风电场可行性研究报告-3工程地质.doc

3工程地质批准：吕生弟核 定：王志硕审 查：胡向阳校 核：李安旗编 写：宋镐京 王逸民甘肃瓜州北大桥第三风电场200MW工程可行性研究报告3.1 工程概况甘肃瓜州北大桥第三风电场200MW工程位于甘肃省西北部的酒泉地区瓜州县城东北约30km以远的区域，东经961525961815、北纬404025404440之间。场址区位于著名的“河西走廊”西端，地形为较为平坦的戈壁滩地。场址东西宽约4km，南北长8km，面积约32km2。场址区西部边缘与北大桥第二风电场相邻，北距陇海铁路约1km，交通较为方便。风电场计划安装134台单机容量为1500kW风力发电机组，总装机规模为200MW。场内设置一个监控中心，并与北大桥第二风电场和龙源瓜州300MW风电场合建一座330kV升压变电所。根据甘肃瓜州北大桥第三风电场200MW工程可研阶段工程地质勘测大纲的要求，西北院工程勘察部于2008年5月下旬开展了本阶段工程地质勘测工作，6月7月完成了地质勘察的外业工作、内业整理及工程地质勘察报告的编制。具体完成的实物工作量见表3.1。表3.1 勘察完成工作量项 目单 位总 计备注勘探岩芯钻探/孔137/12坑槽m3400取样砂砾石样组19现场试验重型动力触探试验m标准贯入试验次60室内试验土工常规试验组19易熔盐试验组12工程地质收集区域及场址区有关地质资料套 1工程地质调查与测绘（1：50000）km240地质平、剖面图绘制km16勘探、试验等资料整理、分析份4工程地质勘察报告编写份13.2 区域地质概况3.2.1 地形地貌工程区地处河西走廊西段，南依祁连山山系，北邻北山。祁连山一般海拔3000m4000m，山势总体走向为NWWSEE，与区域构造线方向基本一致。北山山系总体走向近东西向，测区东北方向为北山山系的马鬃山，为一中低山地和丘陵区，呈近EW或NW向伸展。疏勒河沿祁连山山系北侧与北山山系南侧的山前倾斜冲洪积平原前缘交汇处由东向西流过，地貌上属安（西）敦（煌）盆地山前洪积倾斜平原，疏勒河河床为该区最低侵蚀基准面。风电场场址位于疏勒河右岸（北岸），属北山山系山前倾斜冲洪积平原的戈壁滩地貌，地势北东高、南西低，海拔高程从北山山系的2500m降至疏勒河床的1160m，戈壁滩地地势开阔，地形较平缓。疏勒河两侧的山前倾斜冲洪积平原的戈壁滩地上，发育有大小不一的冲沟。3.2.2 地层岩性根据沉积建造、岩浆活动及构造变动，工程区地层岩性以新生代沉降为主。出露地层由老至新为：前震旦系：岩性较复杂，主要由片麻岩、片岩、碳酸盐岩、混合岩及火山岩组成，主要出露于测区南部的火焰山、截山、东巴兔山、青山、沙山等地，地层呈北东东向和东西向展布。侏罗系：岩性主要由角砾岩、砂砾岩、泥质砂岩、杏仁状玄武岩、炭质页岩夹粗砂岩及煤层组成。其下部与前震旦系或海西旋迴花岗岩，上部与上第三系疏勒河组，皆呈断层接触。主要分布于火焰山北麓芦草沟东侧及瓜州口附近。上第三系上新统：岩性主要由青灰色、微红色钙质粘土夹砂砾岩透镜体、浅褐黄色砂砾岩、砂岩及泥岩组成，在疏勒河断陷中广泛发育。其上部为第四系覆盖，下部与前震旦系或侏罗系呈断层或不整合接触，在沙山北坡多有出露。第四系：第四系地层分布广泛，主要由冲积、洪积、风积等形成的砾石、砂砾石、细砂、亚砂土、亚粘土、次生黄土和部分砾岩、砂砾岩组成。其中：下更新统（Q1pl）：零星出露于芦草沟西部、东巴兔山南及沙山北坡，分布面积很小。本组由一套洪积的砾岩及砂岩组成，与下伏上新统疏勒河组或更老地层呈不整合接触。中更新统（Q2pl）：分布于火焰山、东巴兔山及沙山南、北麓，构成山前洪积扇，瓜州一带亦有沉积。根据地表及钻孔资料，其岩性可分为上、下两层，下部主要由微红、淡黄、灰黄或黄褐色粘土、亚粘土及含砾亚粘土等组成（可能为冰水相沉积），最大厚度78m ，在瓜州一带有所分布。上部主要由砾石及砂砾岩组成，泥质胶结，磨园度好，分选性中等，厚50m60m，构成山前洪积扇及五、六级阶地。 