貴州山區風電勘察淺談

常強 陳瀟 劉祥剛 張寧 穆龍

我國幅員遼闊，風能資源豐富，作為清潔能源，風能得到了很好的開發利用。貴州省作為云貴高原省份，風能資源分布較集中，屬第Ⅳ類風能資源區。由于省政府的大力支持，風電項目得到了很好的發展，根據貴州省“十三五”風電規劃，2020年其總體目標為裝機容量達到600萬千瓦。

隨著風電項目的發展，風電勘察設計技術日趨成熟，作為風電設計建設的基礎，勘察十分重要，然而我國各地地質特征各異，現有勘察參考規范方法及手段針對性不強的問題日趨顯現。面對勘察過程中的各種實際困難，唯有針對不同的地質情況，采用不同的勘察手段，才能做到有的放矢，在合理的成本下，達到理想的勘察效果。貴州山區風電項目因其自身特征，主要采用在地質測繪前提下，以物探為主、鉆探為輔，配合室內試驗的方法進行勘察。此外，后期應注意施工地質。

本文以貴州山區某風電項目為例，針對風電場招標設計階段風電機組機位的勘察工作，淺談工程地質勘察中遇到的問題。

貴州山區風電項目特征

貴州地處我國西南，平均海拔在 1100米左右，境內山脈眾多，巖溶地貌發育非常典型，喀斯特地貌面積占全省國土總面積的61.9%，巖溶分布范圍廣泛，形態類型齊全，地域分布明顯，構成一種特殊的巖溶生態系統。因此，不同于平原或其他山區風電項目，貴州山區風電項目的主要特征表現如下：

（1）風電機組多布置于地勢較高地帶

貴州地處云貴高原，省內重巒疊嶂，綿延縱橫，山高谷深。為了借助山地天然優勢更好地利用風能，風電機組多布置于獨立山包頂部，或地勢較高山脊沿線地形突出地帶，整體地勢高。

（2）地基多為碳酸鹽巖地層

貴州山地居多，地層多，巖性分布不一，多以海相沉積為主，沉積巖中以灰巖、白云巖等碳酸鹽巖地層分布最為廣泛。地形演化過程中，受不同地層巖性差異影響，地勢較突出處多以灰巖、白云巖、燧石灰巖、石英砂巖等硬質巖為主；地形平緩低矮區多以泥巖、頁巖等軟巖為主。風電場布置時，風電機組多位于以硬質巖層為主的地勢較突出處，尤其是在灰巖地層中布置居多，該地層多存在巖溶發育現象。

（3）風電機組基礎多為天然擴展基礎

貴州山區風電機組多布置于地勢較高地帶，該區地表多見基巖出露，或地表分布淺層覆蓋層，場平及基坑開挖后，基礎多位于巖石地基上，承載力及抗變形能力強，多采用天然擴展基礎。

（4）機位處地下水位深

山區風電機組因多布置于地勢較高處，與周邊低矮處相對高差大，風電機組機位處地下水位深，地下水對風電機組基礎無影響。

勘察技術標準在貴州山區風電項目中的應用分析

目前，我國風電勘察技術規范總體不夠成熟，面對不同地區的風電項目，勘察手段及方法針對性不強。貴州山區風電勘察，主要依據《陸地與海上風電場工程地質勘察規范》（NB/ T 31030-2012），參考《巖土工程勘察規范》[GB 50021-2001（2009年版）]及貴州省地方規范《貴州省建筑巖土工程技術規范》（DBJ52/ T046-2018），三個規范對于貴州風電項目勘察同樣存在針對性不強的問題。

（1）勘探孔數布置

根據《陸地與海上風電場工程地質勘察規范》（NB/T 31030-2012），一臺風電機組至少布置1個主孔，地質條件復雜時，需布置輔孔或坑探。結合貴州山區風電項目特征，風電機組機位地勢較高，交通不方便，勘探施工用水困難，鉆探難度大，成本高；機組多位于碳酸鹽巖地層區，巖性變化不大，層面相對穩定，地層巖體結構特征大體相同，應重點關注碳酸鹽巖巖溶發育情況。筆者認為，處于同一地層內的風電機組，考慮到勘探難度、成本及預期達到的勘察效果，可適當減少鉆孔數量，達到查明地層巖性特征即可；加強地表測繪和物探測試，重點查明巖溶發育情況；針對物探異常區，補充鉆孔驗證。

（2）勘探孔深設置

根據三個規范要求，孔深原則分別為“在基巖和淺層巖溶發育地區，基礎底面下土層厚度小于地基變形計算深度時，一般性鉆孔應鉆至較完整～完整基巖面，控制性鉆孔應深入較完整～完整基巖面3～5m”，“對巖質地基，應根據地質構造、巖體特性、風化情況等，結合建筑物對地基要求，按地方標準或當地經驗確定”，“控制性鉆孔深度可根據探測目的確定，最大深度以查明溶洞空間分布為目的；一般性鉆孔用以查明地基建筑條件，孔深宜進入持力層3～5倍基礎短邊寬度且不小于5m”。

