220kV變電站樁基礎設計畢業(yè)設計,kv,變電站,樁基礎,設計,畢業(yè)設計 華 北 水 利 水 電 學 院 畢 業(yè) 設 計 江蘇東臺風電場 220kV變電站樁基礎設計 摘 要 變電站上部結構為變電室和生產(chǎn)樓等結構，而下部結構為基礎，包括天然地基基礎和樁基礎。基礎工程包括建筑物的地基與基礎的設計與施工。為了保證風電場的正常使用與安全，地基與基礎必須具有足夠的強度和穩(wěn)定性，變形也應在允許范圍之內(nèi)。根據(jù)地層變化情況、上部結構的要求、荷載特點和施工技術水平，可采用不同類型的地基和基礎。 本文以江蘇東臺風電場220kV變電站基礎設計為例，依據(jù)中國水電工程顧問集團華東勘測設計研究院提供的勘查報告，深入了解了工程建筑區(qū)的地形地貌、地質構造、水文地質條件、巖土力學性質和物理地質現(xiàn)象等工程地質條件，對擬建工程場區(qū)進行評價，并提出巖土力學指標的建議值和該變電站樁基礎設計。 首先根據(jù)工程地質條件、巖土力學指標建議值和上部結構形式及上部結構重量，選取了樁基礎形式——混凝土預應力管樁。在對天然地基的評價的基礎上，進行了成樁分析。根據(jù)混凝土預應力管樁的優(yōu)缺點，結合場地地層條件，初步選取樁徑，試算出樁長，并進行樁的設計計算：單樁承載力和樁的沉降計算，最后從抗剪、沖切和抗彎等三方面對承臺進行了設計驗算。 關鍵詞: 變電站；地基；預應力管樁；沉降；承臺 Abstract The superstructure for the Substation is buildings for producing electriction, and its substructure is foundation which include natural foundation and the pile foundation. Infrastructure projects s include the design and construction for the foundation of the building. In order to ensure the normal use and security for the Substation, foundations must have adequate strength and stability, deformation should also be in allowing scope. According to the formation,s change, the upper structure, the load characteristics and the construction skills, using different types of foundations . This paper is mainly about 220 kV substation foundation design as an example, based on China's hydropower engineering consultancy group of East China Survey and Design Institute of the investigation reports, in-depth understanding the engineering geological conditions of the engineering geological sites such as architectural landscape, geological structure hydrogeology conditions, the physical and mechanical properties of the soil and the physical phenomena. Evaluates the proposed project sites, renders the proposed indicators of the rock mechanics and selection and the pile foundation design. . First according to geological conditions, rock mechanics and the upper structure of the proposed form and structure of the upper weight, select a pile foundation forms - Prestressed Concrete Piles.On the basis of the evaluation of the natural foundation , analysis of the pile. According to the advantages and disadvantages of the Prestressed Concrete Piles, the formation conditions of venues, select the initial pile diameter and try to work out a length of the pile, and do design for piles and do the calculation: piles and pile bearing capacity of the settlement terms, the last from the shear, punching and Bending, and other constituents for the cap of buildings to face