广东某海上风电场粘性土的岩土工程性质研究

发表时间:2018/3/9   来源:《建筑学研究前沿》2017年第29期   作者:李刚
[导读] 土层抗剪强度指标、压缩性指标、土层水平抗力系数、粘土层在1/2最大应力时的应变值、和各粘土层的不排水抗剪强度值。
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司  510663
  1  工程概况
  广东省某海上风电场项目场址位于珠江河口伶仃洋水域入海口内陆架内,首期建设34台3MW风机,采用三桩导管架的基础形式,桩长约70m。岩土工程勘测工作为风机基础提供基本的岩土物理力学参数、土层抗剪强度指标、压缩性指标、土层水平抗力系数、粘土层在1/2最大应力时的应变值、和各粘土层的不排水抗剪强度值。
  2 工程地质条件
  该海上风电场属于近海风电场,本次勘测的风机基础范围内海底地貌形态较平坦,海底面高程大致介于-7m至-10m之间。地层按工程性质和成因可分为5大层组,上部为淤泥、粉质黏土等黏土层,下部为砂层及残积土,基岩为花岗岩。黏土层岩土层情况如下:
  淤泥(层号①1):灰黄色,局部含少量粉细砂颗粒,含有机质,饱和,流塑。该层分布在海底地基土表层,钻孔揭露平均厚度为5m。标准贯入试验一般钻杆自由下落。
  淤泥、淤泥质土(层号①2):灰、灰黑色,局部夹薄层粉砂或粉砂团块,局部地段淤泥和淤泥质土互层,含有机质,饱和,流塑。该层分布在地基土层上部,①1层之下,钻孔厚度为12m~17m,标准贯入实测击数1~3击。
  淤泥质土(层号①3):灰、深灰色,含少量粉砂颗粒,局部夹粉砂薄层,含少量贝壳碎屑,含有机质,饱和,流塑。该层在部分地段并分布①2之下,钻孔揭露厚度为3~10m,标准贯入实测击数2~4击。
  粉质粘土(层号②1):褐黄、灰褐色相杂,局部棕红色,具花斑状纹理,含少量粉细砂颗粒,粘性好,可塑为主,局部偏软塑或硬塑状。该层厚度为2~6m,标准贯入实测击数6~14击。
  粉质粘土(层号③1):灰、灰黑色,局部夹薄层粉细砂,偶见腐木,土质粘性较好,可塑~软塑。该层在大部分钻孔中有分布,厚度为2~10m。标准贯入实测击数2~16击。
  粉质粘土(层号④5):灰黄、灰白色,通常局部混中粗砂团块或夹中粗砂薄层,土质粘性较好,可塑为主,部分地段呈稍湿、硬塑状,该层厚度为1m~5m,标准贯入遇砂致击数偏高,实测击数5~15击。
  粘土(层号④6):灰黄、灰白色,通常局部混中粗砂团块或夹中粗砂薄层,土质粘性较好、韧性一般,硬塑。该层在厚度为2m~10m,标准贯入遇砂致击数偏高,实测击数21~40击。
  3  异常数据剔除
  由于岩土性质的不均匀性、取样的随机性以及其它条件的影响,原位试验数据和室内试验数据有一定的离散性,个别离差较大,属于异常数据,予以剔除。本次采用的数据剔除方法为Grubbs(戈罗伯斯)检验方法,首先计算出各层每种试验数据的平均 、标准差σ。


  4  各岩土层的主要物理力学参数
  本次对整个场地内的粘性土进行了大量取样、室内试验和原位测试工作,测试成果表明风电场场区内粘性土分布稳定,同一层位的粘性土在物理、力学性质方面差异小,特别是天然状态性质指标变异系数一般小于0.200,工程力学性质稳定,分层情况合理。
  ①1淤泥的含水量平均62.2%;比重平均2.69;孔隙比平均1.707。三轴UU试验测试内聚力平均值2.8kPa,内摩擦角1.9°。
  ①2淤泥、淤泥质土过渡段的含水量平均55.5%;比重平均2.70;孔隙比平均1.521。三轴UU试验测试内聚力平均值3.9kPa,内摩擦角2.9°。
  ①3淤泥质土的含水量平均50.9%;比重平均2.70;孔隙比平均1.400。三轴UU试验测试内聚力平均值4.2kPa,内摩擦角2.6°。