貴州山區風電基礎多為天然擴展基礎，基礎尺寸較大。基礎設計時，為保證基坑開挖和風電機組吊裝工作面，通常會削除部分山頂，此時基底大部分已進入山體一定深度，基礎已置于巖基之上。筆者認為，貴州地區以灰巖、白云巖為地基持力層時，其強度和剛度能滿足承載力和變形要求，因此，當風電機組基礎置于上述地層時，對于一般性鉆孔孔深設置，按規范要求，進入地基持力層3～5倍基礎短邊寬度（風電機組基礎多為直徑約19～20m圓形基礎），深度過大，孔深進入基底下3～5m即可；對于控制性鉆孔孔深設置，可結合物探測試成果，當異常區位于基礎受力及變形范圍內時，孔深達到異常區下3～5m即可。

（3）室內試驗

結合貴州山區風電項目特點，筆者認為，巖石室內試驗可參考貴州省地方標準，保證每個巖性層或巖體單元參加統計的數量不少于6件，試驗內容以查明巖體物理力學性質為主。

貴州山區風電項目，機位處地下水位深，地表基巖多裸露或有少量淺層覆蓋層覆蓋，當基坑開挖后，基底及基礎四周均為基巖，不涉及水土腐蝕問題。

（4）物探應用

貴州山區風電機組多布置于山體頂部，或山脊頂部，與周邊高差大，且交通條件較差或一般，機位周邊地下水深，當以鉆探為主要勘探手段時，搬運及施工難度大、成本高。結合貴州山區風電場風電機組多布置于灰巖、白云巖地層的特點，筆者認為，在合理控制項目成本前提下，為達到理想的勘探效果，在地質測繪基礎上，可采取物探為主、鉆探為輔的方式，通過物探手段查明機位處是否存在異常區，通過鉆孔查明地層巖性特征及驗證異常區。

物探實施時，可參考《電力工程物探技術規程》（DL/T 5159-2012）6.3.1和6.3.2條，“巖溶和土洞的探測方法可采用直流電法、電磁波法、彈性波法、井中探測法等。地表沒有覆蓋層時，巖溶探測宜選擇地質雷達法、瞬變電磁法；覆蓋層厚度較小時，巖溶和土洞探測可選擇高密度電法、地質雷達法、瑞雷波法、電測深法、電剖面法、淺層反射波法、淺層折射波法、瞬變電磁法等”。

案例分析

貴州桐梓某風電場共布置24臺單機容量為2000kW的風力發電機組，總裝機容量48MW。場區大部分地區海拔高程在1300～1900m之間，地勢開闊，地形起伏較大，場區西面、南面及東北面邊緣均為陡崖，總體屬侵蝕、溶蝕中山地貌。

場區24臺風電機組均位于山頂或山脊頂部，自然邊坡一般較陡，無公路及泥結石路直通機位處，交通條件差，山頂及斜坡地帶基巖出露多，沖溝強烈發育，覆蓋層零星分布。機位處巖層單一，巖性簡單，基巖均為三疊系下統茅草鋪組第一段（T1m1）淺灰至深灰色薄至中厚層微～細粒灰巖，巖溶較發育。風電機組所在山體地下水埋藏深，大于風電機組基礎埋深，地下水對風電機組基礎無影響。風電機組機位處地層6～9m范圍內巖溶較發育，溶溝、溶槽發育，巖體完整性較差。風電機組基礎均采用天然地基擴展基礎，均以完整性相對較好的中風化巖體為地基持力層。

該風電場屬典型的貴州山區風電場，招標設計階段勘察時，結合風電場屬灰巖巖溶區特點，考慮到風電機組處道路交通條件差、鉆探施工用水困難等因素，勘察以物探、地質測繪為主，輔以鉆孔、試驗，主要勘察方法及結果如表1所示。

按此方法，在控制勘察成本的基礎上，查明了風電機組地質情況及巖體物理力學性質，為設計提供了地質依據。根據后期施工開挖揭露，地質條件基本與勘察一致，僅局部物探線及鉆孔未涉及區，開挖時揭露了少量溶蝕地質缺陷，勘察效果整體滿足要求。

結語

我國風電場地質條件千差萬別，有必要針對不同的風電場設計不同的勘察方案。本文針對貴州山區風電項目，結合筆者工作經驗，闡明了該地區項目特征，并結合特征對標現有規范文件，分析了風電機組機位勘探過程中發現的問題，提出了相應的勘察策略：在地質測繪前提下，以物探為主、鉆探為輔，配合室內試驗。文中所提問題及策略，可供貴州山區風電勘察技術人員參考。

（作者單位：中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司）