the design checking. Key Words : Substation；Foundation；Prestressed Concrete Piles； Settlement；Cap of buildings 目錄 1 前言 1 2 工程概況 2 2.1 工程簡介及勘察任務 2 2.1.1 工程概述 2 2.1.2 勘察目的任務 2 2.1.3 工作依據(jù) 2 2.2 勘察等級劃分 3 2.2.1 安全等級 3 2.2.2 場地等級 3 2.2.3 地基等級 4 2.2.4 勘察等級 5 2.3 勘探孔的布置 5 2.3.1 勘探孔布置情況 5 2.3.2 勘察手段和完成工作量 6 3 工程地質及水文地質條件 8 3.1 工程地質條件 8 3.1.1 區(qū)域地質與地形地貌 8 3.1.2 地基土的構成與特征 8 3.2 場地地基土的物理力學性質 9 3.3 水文地質條件與水的腐蝕性評價 10 3.3.1 水文地質 10 3.3.2 水質分析 11 3.3.3 水的腐蝕性分析評價 11 4 場地巖土工程評價與樁基條件分析 13 4.1 場地類別及抗震地段劃分 13 4.1.1 場地類別劃分 13 4.1.2 抗震地段劃分 13 4.2 本場地飽和砂土液化類別 13 4.3 天然地基評價 15 4.3.1 場地穩(wěn)定性及適宜性評價 15 4.3.2 建筑結構荷載及基底壓力估算 15 4.3.3 持力層選擇 16 4.3.4 天然地基承載力評價 17 4.4 樁基條件分析評價 18 4.4.1 樁持力層與樁型選擇 18 4.4.2 成樁可能性分析 19 4.4.3 樁基沉降分析 19 5 混凝土預應力管樁設計 20 5.1 混凝土預應力管樁簡介 20 5.1.1 管樁的優(yōu)點 20 5.1.2 管樁的缺點及局限 20 5.2 混凝土預應力管樁的設計 21 5.2.1 持力層選擇 21 5.2.2 混凝土預應力管樁的設計 22 5.3 四樁承臺的設計驗算 28 5.3.1 抗剪計算 28 5.3.2 沖切計算 29 5.3.3 抗彎計算 30 5.4 六樁承臺的設計驗算 32 5.4.1 抗剪計算 32 5.4.2 沖切計算 33 5.4.3 抗彎計算 35 6 結論與建議 37 結束語 38 參考文獻 39 附 圖：1. 江蘇東臺風電場220kV變電站勘探點平面位置圖（1：150） 2. 工程地質剖面圖（1—1’） 3. 鉆孔柱狀圖（ZK137～ZK138及J138） 第 IV 頁 1 前言 在世界各國的深基礎工程中，樁基礎工程是當今工程領域的一大技術熱點，其原理和技術在不短的完善，特別是新材料和新的施工機械的使用，為樁基礎發(fā)展提供了必要的條件。樁基礎具有比較大的整體性和剛度，能承受較大的上部荷載和水平荷載，是目前應用較為廣泛的基礎類型。而在風電場樁基工程應用最新型的又是混凝土預應力管樁樁。 預應力管樁是近幾年才發(fā)展起來的一種新型的樁型。在港口、碼頭、及工民建中都有較為廣泛的應用。其制作工藝有后張法和先張法兩種，后張法的樁徑較大（800~1200mm），樁身混凝土采用離心—輥壓—振動復合工藝成型，而且每節(jié)長約4~5m，壁厚12~15cm。而且在管壁中間預留有15~25個130mm左右的小孔。使用時通過這些預留孔用高強鋼絞線將各段管連接起來，并在其張拉過程中再對這些孔道高壓注漿，使之形成一長樁，樁長可達70~80m。后張法的樁徑有350、400、500、550、600mm共五種，其壁厚有45、55、60、70、90、100mm和110mm七種，樁長8~15m 本論文介紹了江蘇東臺風電場220kV變電站站巖土工程勘察項目，擬建風電場中間段2＃、3＃及25＃、26＃風機之間，征地范圍呈矩形（142×87m），征地面積12354m2。該變電站為戶內(nèi)變電站，配兩臺220kV主變壓器，主要建構筑物有三層框架結構生產(chǎn)綜合樓（擬采用預應力管樁樁基礎）、兩層磚混結構生產(chǎn)輔助樓及單層水泵房、消防設備間等附屬設施（擬采用天然地基）。本論文主要對預應力管樁樁基礎進行了評價和計算。 本設計的第2部分主要介紹了一下工程概況、巖土工程勘察等級、勘察的依據(jù)和方法以及勘察的工作量統(tǒng)計等；第3部分介紹了一下建筑場地的工程地質條件及水文地質條件；第4部分對場地地震效應和樁基條件作了分析和評價；第5部分預應力管樁做了初步設計；后幾部分提出結論與建議和參考文獻以及附表，并附上相關圖件。 2 工程概況 2.1 工程簡介及勘察任務 2.1.1 工程概述 江蘇東臺風電場220kV變電站站址位于擬建風電場中間段2＃、3＃及25＃、26＃風機之間，征地范圍呈矩形（142×87m），征地面積12354m2。該變電站為戶內(nèi)變電站，配兩臺220kV主變壓器，主要建構筑物有三層框架結構生產(chǎn)綜合樓（擬采用預應力管樁樁基礎）、兩層磚混結構生產(chǎn)輔助樓及單層水泵房、消防設備間等附屬設施（擬采用天然地基）。 2.1.2 勘察目的任務 根據(jù)甲方要求，結合擬建建筑物特征，確定本次勘察的目的任務如下： 1）查明場地的巖性、時代、成因及空間分布特征，提供設計所需的各層土的物理力學性質指標，并對基礎影響深度內(nèi)地層承載力和變形特征進行評價。 2）查明工程場地不良地質現(xiàn)象的成因、類型、分布范圍及其對場地穩(wěn)定性的影響，預測其發(fā)展趨勢，并提出防治措施及有關技術參數(shù)。 3）查明地下水的埋藏條件，含水層的類型等，評價地下水對地基設計施工的影響及對混凝土的腐蝕性。 4）查明有無液化土層，并對場地液化可能性做出評價。 5）判定場地土的類型及建筑場地類別，提供有關抗震設計有關參數(shù)，對其地震效應進行評價。 