构成北戈壁（包括测区）、一百四戈壁、南戈壁及山前的洪积扇的上更新统（Q3pl）地层，在地貌组成由山麓向平原倾斜的洪积平原，在河谷两侧，则构成三、四级阶地，岩性主要由砂砾石夹亚砂土及含砾粘土透镜体组成，地表以砾石、碎石及细砂为主，具交错层理，砾石成分主要为石英、硅质灰岩、硬砂岩、辉绿岩及安山岩等。砾石为次浑园状，分选性差，粒径多在2 cm5cm，个别可达7 cm8cm。砾石表面经氧化作用，常呈黑色。厚度一般30m40m，据钻孔资料最厚可达80余米。地层下部细，上部粗，反映盆地逐渐缩小的过程。全新统（Q4）地层主要分布于瓜州、西沙窝以西及踏实等地，成因为湖积冲积、冲积及风积。侵入岩：侵入岩分布较广，主要为花岗岩类及闪长岩类的侵入体，其次为酸性至基性的各类脉岩，岩浆活动有前寒武纪、海西及燕山旋迴。其中海西旋迴侵入岩最为发育。3.2.3 地质构造工程区在大地构造分区上位于塔里木地台最东端之菱角部位（一级构造单位），属于塔里木地块的瓜州敦煌地轴。区内主要受前震旦纪、海西、燕山及喜马拉雅四个构造旋迴的影响，其中前震旦纪、海西旋迴的构造运动表现较显著，伴随有岩浆活动，使前震旦纪地层深变质，并呈紧闭褶皱。燕山旋迴的构造运动表现较微弱，一般以断裂为主，岩浆活动不剧烈。喜马拉雅旋迴的构造运动，以大面积的垂直升降运动为主，其次有断裂出现。规模较大的褶皱及断裂主要分布于测区北部和南部，呈北东或近东西向分布，距工程区较远，工程区属构造基本稳定区（图3.1）。图3.1风电场区域地质构造及地震分布图3.2.4 新构造运动与地震本区新构造运动表现为强烈的大范围垂直升降运动，其次褶皱、断裂也有所表现。根据1：400万中国地震动峰值加速度区划图及中国地震动反应谱特征周期区划图（GB 18306-2001）资料（图3.2），地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相对应的地震基本烈度为度。图3.2风电场地震动峰值加速度区划图3.3 场址区基本工程地质条件3.3.1 地形地貌风电场场址地貌上为北山山系山前倾斜冲洪积平原的戈壁滩地，地势总体地形上北东高南西低，地面高程自北东1470m向南西降至1380m，坡度1左右。地势开阔，地形起伏不大。场区内大小冲沟发育，具有平原冲沟特点，来回游荡，在不同部位相互交汇而由此变宽，冲沟发育的总体方向大致呈NE30SW210。冲沟长度不一，大的冲沟可贯穿场址区，宽度一般约3m5m，深度一般0.5m左右，个别地段地形起伏超过5m。沟中生长耐旱植被，冲沟中的冲洪积物主要来源于其两侧的戈壁平原，地势平坦，地形变化主要受冲沟的切割控制。3.3.2 地层岩性根据本次勘察成果，工程区地基土主要为第四系上更新统洪积松散堆积物组成，其特征自上而下描述如下： 第层：全新统洪积（Q4pl）细砂层，含少量粘性土，褐黄色。分布于戈壁平原表部，地势低洼处缺失，分布不稳定，属盐渍类土，土层中见有硫酸盐类结晶（俗名称芒硝和石膏），呈雪花状或纤维状附着在碎石表面或空隙中，局部钻孔中取出的岩芯干燥后呈白糊状。结构松散稍密，干燥，锹易开挖。厚度一般0.3m左右。 第层：上更新统洪积（Q3pl）角砾层，含粉细砂和少量粘性土，灰青色或褐黄色，广泛分布于场址区。粒径一般5mm20mm，含量约占5060，大者5mm左右，含量约占5左右。磨圆度较差，一般呈次棱角状，成分主要为石英岩、砂岩、灰岩、硅质岩等，砾石表面多经受一定风化作用；砂为粉细砂，含量约3040。该层干燥稍湿，埋深一般1.4m3.5m不等，层厚一般1.1m3.4m左右。层中局部位置夹有薄层中粗砂透镜体，埋深小于1.7m。本层泥质微胶结，密实度为中密密实，上部镐可开挖，下部需钢钎撬挖。2层：上更新统洪积（Q3pl）中粗砂层，黄褐色，呈透镜状分布于第层中ZK4、ZK9、ZK10部位。均一，磨圆度一般，呈次棱角、次圆状，主要成分为砂岩、灰岩、硅质岩和石英岩等。结构稍密中密，干燥稍湿。厚度一般1.0m左右。