  ②1粉质粘土的含水量平均30.0%;比重平均2.73;孔隙比平均0.836。三轴UU试验测试内聚力平均值17.4kPa,内摩擦角5.4°;在围压分别100kPa、200kPa、300kPa下1/2最大主应力差下的轴向变形量平均值分别为2.6%、2.2%、1.3%。
  ③1粉质粘土的含水量平均33.8%,比重平均2.72;孔隙比平均0.929。三轴UU试验测试内聚力平均值14.6kPa,内摩擦角6.8°;在围压分别100kPa、200kPa、300kPa下1/2最大主应力差下的轴向变形量平均值分别为2.1%、1.5%、0.8%。
  ④5粉质粘土的含水量平均32%,比重平均2.73;孔隙比平均0.898。三轴UU试验测试内聚力平均值16.7kPa,内摩擦角7.2°;在围压分别100kPa、200kPa、300kPa下1/2最大主应力差下的轴向变形量平均值分别为2.6%、1.7%、0.9%。
  ④6粘土的含水量平均34.9%,比重平均2.75;孔隙比平均1.005。三轴UU试验测试内聚力平均值15.3kPa,内摩擦角7.2°;在围压分别100kPa、200kPa、300kPa下1/2最大主应力差下的轴向变形量平均值分别为2.1%、1.6%、0.8%。
  5  桩基设计参数
  根据各岩土层土工试验及原位试验成果,参考《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)、《港口工程桩基规范》(JTJ 167-4-2012)、《海上固定平台规划、设计和建造的推荐做法、工作应力设计法》(SY/T10030-2004),并结合附近工程建设经验,推荐部分桩基设计参数。
  ①1淤泥的UU试验粘聚力为2.5~3.6kPa,内摩擦角1.3~2.5°,不排水抗剪强度5.5~6.0kPa,预制钢管桩的比例系数m(MN/m4)取2.0。
  ①2淤泥、淤泥质土过渡相的UU试验粘聚力为3.1~6.1kPa,内摩擦角1.3~5.5°,不排水抗剪强度10.0~12.0kPa,预制钢管桩的比例系数m(MN/m4)取2.0。
  ①3淤泥质土的UU试验粘聚力为5.4~7.5kPa,内摩擦角1.5~5.0°,不排水抗剪强度16.0~18.0kPa,预制钢管桩的比例系数m(MN/m4)取2.5。
  ②1粉质粘土的UU试验粘聚力为9~15kPa,内摩擦角4.0~8.0°,不排水抗剪强度20.0~36.0kPa,预制钢管桩的比例系数m(MN/m4)取6.0。
  ③1粉质粘土的UU试验粘聚力为12.0~20.0kPa,内摩擦角7.0~9.0°,不排水抗剪强度18.0~24.0kPa,预制钢管桩的比例系数m(MN/m4)取5.0。
  ④5粉质粘土的UU试验粘聚力为8.0~20kPa,内摩擦角4.0~10.0°,不排水抗剪强度25.0~50.0kPa,预制钢管桩的比例系数m(MN/m4)取8.0。
  ④6粉质粘土的UU试验粘聚力为10.0~20kPa,内摩擦角5.0~11.0°,不排水抗剪强度45.0~90.0kPa,预制钢管桩的比例系数m(MN/m4)取16。
  参考文献
  [1]《某海上风电场岩土工程勘测施工通航安全评估报告》(广州一帆海上安全技术有限公司,2011.10)
  [2]《某海上风电场新技术示范项目工程场地地震安全性评价报告》(中国地震灾害防御中心,2012.03)
  [3]《某海上风电场新技术示范项目预可行性研究报告》(广东省电力设计研究院,2011.11)
  [4]《港珠澳大桥主体工程桥梁施工图设计DB01标工程地质勘察总报告》(江苏省水文地质工程地质勘察院,2011.09)
  [5]《某海上风电场新技术示范项目地质灾害危险性评估报告》(广东省电力设计研究院,2012.03)
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