6）對擬建場地的工程地質條件作出評價，并結合地基土的性狀特征，評價建筑場地的穩(wěn)定性和適宜性，評價樁基持力層及樁型、估算單樁豎向承載力特征值、判斷沉樁可能性、判別飽和砂土液化勢及液化等級、評定場區(qū)地表水、地下水對建筑材料的腐蝕性，為該工程施工圖設計提供工程地質資料。 7）提出影響工程施工的不利地質因素，并對工程設計和施工中應注意的問題提出建議，要求提交巖土工程勘察報告。 2.1.3 工作依據(jù) 本次勘察及報告編寫工作依據(jù)的規(guī)范有： (1) 華東勘察設計研究院下達勘察任務書； (2) 江蘇東臺風電場技施階段工程地質勘察大綱（2006年5月）； (3) 《中華人民共和國工程建設標準強制性條文》； (4) 國標《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001； (5) 國標《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2002； (6) 國標《土工試驗方法標準》GB/T50123-1999； (7) 國標《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001； (8) 國標《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2002； (9) 行標《變電所巖土工程勘測技術規(guī)程》DL/T5170—2002； (10) 行標《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-94； (11) 行標《建筑工程地質鉆探技術標準》JGJ87-92； (12) 行標《原狀土取樣技術標準》JGJ89-92； (13) 《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）； (14) 中國工程建設標準化委員會標準《靜力觸探技術標準》CECS：04:88； (15) 《江蘇東臺風力發(fā)電場200MW風電項目工程場地地震安全性評價工作報告Ⅱ》（江蘇省地震工程研究院2005年12月）； (16) 《江蘇東臺風力發(fā)電場200兆瓦風電特許權項目地質災害評估報告》（江蘇省地質調查研究院2005年11月）； (17) 《江蘇東臺風力發(fā)電場工程地質勘察報告（可研階段）》（華東勘測設計研究院2005年5月）。 2.2 勘察等級劃分 2.2.1 安全等級 根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》3.1.1規(guī)定，工程的規(guī)模和特征，以及由于巖土工程問題造成工程破壞或影響正常使用的后果，可以分為三個工程重要性等級： 1）一級工程：重要工程，后果很嚴重。 2）二級工程：一般工程，后果嚴重。 3）三級工程：次要工程，后果不嚴重。 2.2.2 場地等級 根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》3.1.2規(guī)定，場地的復雜程度，可按下列規(guī)定分為三個場地等級： 1） 符合下列條件之一者為一級場地： （1）對建筑抗震危險的地段； （2）不良地質作用強烈發(fā)育； （3）地質環(huán)境已經(jīng)或可能受到強烈破壞； （4）地形地貌復雜； （5）有影響工程的多層地下水、巖溶裂隙水或其他水文地質條件復雜，需專門 究的場地。 2）符合下列條件之一者為二級場地： （1）對建筑抗震不利的地段； （2）不良地質作用一般發(fā)育； （3）地質環(huán)境已經(jīng)或可能受到一般破壞； （4）地形地貌較復雜； （5）基礎位于地下水位以下的場地。 3）符合下列條件者為三級場地： （1）抗震烈度等于或小于6度，或對建筑抗震有利的地段； （2）不良地質作用不發(fā)育； （3）地質環(huán)境基本未受破壞； （4）地形地貌簡單； （5）地下水對工程無影響。 2.2.3 地基等級 根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》3.1.3規(guī)定，地基的復雜程度，可按下列規(guī)定分為三個地基等級： 1）符合下列條件之一者為一級地基： （1）巖土種類多，很不均勻，性質變化較大，需特殊處理； （2）嚴重濕陷、膨脹、鹽漬、污染的特殊性巖土，以及其他情況復雜，需作專門處理的巖土。 2）符合下列條件之一者為二級地基： （1）巖土種類較多，不均勻，性質變化較大； （2）除本條第一款規(guī)定以外的特殊性巖土。 3）符合下列條件者為三級地基： （1）巖土種類單一，均勻，性質變化不大； （2）無特殊性巖土。 2.2.4 勘察等級 根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》3.1.4規(guī)定，工程重要性等級、場地復雜程度等級和地基復雜程度等級，可按下列條件劃分巖土工程勘察等級。 甲級：在工程重要性、場地復雜程度和地基復雜程度等級中，有一項或多項為一級； 乙級：除勘察等級為甲級和丙級以外的勘察項目； 丙級：工程重要性、場地復雜程度和地基復雜程度等級均為三級。 由以上規(guī)范結合該建筑的實際情況可得：本工程工程重要性等級為二級，地基等級為二級（中等復雜地基），場地等級應為二級（復雜場地），巖土工程勘察等級劃分為乙級。 