第层：上更新统洪积（Q3pl）砾砂层，混杂较多粗中砂、少量圆砾和粉质粘土，浅褐色红褐色，泥钙质弱胶结，广泛分布于测区内。砾石粒径一般3mm5mm，含量约占3050，磨圆度一般，呈次棱角或次圆状，主要成分为砂岩、灰岩、硅质岩和石英岩等。层内少数部位发育有1层粉土夹层或中粗砂夹层。本次勘探未揭穿该层，已知厚度3.2m11.6m。1层：上更新统洪积Q3pl）粉土层，以粉土为主，含粉砂，黄褐浅褐色，呈透镜体状零星分布于场址区局部地段（ZK1、ZK3、ZK5和ZK9），埋深2.1m7.0m不等，层厚一般1.2m2.9m左右。该层泥质微弱胶结，稍湿，坚硬，岩芯多呈块状或饼状。3.3.3 水文地质条件瓜州县一带河流主要有疏勒河等，均发源于祁连山北麓，由冰雪融化水和雨水补给。本风电场属中温带干旱大陆性气候，夏季炎热，冬季寒冷，极端最高温度为40.4C ，极端最低温度零下29C ，气候特别干燥，风大，有“风库”之称，一般风力34级，最大可达8级以上。年平均降水量53.6mm，年平均蒸发量2847.7mm，蒸发量远大于降雨量。场地为贫水区，含水层的富水性受地形地貌、地层结构和气候的影响及制约。地下水补给来源主要为大气降水、雪山融水和北山山系的基岩裂隙水，流向大致呈自北东向南西方向，排泄于疏勒河,水力坡降0.60.8，与地形坡度基本一致，渗透系数约为50m/d。地下水类型属孔隙性潜水型，地下水位埋藏深度大于20m，历次勘探均未揭露出地下水。3.3.4 冻土深度测区内气候干旱少雨，地下水埋藏深度较大，冻土为季节性冻土。根据瓜州19611990年30年标准冻深观测资料统计成果，场址区多年季节性标准冻土深度为地面以下1.16m。3.4 场址区主要工程地质问题及评价3.4.1 风电场场地等级根据本工程场址地质条件的复杂程度及场地、地基的复杂程度，依据风电场场址工程地质勘察技术规定（发改能源（2003）1403号）和岩土工程勘察规范（GB50021-2001）对场地和地基复杂程度的划分标准及场地环境类型分类规定，瓜州北大桥第三风电场工程场地为中等复杂场地，地基等级为中等复杂地基，场地环境类别为类。3.4.2 岩土、地下水的腐蚀性为评价风电场场址区地基土对混凝土和钢结构的腐蚀性，本阶段进行了12组地基土的易溶盐含量测试。从试验成果可知，埋深0m3m深度范围内土层中阴离子中的硫酸根 SO42 和 氯根 Cl 含 量 较高，平均值分别为8410.96mg/kg 和1602.62mg/kg，易溶盐平均含量为1.6，PH平均值8.50。依据岩土工程勘察规范（GB500212001）中的腐蚀性评价标准，对照类环境类型可知：土中硫酸盐对混凝土结构具有强腐蚀，腐蚀类型为硫酸盐类；土中的Cl含量对混凝土结构中的钢筋具中等腐蚀性（见表3.2）。需采取防护措施。场址区地下水埋藏深度大于20m，对场址区建筑物影响很小。 表3.2 场址区土的腐蚀性评价腐蚀介质腐蚀等级标准值（mg/kg）离子含量（mg/kg）腐蚀性评价SO42-弱225045001360.316704.0强腐蚀中45009000强9000Mg2+弱450060004.75201.8无腐蚀中60007500强7500总矿化度（含盐量）弱75000900002986.233940.8无腐蚀中90000105000强105000Cl-弱6001125235.45964.0中等腐蚀中112511250强11250PH弱5.06.57.89.40无腐蚀中4.05.0强20.26硫酸盐渍土亚氯盐渍土21亚硫酸盐渍土10.3硫酸盐渍土0.3平均含盐量（硫酸类）中盐渍土0.32.00.84中盐渍土强盐渍土25超盐渍土5备注：按含盐化学成分分类为硫酸盐渍土，按含盐量分类为中盐渍土。场地岩土的含盐量虽然较高，但通过现场地质调查及钻探、坑槽探等观察分析，除表部土层中局部有溶陷、盐胀等现象外，埋深3m以下土层中的盐渍类土的特性表现不明显，其易溶盐含量也相应有所减少，总体符合自地表向下易溶盐含量呈逐渐减少的趋势。在下一阶段的勘察工作中还需对场地中的盐渍类土进行详查。