、土工防渗膜防水层及土工防渗膜防水层，厚素土分层碾压回填层的压实系数不小于0.95；灰土分层碾压回填层的压实系数不小于0.95。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

该结构针对大厚度湿陷性黄土产生湿陷的条件，在考虑风机塔位整体稳定的基础上，采取地基处理和防排水措施并重，基坑及基坑边坡内由下至上依次设置有素土垫层、灰土垫层、基坑内基础周边回填土和散水及排水区域，能有效防止深层湿陷性黄土发生湿陷，提高地基承载能力，节约投资，同时达到地基处理因地制宜、安全可靠。

本发明的施工方法针对风电工程和风机基础特点，结合大厚度湿陷性黄土产生湿陷的条件，黄土梁峁区风机位置选择地表排水有利的地形，在考虑风机塔位整体稳定的基础上，采取地基处理和防排水措施并重，基坑及基坑边坡内由下至上依次设置有素土垫层、灰土垫层、基坑内基础周边回填土和散水及排水区域，采取因地制宜的工程和地基处理措施，使得换土垫层下受水浸泡的可能性大大降低，从源头上控制湿陷性的发生，以达到经济、安全、可靠的目的。

附图说明

图1为本发明大厚度湿陷性黄土区风机基础地基处理结构的示意图。

图中：1为基坑及基坑边坡，2为素土垫层，3为灰土垫层，4为风机基础，5为基坑内基础周边回填土，6为散水及排水区域。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。

如图1所示，本发明的大厚度湿陷性黄土区风机基础地基施工方法，采取地基处理和防排水并重的工程措施，它包括黄土梁峁区风机位置选择在地质稳定且排水有利的地形；地基处理采用换土垫层法，垫层材料采用灰土和素土；风机位地面采取有效、完善的防排水措施，场地竖向设计考虑周围一定范围内场地排水畅通，避免地面积水。

先将黄土梁峁区风机位置选择在地质稳定且排水有利的地形，然后开挖圆形基坑及基坑边坡1，基坑开挖深度为基础埋深和换土垫层地基厚度之和，基坑直径为基础底面直径+2×5m。再在基坑及基坑边坡1上设置素土垫层2，素土垫层2上设置灰土垫层3，灰土垫层3上为风机基础4，基坑及基坑边坡1与风机基础4间为基坑内基础周边回填土5，最后在基坑内基础周边回填土5上设置散水及排水区域6。

具体的，黄土梁峁区风机位置选择在地质稳定且排水有利的地形，避开滑坡、崩塌、落水洞等不良地质作用发育地段，基础边缘与风机位置周边自然边坡坡顶边缘距离不小于1倍自然边坡基坑边坡高度。风机的微观选址避开低凹场地、沟头和易积水等聚水区域，避开水利工程设施、管道、水渠等人类工程建设影响区的距离一般不小于30m，选择地势相对较高、有利排水地形为风机位置，以消除因地面积水引起的竖向和水平向渗漏、溶蚀，导致地基土湿陷。

具体的，地基处理采用换土垫层法，基坑开挖采用坡率法，垫层厚度5m，上部2m为灰土，下部3m为素土，垫层宽出基础边缘5m。

坡率法基坑开挖基坑边坡容许坡度高宽比为1:0.5～1:0.75。

灰土垫层灰土比为2:8或3:7、压实系数不小于0.95，换填后地基承载力要求不小于250kpa。施工前应进行击实试验,确定灰土最优含水量和最大干密度等指标。

素土垫层压实系数不小于0.95、换填后地基承载力要求不小于180kpa。施工前应进行击实试验,确定素土最优含水量和最大干密度等指标。

灰土、素土垫层施工工艺为：单层虚铺30cm，施工采用碾压法，振动压路机自重12t～16t，平整后先平碾2遍，然后振动碾弱振4遍，每次碾压压茬按1/3控制，振动压路机行驶速度控制在2km/h以内。每层碾压完成后，测定该层的密度、含水量、压实系数等指标，检测合格后，再进行下一层的铺筑碾压。

具体的，风机位地面采取有效、完善的防排水措施，范围取2.5倍基础直径，且不小于50m。场地竖向设计考虑周围一定范围内场地排水畅通，避免地面积水。地面排水坡度不小于2％，散水坡度不小于5％。基坑回填及地面下防水层可结合地基处理采用素土粉质粘土或灰土垫层，压实系数应不小于0.93，同时设置土工膜防水措施。必要时，地面防水局部可适当采用土工膜防水措施。

在基础中心1倍直径且不小于12m范围内设置散水，坡度不小于5％，其结构从地表开始向下依次为100mm厚c15素混凝土；300mm厚2:8灰土分层碾压回填，压实系数不小于0.95；土工防渗膜防水层；500mm厚2:8灰土分层碾压回填，压实系数不小于0.95。

在基础中心1倍直径且不小于12m与2.5倍基础直径且不小于50m范围之间设置地面排水，其结构从地表开始向下依次为400mm厚素土分层碾压回填，压实系数不小于0.95；土工防渗膜防水层；500mm厚2:8灰土分层碾压回填，压实系数不小于0.95。

土工防渗膜采用两布一膜复合土工防渗膜，薄膜厚度不小于0.5mm，薄膜每侧的土工布要求其每平方米重量不小于150g，渗透系数k<10^-12cm/s，抗拉强度不小于28kn/m，圆球顶破强度≥5.5kn/φ50。

如图1所示，本发明提供一种大厚度湿陷性黄土区风机基础地基结构，包括圆形基坑及基坑边坡1，基坑及基坑边坡1内由下至上依次设置有素土垫层2、灰土垫层3、基坑内基础周边回填土5和散水及排水区域6。具体为：基坑及基坑边坡1内底部设置素土垫层2，素土垫层2上设置灰土垫层3，灰土垫层3上为风机基础4，基坑及基坑边坡1与风机基础4间为基坑内基础周边回填土5，基坑内基础周边回填土5上设置散水及排水区域6。

风机基础4边缘与风机位置周边边坡坡顶边缘距离不小于1倍自然边坡高度。所述的素土垫层2和灰土垫层3的直径均大于风机基础4底部直径。基坑边坡的坡度高宽比为1:0.5～0.75。

散水及排水区域6直径至少2.5倍风机基础4顶部直径，地面排水坡度不小于2％，散水坡度不小于5％。

散水及排水区域6包括散水区域和排水区域，散水区域从地表开始向下依次为c15素混凝土层、第一灰土分层碾压回填层、土工防渗膜防水层及第二灰土分层碾压回填层；

排水区域从地表开始向下依次为厚素土分层碾压回填层、土工防渗膜防水层及土工防渗膜防水层。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。