2.3 勘探孔的布置 2.3.1 勘探孔布置情況 根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(ＧB50021-2001)關于房屋建筑和構筑物的詳細勘察布孔規(guī)定，勘探孔的布置應滿足以下規(guī)定： 1）乙級勘察勘探點的間距為15~30m； 2）詳細勘察的單棟高層建筑勘探點的布置，應滿足均勻性評價的要求，且不應少于4個；對密集的高層建筑群，勘探點可適當?shù)臏p少，但每棟建筑物至少應有一個控制性勘探點； 3）勘探孔深度應能控制地基主要受力層，當基礎底面寬度不大于5m時，勘探孔的深度對條形地基不應小于基礎底面寬度的3倍，對單獨樁基不應小于1.5倍，且不應小于5m； 4）對高層建筑和需做變形計算的地基，控制性勘探孔的深度應不超過地基變形計算深度；高層建筑的一般性勘探孔應達到基礎底下0.5~1.0倍的基礎寬度，并深入穩(wěn)定分布的地層； 5）當有大面積地面堆載或軟弱下臥層時，應適當加深控制性勘探孔的深度。 根據(jù)主要建構筑物輪廓及附屬設施位置布置勘探孔，主要建筑物上一般孔間距10～20m，共布置鉆孔9個（編號ZK135、ZK137～ZK144），孔深21.65~51.20m，靜探孔17個（編號J136、J138~J153），孔深17.00～44.20m。 根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（ＧB50021-2001）4.1.20規(guī)定，詳細勘察采取土試樣和進行原位測試應符合下列要求： 采取土試樣和進行原位測試的勘探點數(shù)量，應根據(jù)地層結構、地基土的均勻性和設計要求確定，對地基基礎設計等級為甲級的建筑物每棟不少于3個； 1）每個場地每一主要土層的原狀土試樣或原位測試數(shù)據(jù)不應少于6件； 2）在地基主要受力層內(nèi)，對厚度大于0.5m的夾層或透鏡體，應采取土試樣或進行原位測試； 3）當土層性質不均勻時，應增加取土數(shù)量或原位測試工作量。 2.3.2 勘察手段和完成工作量 勘察工作主要采用鉆探、現(xiàn)場原位測試和室內(nèi)土工試驗相結合的方法。鉆探選用XY－100型和XY－200各一臺鉆機，采用優(yōu)質膨潤土配制泥漿護壁、回轉鉆進，全斷面取芯的鉆進工藝。采取原狀土樣，進行室內(nèi)土工試驗，并在鉆孔中進行標準貫入試驗。本次勘察按技施精度進行，以鉆探、標貫、靜力觸探和室內(nèi)試驗為主，靜力觸探試驗采用15T雙橋靜力觸探儀，便攜式微機對測試數(shù)據(jù)進行分析與處理。為了保證取水樣的質量，在場內(nèi)挖深約3m取水坑采取地下水。野外勘探作業(yè)自2006年5月15日開始，于5月22日結束，歷時8天，完成的勘察工作量見表2-1。 表2-1 勘察工作量表 項 目 單 位 工 作 量 野 外 勘 探 測量（勘探點定位與復測） 組日 2 鉆 探 機 鉆 孔 m/孔 280.55/9 原位測試 標準貫入試驗 段次 161 靜力觸探 m/孔 452.70/17 波速測試 m/孔 50/1 電阻率測試 m/條 580/3 取 樣 原 狀 土 樣 組 110 擾動土樣 組 80 地 下 水 樣 組 1 室 內(nèi) 試 驗 室內(nèi)常規(guī)土工試驗 組 110 顆粒分析 組 188 水質簡分析 組 1 勘探點坐標引測于導線點K1（X= 3632476.350 ，Y= 583939.699 ，H= 4.39 m）、K2（X=3632513.472 ，Y=583959.550 ，H=4.20m）?？碧近c坐標采用的是北京坐標系，高程采用國家1985年高程基準。 3 工程地質及水文地質條件 3.1 工程地質條件 3.1.1 區(qū)域地質與地形地貌 擬建風電場變電站站址屬揚子斷塊區(qū)的下?lián)P子斷塊。本工程區(qū)位于下?lián)P子斷塊內(nèi)。區(qū)內(nèi)斷裂構造發(fā)育，共涉及到19條主要斷裂，斷裂走向可分為北東向、北西向和近東西向3組。影響工程場地的主要區(qū)域性活動斷裂有蘇北濱海斷裂和栟茶河斷裂。近場區(qū)主要斷裂有5條：陳家堡—小海斷裂、大橋—東臺林場斷裂、大泗莊—鄧莊斷裂、栟茶河斷裂和蘇北濱海斷裂，其中對場地穩(wěn)定性影響較大的主要活動斷裂有蘇北濱海斷裂和栟茶河斷裂。 變電站址位于東臺市東南約70km弶港鎮(zhèn)濱海地區(qū)，屬黃海潮間帶灘涂地貌單元。場區(qū)地形較平坦，略有起伏，地面高程4.17～4.50m，局部野生植物叢生。場區(qū)西側緊靠一條碎石路面海堤路，海堤路面高程在7.6～8.2m。海堤外靠一條寬約3-8m的咸水河，河外側為已建成的新海堤公路。 3.1.2 地基土的構成與特征 根據(jù)鉆孔揭露，勘探深度范圍內(nèi)上部②～③層為第四系全新統(tǒng)（Q4）沖海相粉土、粉砂，下部為晚更新世（Q32）陸相、濱海相沉積物?，F(xiàn)自上而下分述如下： ①層填土本場區(qū)缺失。 ②-1層 砂質粉土（Q4） 灰黃、褐黃色，松散，濕，頂部含少量植物根莖，搖振反應中等，無光澤反應，干強度低，韌性低，含少量粉砂及粘質粉土。場區(qū)均有分布，層底埋深2.40～5.30m，層底標高-0.99～2.10m，靜探錐尖阻力qc=1.83～2.95MPa，平均值2.38 MPa；標貫實測錘擊數(shù)為4～7擊，平均5.5擊。層厚2.40～5.30m， ②-2層 砂質粉土（Q4） 灰色，稍密，濕，局部夾灰黃色粉土團塊，含少量貝殼碎屑。搖振反應中等，無光澤反應，干強度低，韌性低。該層分布較廣，層頂埋深2.40～4.00m，層頂標高-0.99～2.10m，靜探錐尖阻力qc=3.15～5.27MPa，平均值4.38MPa；標貫實測錘擊數(shù)為5.5～11.5擊，平均7.9擊。該層除ZK139、ZK140、J144及J151缺失外，各孔均有揭露，層厚0～2.50m。 ③-1層 粉砂夾砂質粉土（Q4） 灰色，稍密為主，局部中密，很濕～飽和，夾砂質粉土。搖振反應迅速，無光澤反應，干強度低，韌性低。該層全區(qū)分布，層頂埋深4.10～5.40m，層頂標高-1.08～0.40m，靜探錐尖阻力qc=7.16～8.48MPa，平均值7.92MPa；標貫實測錘擊數(shù)為10～25擊，平均14.6擊。該層層厚4.40～6.00m。 ③-2層 粉砂（Q4） 灰色，中密～密實，很濕～飽和，含腐殖質，含貝殼碎屑，局部富集。搖振反應迅速，無光澤反應，干強度低，韌性低。該層全區(qū)分布，層頂埋深9.40～10.30m，層頂標高-5.87～-5.09m，靜探錐尖阻力qc=11.01～12.01MPa，平均值11.59 MPa；標貫實測錘擊數(shù)為21～38擊，平均30.3擊。該層層厚11.90～14.60m。 ④、⑤層為濱海相粘性土、粉土，風電場大部分均有分布，本場地缺失。 ⑥層 粉砂與粉質粘土互層（Q3）（相當于可研報告中⑥-夾層） 灰色，稍密，單層厚變化較大，一般1～10cm，其中粉質粘土一般呈灰色軟塑狀，局部呈灰綠色可塑狀。搖振反應中等，無光澤反應，干強度低，韌性低。靜探錐尖阻力qc=6.03～7.38MPa，平均值6.59MPa；標貫實測錘擊數(shù)為11～20擊，平均14.8擊。場區(qū)均有分布，勘探揭露層頂埋深23.60～24.40m，層頂標高-17.59～-20.11m，層厚>21.15m（未穿）。 3.2 場地地基土的物理力學性質 本次勘探共取原狀土樣110組，進行室內(nèi)常規(guī)項目試驗，并對②層砂質粉土與③層粉砂進行了顆粒分析等特殊試驗項目。試驗按國標《土工試驗方法標準》GB/T50123-1999操作，并按國標《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2002定名。各巖土層物理力學指標統(tǒng)計見表2（地基土物理力學性質指標數(shù)理統(tǒng)計成果表）及附件1《土工試驗成果報告》。 依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）14.2.2條和14.2.4條，土的各項參數(shù)指標的平均值、標準值、標準差、變異系數(shù)和統(tǒng)計修正系數(shù)可按下式計算： （3-1） （3-2） （3-3） （3-4） （3-5） 式中正負號按不利組合考慮；如抗剪強度指標的修整系數(shù)應按負值。 其中： —巖土參數(shù)的平均值； —巖土參數(shù)的標準差； —巖土參數(shù)的變異系數(shù)； —巖土參數(shù)的標準值； —統(tǒng)計修正系數(shù)。 3.3 水文地質條件與水的腐蝕性評價 3.3.1 水文地質 根據(jù)地下水的賦存條件與水理、水力特征，場區(qū)淺層地下水類型為孔隙性潛水。其補給來自大氣降水和河水、海水。地下水位受潮汐漲落影響，動態(tài)變化大?？辈炱陂g，在鉆孔中測得的初見水位埋深約為0.6m，穩(wěn)定地下水位為1.10~2.10m，相應的穩(wěn)定水位高程為2.39~3.25m。 3.3.2 水質分析 表3-1 水質分析檢驗報告 樣品名稱: 場地集水坑地下水 檢驗日期 2006-5-22 氣味 無 透明度 半明 室內(nèi)氣溫 25.0 0C 顏色 無 混濁度 半明 室內(nèi)水溫 25.0 1C 分析項目 ρ(Bz±) C[(1/Z)Bz±] X[(1/Z)Bz±] 分析項目 ρ(Bz±) mg/L Mmol/L % mg/L 陽 離 子 Na++K+ 2927.2 127.27 88.8 侵蝕性CO2 Ca2+ 39.1 1.95 1.3 游離CO2 Mg2+ 171.9 14.15 9.9 可溶性SiO2 — Fe2+ — — — 分析項目 ρ(CaCO3) Fe3+ — — — ρ(Bz±) mg/L NH4+ — — — 總硬度 805.0 　 　 　 　 暫時硬度 — 總計 — 143.37 100.0 礦化度 8739.8 陰 離 子 Cl- 3954.4 111.55 77.8 項目 　 SO42- 712.2 14.83 10.3 PH 8.48 HCO3- 836.6 13.71 9.6 　 　 CO32- 98.4 3.28 2.3 　 　 NO3- — — — 　 　 總計 — 143.37 100.0 　 　 3.3.3 水的腐蝕性分析評價 場區(qū)位于濱海平原，地勢低平、沉積顆粒細，地下水位較淺，水力坡度平緩（排泄區(qū)），地下水蒸發(fā)作用強，礦化度高，水質差。場區(qū)無地表系，場區(qū)附近地表水及地下水為微混濁、淡黃色的微咸水、咸水或鹽水。 本次勘察在變電站場地取地下水一組，進行水化學簡分析。根據(jù)國標《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001判斷（見表3-2）： 場地內(nèi)集水坑地下水：場地環(huán)境類型按Ⅲ類考慮，對混凝土結構不具腐蝕性；水樣中（Cl- +SO42-×0.25）含量大于500mg/l，對混凝土結構中鋼筋具中等腐蝕性，水樣中PH值均介于3~11，（Cl-+ SO42-）含量均大于500mg/l，對鋼結構具中等腐蝕性，設計應采取防腐蝕措施，場區(qū)地下水均不能作為施工拌和和養(yǎng)護用水。地下水化學類型為高礦化度的氯化鈉（鉀）型水（Cl-——Na++K+）。 引用前期可研階段勘察成果，場地附近地表水場地環(huán)境類型按Ⅲ類考慮，地表水對混凝土結構具弱腐蝕性，對混凝土結構中鋼筋具強腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性。 