场址区地形平坦，地势以较缓的坡度向南西方向倾斜，地表水排泄通畅，地下水位埋藏很深，岩土体含水量很小，盐渍土主要分布于场址区部分表部土层中，测区未见发生大面积的盐渍化，下部地基土仍保持原状土层较高的物理力学性质，尚不会对建筑物基础构成较大影响。但随着风电场的修建，特别是生产、生活设施的建设，将会有一定的生产生活用水排放。这些水体一旦滲入地下，将会改变建筑物周围岩土体的含水量，环境类别可能提高，并可能使建筑物周围的岩土产生次生盐渍化的问题，对风电场中的建筑物以及基础可能造成一定的影响。因此，建议切实作好生产生活用水管理和废水的有序排放，防止废水入渗，保持岩土的天然物理力学性状，防止对建筑物地基产生不良影响。3.4.4 岩土体物理力学性质为了解地基岩（土）层的工程地质特性，获取岩（土）体的物理力学参数，本阶段现场地勘进行了60组原位标贯试验，试验成果见表3.4；完成室内常规土工试验19组，试验成果见表3.5。表3.4场址区地基土标准贯入试验成果统计值地层名称及 编 号标准承载力f k（kPa）变形模量E O（MPa）压缩模量E s（MPa）抗剪强度C(kPa)()角砾层40045035404010152528砾砂层450500404545203028301粉土层300350203026202523283-10表3.5 土工试验成果表野外土样编号取样深度颗粒百分比（%）不均匀系数曲率系数有效粒径平均粒径限制粒径石砂粒黏土402020220.50.50.250.250.0750.075CuCud10d50d60mmmmmmmmmZK06-11.00-1.3046.529.87.912.33.516.041.400.1421.6992.273ZK06-23.00-3.3058.518.16.411.75.322.012.120.1212.2852.673ZK06-34.00-4.3011.153.321.15.66.72.210.602.210.2872.5633.044ZK06-45.00-5.3015.148.820.94.77.03.513.592.480.2312.5993.135ZK06-510.00-10.3051.230.27.07.04.612.941.540.1892.0422.443ZK05-11.00-1.3052.227.25.49.85.418.831.990.1322.0782.477ZK05-22.10-2.4061.915.54.810.77.126.753.280.1032.3852.766ZK05-45.00-5.3078.58.32.57.43.314.147.020.2222.7903.135ZK05-57.00-7.3015.950.521.53.76.51.99.622.310.3362.6913.227ZK08-11.00-1.3057.520.05.010.07.526.082.640.1012.2542.643ZK08-22.00-2.3018.831.823.58.210.67.125.901.430.1052.0342.714ZK08-33.00-3.3067.520.05.07.00.58.222.750.3542.5362.905ZK08-44.00-4.3064.022.13.55.84.612.422.930.2272.4432.819ZK08-510.00-10.3043.233.74.28.410.51.5092.139ZK07-11.00-1.3047.623.86.312.79.629.511.620.0781.7412.316ZK07-22.00-2.3051.030.010.08.01.09.101.060.2682.0362.437ZK07-33.00-3.3059.721.06.58.14.716.692.330.1622.3202.705ZK07-45.00-5.3017.042.026.16.85.72.49.851.350.3082.4383.032ZK07-58.00-8.3043.030.013.510.03.513.000.940.1641.4472.132-3- 11 -根据现场标贯试验和室内土工试验成果，结合场址区内地基土工程地质特性，经工程地质综合分析，提出本风电场地基土物理力学参数建议值，见表3.6。