表3-2 孔隙潛水腐蝕性評價表 水對混凝土結構的腐蝕性評價 腐蝕介質 項目 水腐蝕等級 場地環(huán)境類型地下水按Ⅲ類考慮 受地層滲透性影響按B類 SO42- Mg2+ NH4+ OH－ 總礦化度 PH值 侵蝕性CO2 HCO3- mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mmol/L 場地內(nèi)集水坑地下水 水中含量 712.2 171.9 — 8739.8 8.48 13.71 水腐蝕性等級 無 無 無 無 無 水對鋼筋混凝土結構中鋼筋和鋼結構的腐蝕性評價 腐蝕介質項目 鋼筋混凝土結構中鋼筋 鋼結構 Cl－ SO42-×0.25 干濕交替狀態(tài)下腐蝕等級 PH值 Cl－＋SO42 腐蝕等級 mg/L mg/L mg/L 場地內(nèi)集水坑地下水 3954.4 178.05 中 8.48 4666.6 中 4 場地巖土工程評價與樁基條件分析 4.1 場地類別及抗震地段劃分 4.1.1 場地類別劃分 對本場地地層在鉆孔ZK141內(nèi)進行了單孔波速測試，測試深度為50m，共計完成測試點50個，據(jù)實測波速值統(tǒng)計，ZK141鉆孔在地面下20m范圍內(nèi)各土層等效剪切波速Vse值為191m/s（詳見附件5：波速測試報告）。依據(jù)國標《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)，該工程場地土的類型屬中軟場地土。據(jù)波速及鉆探資料，該場地覆蓋層厚度（dov）大于50m，結合上述波速試驗所劃場地土類型，確定建筑場地類別為III類。 4.1.2 抗震地段劃分 根據(jù)業(yè)主提供《江蘇東臺風力發(fā)電場200MW風電項目工程場地地震安全性評價工作報告Ⅱ》（江蘇省地震工程研究院2005年12月），本地區(qū)地震動峰值加速度為0.15g，地震基本烈度Ⅶ度，場址地震動反應譜特征周期為0.55s。 4.2 本場地飽和砂土液化類別 本場區(qū)20m深度范圍內(nèi)，分布有飽和的砂質粉土（②-1、②-2層）、粉砂夾砂質粉土（③-1層），粉砂（③-2層），其粘粒（粒徑＜0.005mm）含量小于10%。根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001）的規(guī)定，屬液化判別范圍，采用標準貫入試驗判別法作進一步判別。 本場區(qū)參考《江蘇東臺風力發(fā)電場200MW風電項目工程場地地震安全性評價工作報告Ⅱ》（江蘇省地震工程研究院2005年12月），抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值0.15g，特征周期值為0.55s，建筑場地類別為Ⅲ類，按照國標《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001相當于設計地震分組第二組。實測標貫錘擊數(shù)N小于標貫錘擊數(shù)臨界值Ncr時，判為液化土，并進一步計算液化指數(shù)IlE，判定液化等級，否則判為不液化土。 標貫錘擊數(shù)臨界值和液化指數(shù)計算公式詳見《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001），計算時取N0=10，液化判別結果見表 表4-1 飽和砂質粉土液化判別表 鉆孔 編號 地層 編號 試 驗 深 度 地 下 水 位 粘 粒 含 量 計 算 臨界值 標 貫 實測值 液 化 判 定 液化指數(shù)計算 液 化 等 級 ds(m) dw(m) ρc(%) Ncr(擊) N(擊) I lei I le ZK138 ②-1 1.65 0 0.0 10.65 7 液化 7.54 22.02 嚴重 ②-1 2.75 1.0 11.75 6 液化 5.87 ②-2 4.05 0.0 13.05 8 液化 5.42 ③-1 5.55 0.0 14.55 13 液化 1.54 ③-1 7.05 0.0 16.05 14 液化 1.65 ③-1 8.55 0.0 17.55 19 不液化 ③-2 10.05 0.0 19.05 24 不液化 ③-2 11.55 0.0 20.55 28 不液化 ③-2 14.55 2.0 23.55 30 不液化 ③-2 16.05 0.0 24 32 不液化 ③-2 17.55 1.5 24 34 不液化 ③-2 19.05 1.0 24 38 不液化 ZK141 ②-1 1.65 0 3.0 10.65 4 液化 13.42 24.70 嚴重 ②-1 2.65 1.5 11.65 5 液化 5.71 ②-2 3.65 8.5 12.65 6.5 液化 2.89 ②-2 4.65 7.0 13.65 8 液化 2.68 ③-1 5.65 2.0 14.65 15.5 不液化 ③-1 6.65 0.0 15.65 16 不液化 ③-1 8.15 2.0 17.15 17 不液化 ③-1 9.45 5.0 18.45 23 不液化 ③-2 11.15 3.0 20.15 27 不液化 ③-2 12.45 6.5 21.45 28 不液化 ③-2 13.95 3.5 22.95 30 不液化 ③-2 15.65 3.5 24 33 不液化 ③-2 16.95 3.0 24 29 不液化 ③-2 18.65 2.5 24 34 不液化 續(xù)表4-1 飽和砂質粉土液化判別表 鉆孔 編號 地層 編號 試 驗 深 度 地 下 水 位 粘 粒 含 量 計 算 臨界值 標 貫 實測值 液 化 判 定 液化指數(shù)計算 液 化 等 級 ds(m) dw(m) ρc(%) Ncr(擊) N(擊) I lei I le ③-2 19.95 1.5 24 34 不液化 ZK143 ②-1 2.25 0 0.5 11.25 6.5 液化 12.24 15.07 中等 ②-2 3.55 1.5 12.55 11.5 液化 1.17 ③-1 5.05 0.5 14.05 12.5 液化 1.66 ③-1 6.55 1.5 15.55 25 不液化 ③-1 8.05 0.0 17.05 21 不液化 ③-1 9.55 0.5 18.55 23 不液化 ③-2 11.05 0.0 20.05 25 不液化 ③-2 12.55 3.5 21.55 29 不液化 ③-2 14.05 2.0 23.05 30 不液化 ③-2 15.55 0.0 24 33 不液化 ③-2 17.05 0.0 24 35 不液化 ③-2 18.55 0.0 24 34 不液化 ③-2 20.00 1.0 24 35 不液化 對本場地的3個鉆孔②-1層砂質粉土、②-2層砂質粉土、③-1層粉砂夾砂質粉土、③-2層粉砂進行液化判別，判別結果表明：2只鉆孔嚴重液化，1只鉆孔中等液化，液化土層為場地上部的②-1、②-2層砂質粉土及③-1層粉砂夾砂質粉土，③-2層粉砂不液化。 