表3.6 地基土体物理力学参数建议值地层名称及 编 号标准承载力f k（kPa）变形模量E O（MPa）压缩模量E s（MPa）抗剪强度C(kPa)()角砾层40045035404010152528砾砂层450500404545203028301粉土层30035020302620252328根据本次室内岩土试验资料分析，初步认为：砂土层中含水率比较低，其数值在1.57.8之间，平均值5.2；粉土层含水率在3.812.1之间，平均值7.9，表明场址区处于干燥状态。砂土层的最大密度一般为1.85g/cm32.06 g/cm3，最小密度一般为1.23 g/cm31.35 g/cm3。粉土比重2.722.73，平均2.73，液限34.337.9，平均值36.5，塑限19.621.2，平均值20.6；塑性指数14.716.7，平均值16.0；液性指数均0，表明土层处于密实坚硬状态，力学强度较高。3.4.5 振动液化及地质灾害评价风电场场址区地震动峰值加速度为0.10g，场地地层岩性主要为角砾、砾砂等，场址区为上更新统地层（Q3），场地岩土体常年处于干燥状态，地下水埋深很大，不具有砂土液化的条件，因此，场地岩土体无振动液化问题。风电场场址区地形较平坦，大小冲沟较发育，深度一般0.5m左右，为间歇性干沟。场址区不存在泥石流、滑坡等不良地质现象。3.4.6风电场施工及生活用水北大桥第三风电场南部边缘距疏勒河床直线距离约915km，根据对距疏勒河床直线距离约7km的特许权风电场场址区勘探的一水井调查，地下水埋深约70m。根据地下水水力坡降分析计算，北大桥第一风场场址区地下水埋深约90m130m。较浅部的地下水矿化度较高，口感呈微咸水，不宜作为生活和施工用水；深部水质相对较好，可作为生活和施工用水。瓜州县城区的水质相对较好，可满足施工及生活用水。3.5 风机持力层选择风电场场址区地貌上为第四系上更新统洪积的戈壁平原，地形平坦，地势开阔，地面高程1470m1380m。地层至上而下分为三个主层，即：第层含碎石粉细砂层；第层角砾层，局部分布有中粗砂透镜体；第层砾砂层，局部分布有1层粉土层。第层含碎石粉细砂层，位于戈壁平原表部，属硫酸盐盐渍类土，且位于季节冻土带内，不宜作为地基持力层，建议挖除。第层角砾层：呈泥质微胶结状态，最大干密度为1.85g/cm32.06g/cm3，内摩擦角2528左右，凝聚力10 kPa15 kPa。标准贯入试验平均击数高，地层呈密实状态，力学强度高，标准承载力400kPa450kPa，变形模量35MPa40MPa， 埋深大于2.5m时是很好的基础持力层。第层砾砂层：呈泥钙质微弱胶结状态，内摩擦角2830左右，凝聚力20 kPa30 kPa。标准贯入试验平均击数高，地层呈密实状态，力学强度高，标准承载力450kPa500kPa，变形模量40MPa45MPa，是良好的持力层和持力层下卧层。第1层粉土层：呈泥质微胶结状态，标准承载力300kPa350kPa，变形模量20MPa30MPa。该层在测区内分布不稳定，无法避让时也可作为风机持力层，但需做好雨水防渗工作，保持岩土的天然物理力学性状，防止对建筑物地基产生不良影响。3.6天然建筑材料3.6.1 天然砂砾料场本次对天然骨料进行了地质调查，瓜州县地区可开采利用的天然砂砾料源主要有锁阳镇南砂砾石料场和双塔砂砾石料场。锁阳镇南料场位于瓜州县锁阳镇以南的祁连山山前倾斜冲洪积戈壁滩上，地势平缓开阔，料源丰富，初步分析质量满足要求。该料场距风电场场址约83km，有沥清路相通，交通便利，但运距较远。双塔砂砾石料场位于双塔水库下游的河床中，料源的含泥