4.3 天然地基評價 4.3.1 場地穩(wěn)定性及適宜性評價 根據(jù)本地區(qū)地質構造背景和擬建場地的工程地質條件，本場地屬穩(wěn)定場地，適宜本工程建設。 4.3.2 建筑結構荷載及基底壓力估算 擬建風電場中間段2＃、3＃及25＃、26＃風機之間，征地范圍呈矩形（142×87m），征地面積12354m2。該變電站為戶內(nèi)變電站，配兩臺220kV主變壓器，主要建構筑物有三層框架結構生產(chǎn)綜合樓（擬采用預應力管樁樁基礎）、兩層磚混結構生產(chǎn)輔助樓及單層水泵房、消防設備間等附屬設施（擬采用天然地基）。由于變電站質量高于一般的建筑，估算配兩臺220kV主變壓器，主要建構筑物三層框架結構生產(chǎn)綜合樓平均應力為150kPa;而兩層磚混結構生產(chǎn)輔助樓及單層水泵房、消防設備間等附屬設施比較小為20-40 kPa。 軸心荷載下基底壓力計算公式： （4-1） 式中： --平均基底壓力； ? --相應于荷載效應標準組合時，上部結構傳至基礎頂面的豎向力值； ?? --基礎自重和基礎上的土重；,其中在不作詳細計算時取 ； --基礎底面面積。 根據(jù)上述公式,可估算出生產(chǎn)綜合樓和主變器室的平均基底壓力為,而輔助樓及單層水泵房、消防設備間等附屬設施平均基底壓力。 4.3.3 持力層選擇 ②-1層砂質粉土，松散，含少量粉砂及粘質粉土，場區(qū)均有分布，層厚2.40～5.30m，層底埋深2.40～5.30m，靜探孔錐尖阻力qc=1.83～2.95MPa，平均值2.38 MPa；標貫實測錘擊數(shù)為4～7擊，平均5.5擊。物理力學性質稍差，工程性能尚可。其地基土承載力特征值fak可取100kPa，壓縮模量Es1-2可取6.0MPa。 ②-2層 砂質粉土，稍密，層頂埋深2.40～4.00m，靜探錐尖阻力qc=3.15～5.27MPa，平均值4.38MPa；標貫實測錘擊數(shù)為5.5～11.5擊，平均7.9擊。該層除ZK139、ZK140、J144及J151缺失外，各孔均有揭露，層厚0～2.50m。該層局部缺失，物理力學性質一般，工程性能尚可。其地基土承載力特征值fak可取110kPa，壓縮模量Es1-2可取7.5MPa。 ③-1層 粉砂夾砂質粉土，稍密為主，局部中密，層頂埋深4.10～5.40m，靜探錐尖阻力qc=7.16～8.48MPa，平均值7.92MPa；標貫實測錘擊數(shù)為10～25擊，平均14.6擊。該層全區(qū)分布，層厚4.40～6.00m。物理力學性質較好，工程性能較好。其地基土承載力特征值fak可取160kPa，壓縮模量Es1-2可取10.5MPa。 綜上所述，②-1、②-2層力學性質一般，可以作為荷載較小的兩層生產(chǎn)輔助樓、單層輔助工程天然地基持力層，③-1層工程性能較好，但埋藏稍深，基坑開挖工作量較大，又埋藏在地下水位以下，基礎施工費用較大，不經(jīng)濟。綜合液化判別結果場區(qū)頂部三層土層存在中等～嚴重液化，建構筑物基礎及結構設計宜根據(jù)建筑抗震設防類別考慮是否需要進行抗液化處理。若采用抗液化措施，可選用振沖碎石樁振沖擠密方案，處理土層為②-1、②-2及③-1層，處理深度約10m。 4.3.4 天然地基承載力評價 天然地基方案是否可行首先要考慮的是持力層能否滿足基地壓力的要求，為此利用下列公式進行承載力計算。 按《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007―2002）第5.2.4式計算基礎深寬修正后的承載力特征值： 127.9kPa （4-2） 其中： fak =100kPa, ηb =0, ηd =1.0,b=3m,d=2.0m, γ=19.3kN/m3, γm =18.6kN/m3 式中 fa —— 修正后的地基承載力特征值 fak—— 地基承載力特征值 ηd、ηb—— 基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，按基底下土的類別查表5-1取值 γ—— 基礎底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度 γm—— 基礎底面以上土的加權平均重度，地下水位以下取浮重度 b —— 基礎底面寬度（m），當基寬小于3m按3m取值，大于6m按6m取值 d —— 基礎埋置深度（m），一般自室外地面標高算起。再填方整平地區(qū)，可自填土地面標高算起，但填土在上部結構施工完成時，應從天然地面標高算起。對于地下室，如采用箱形基礎或筏形基礎時，基礎埋深自室外地面標高算起；當采用獨立基礎或條形基礎時，應從室內(nèi)地面標高算起 表4-2 承載力修正系數(shù) 土的類別 ηb ηd 淤泥和淤泥質土 0 1.0 人工填土 e或Il大于等于0.85的粘性土 0 1.0 紅粘土 含水比αw＞0.8 含水比αw≤0.8 0 0.15 1.2 1.4 大面積填土 壓實系數(shù)大于0.95、粘粒含量ρc≥10%的粉土 最大干密度大于2.1t/m3的級配砂石 0 0 1.5 2.0 粉土 粘粒含量ρc≥10%的粉土 粘粒含量ρc＜10%的粉土 0.3 0.5 1.5 2.0 e或Il均小于0.85的粘性土 粉砂、細砂（不包括很濕與飽和時的稍密狀態(tài)） 中砂、粗砂、礫砂和碎石土 0.3 2.0 3.0 1.6 3.0 4.4 注：① 強風化和弱風化的巖石，可參照所風化的相應土類取值，其他狀態(tài)下的巖石不修正 ② 地基承載力特征值按《GB50007-2002》附錄D深層平板荷載試驗確定時ηd取0 由上式及上部荷載平均基底壓力可知:則 天然地基承載力不滿足主變室和生產(chǎn)綜合樓的承載力要求,滿足兩層磚混結構生產(chǎn)輔助樓及單層水泵房、消防設備間等附屬設施。 4.4 樁基條件分析評價 4.4.1 樁持力層與樁型選擇 ③-1層粉砂夾砂質粉土，稍密為主，局部中密，該層全區(qū)分布，層厚4.40～6.00m，層頂埋深4.10～5.40m，靜探錐尖阻力qc=7.16～8.48MPa，平均值7.92MPa；標貫實測錘擊數(shù)為10～25擊，平均14.6擊。該層物理力學性質較好，埋藏淺，工程性能一般，因為存在嚴重液化勢，故不宜作為短樁樁端持力層。 ③-2層粉砂，中密～密實，中偏低壓縮性，該層全區(qū)分布，層頂埋深9.40～10.30m，層頂標高-5.87～-5.09m，靜探錐尖阻力qc=11.01～12.01MPa，平均值11.59 MPa；標貫實測錘擊數(shù)為21～38擊，平均30.3擊。該層物理力學性質良好，層厚大于11.90m小于等于14.60m，工程性能良好且不液化，是荷載較大生產(chǎn)綜合樓及兩主變室良好樁端持力層。 鑒于上述分析，初步推薦③-2層粉砂作為本工程生產(chǎn)綜合樓及兩主變室樁基持力層，樁型可選用鉆孔灌注樁與高強度預應力砼管樁（PHC樁）。 鉆孔灌注樁為非擠土樁，該場地上部土層以砂質粉土、粉砂為主，易塌孔，需采取泥漿護壁措施，且施工用水困難，造價不經(jīng)濟，因此，本工程不推薦選用鉆孔灌注樁。 預應力管樁為擠土樁，且本工程場地開闊，周邊無重要建筑物。因此，建議本工程樁型選用高強度預應力砼管樁（PHC樁），樁徑選用φ500mm，樁端進入持力層③-2層粉砂約2m。 4.4.2 成樁可能性分析 樁端持力層③-2層粉砂，中密為主，局部密實，低壓縮性，靜探錐尖阻力qc=11.01～12.01MPa，標貫實測錘擊數(shù)為21～38擊，平均30.3擊，樁基施工可能有一定難度，考慮到建筑場地空曠，可采用錘擊法沉樁，并選擇合理錘重。錘擊施工時可能導致其上部土層液化，因此建議工程樁施工之前進行試樁，施工時注意施工順序。 4.4.3 樁基沉降分析 生產(chǎn)綜合樓及主變壓器擬采用③-2層粉砂作為預應力管樁樁端持力層，進入持力層約2m，樁端下持力層厚達12m左右，因此根據(jù)上部結構類型、荷載大小及地面下樁基布置等方面因素，樁基沉降量很小，在沉降量可控范圍之內(nèi) 5 混凝土預應力管樁設計 5.1 混凝土預應力管樁簡介 預應力管樁是近幾年才發(fā)展起來的一種新型的樁型。在港口、碼頭、及工民建中都有較為廣泛的應用。其制作工藝有后張法和先張法兩種，后張法的樁徑較大（800~1200mm），樁身混凝土采用離心—輥壓—振動復合工藝成型，而且每節(jié)長約4~5m，壁厚12~15cm。而且在管壁中間預留有15~25個130mm左右的小孔。使用時通過這些預留孔用高強鋼絞線將各段管連接起來，并在其張拉過程中再對這些孔道高壓注漿，使之形成一長樁，樁長可達70~80m。后張法的樁徑有350、400、500、550、600mm共五種，其壁厚有45、55、60、70、90、100mm和110mm七種，樁長8~15m不等，并可按要求制作。 管樁能夠被廣泛應用，是有其優(yōu)越性的，當然也有其缺點。下面分別敘述： 5.1.1 管樁的優(yōu)點 管樁有以下優(yōu)點： ⑴ 單樁承載力高 ⑵ 設計選用范圍廣。管樁既適用于多層建筑，也適用于高層建筑。而且在同一建筑物基礎中，還可以采用不同直徑的管樁，容易解決布樁問題，充分發(fā)揮根樁的承載力。 ⑶ 對樁端持力層起伏變化大的地質條件適用性強，可根據(jù)地質條件變化調節(jié)樁長。 ⑷ 運輸?shù)跹b方便，接樁快捷。 ⑸ 施工速度快，工效高。 ⑹ 施工文明，現(xiàn)場簡化。 ⑺ 樁身耐打，穿透能力強，成樁質量可靠。 ⑻ 造價適宜。盡管預應力管樁單方混凝土造價較高，單其承載力大。從一些統(tǒng)計資料來看，其單位承載力價格與沉管灌注樁不相上下。 5.1.2 管樁的缺點及局限 管樁的缺點及局限如下： ⑴ 所需施工機械設備投資大。 ⑵ 由于送樁深度受限制，在深基坑開挖后截去的余樁較多。 ⑶ 有些地質條件不宜應用或慎用預應力管樁，如孤石和障礙物較多的地層，有堅硬隔層的地層；石灰?guī)r地層；從松軟突變到堅硬的地層等。 5.2 混凝土預應力管樁的設計 5.2.1 持力層選擇 ③-1層粉砂夾砂質粉土，稍密為主，局部中密，該層全區(qū)分布，層厚4.40～6.00m，層頂埋深4.10～5.40m，靜探錐尖阻力qc=7.16～8.48MPa，平均值7.92MPa；標貫實測錘擊數(shù)為10～25擊，平均14.6擊。該層物理力學性質較好，埋藏淺，工程性能一般，因為存在嚴重液化勢，故不宜作為短樁樁端持力層。 ③-2層粉砂，中密～密實，中偏低壓縮性，該層全區(qū)分布，層頂埋深9.40～10.30m，層頂標高-5.87～-5.09m，靜探錐尖阻力qc=11.01～12.01MPa，平均值11.59 MPa；標貫實測錘擊數(shù)為21～38擊，平均30.3擊。該層物理力學性質良好，層厚大于11.90m小于等于14.60m，工程性能良好且不液化，是荷載較大生產(chǎn)綜合樓及兩主變室良好樁端持力層。 鑒于上述分析，初步推薦③-2層粉砂作為本工程生產(chǎn)綜合樓及兩主變室樁基持力層。 按照“JGJ94-94”《建筑樁基技術規(guī)范》第5.2.8條給出各層土的側阻力特征值qs