郭 允，刘超杨

（1.国家能源集团海西光伏发电有限公司，青海 海西蒙古族藏族自治州 817000；2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081）

中国大西北地区戈壁滩地广人稀，自然环境恶劣，环境承载力差，生物多样性贫乏，但蕴藏有巨量的可利用资源，“风能”是最为典型的资源之一[1]。在国家大力推广新能源、新型电力系统大背景下，2030年前实现风能、太阳能总装机达到12亿kW以上目标，戈壁风电建设是其中最重要的环节之一[2]。目前对戈壁资源的开发还处于初级阶段，相应的工程建设经验不足。本文以青海省大柴旦某风电建设场地为例，对戈壁场地工程特性及工程建设适宜性进行评价研究。

1 戈壁基本地质及风机常用基础形式

1.1 戈壁基本地质

柴达木盆地位于青海省中西部，为昆仑山、祁连山、阿尔金山环绕的内陆高原盆地，呈不规则棱形，海拔2 675～3 350 m，面积约25万km2。受到地质构造的控制，盆地地势整体西北向东南倾斜。同时从山地向盆地中心具有明显的带状分布，表现为隆起的剥蚀山地、山前洪积平原、湖积平原以及一些过渡地带。

晚全新世以来，湖泊和河流的侵蚀、风化以及风力作用持续地改造柴达木盆地内部地貌，形成包括雅丹、丹霞、风蚀劣地、固定沙丘、流动沙丘、半固定沙丘、盐碱地和砾、砂戈壁等地貌[3]。

研究区戈壁分布范围广，面积约为4.6万km2，为盆地内最为典型的地貌类型之一。盆地内戈壁大部分是洪积成因的，少量是冲-洪积，为常年流水河流及季节性河流携带大量砾、砂堆积形成洪积平原，自砂源向远处颗粒逐渐变细，磨圆渐好。盆地所处荒漠气候区，降雨量远小于蒸发量，近地表多形成盐碱地。区内含盐化学成分不同，形成的盐渍土具有腐蚀性、溶陷性，部分区域土具有盐胀特征。

1.2 风资源特征

柴达木盆地是青海省风能储量最大的几个地区之一，盆地平均风功率在25～75 W/m2之间，风能可用时间在3 000～5 000 h[4]。盆地地势西北高、东南低，南北向均为高山，西北向为盆地内优势风向，年8级以上大风可达25～75 d，风力资源十分丰富[5]。

1.3 风电基础选择

风机常用的基础结构形式有扩展基础、梁板基础、岩石预应力锚杆基础、桩基础及预应力筒型基础，NB/T 10311—2019《陆上风电场工程风电机组基础设计规范》[6]中给出了不同工程场址地质条件下适用的基础选型。戈壁滩涂一般为砾砂、粗至粉砂地层，其特点为土层厚度大、结构密实，扩展基础最为典型。

2 研究区基本地质条件

本次研究选点为柴达木盆地东北部大柴旦地区，研究区范围约（10×10）km2，为一典型戈壁场地。场地地势向南单斜，为柴达木盆地北缘盆内山前洪积沙坪[7]，整体属剥蚀-洪积倾斜平原戈壁地貌[8]，如图1所示。场地分布第四系上更新统（Q3）砂层及全新统（Q4）砂层，Q3地层主要由北侧绿梁山山洪携带剥蚀冲蚀砂层沉积形成，Q4则为后期山洪剥蚀绿梁山及Q3沉积地层推向更远沉积而成，典型剖面如图2所示。

图1 研究区地理位置及地貌

图2 研究区北—南向典型地质剖面

勘探及调查表明，研究区地下水位在300 m以上，且随着深度变化，水体含盐量逐渐降低，浅层多为卤水，揭穿稳定隔水层后，深层可获取洁净稳定地下水。

2.1 土层特性

研究区土层为上更新统至全新统洪积砂层，土层厚度大。室内颗粒分析试验结果显示，砂层以砾砂、粗砂、细砂、粉砂4种砂质组成。研究区不同深度范围20件土样室内颗粒分析，统计各个粒径区间的砂体质量，绘制的颗粒级配曲线如图3所示。

图3 颗粒级配曲线

在不同土层深度取样15件做室内含盐量分析，依据土层含盐量标准（＞0.3%）判定场地土为非盐渍土—中盐渍土，整体含盐量深度关系表现为随深度增加含盐量呈对数减弱趋势。场地土含盐类型为亚氯盐，含盐量深度关系如图4所示。

图4 含盐量深度关系图

2.2 现场试验

地质勘察过程中粗粒土获取原状原土样进行室内试验是十分困难的，圆锥形动力触探试验（DPT）及标准贯入（SPT）试验等现场贯入性原位试验是十分有效的室内物理力学试验替代方法。贯入性原位试验能够获得不同深度土层贯入特性，从而对土体进行分层，评价土体物理力学性状，推导力学指标（强度、承载力）等，为工程建设提供必要的设计、评价指标。

本次研究过程中在研究场地网格状布置试验点，对场地土进行动力触探及标准贯入试验。

2.2.1 动力触探试验

分别对粗砂层、细砂层进行圆锥形动力触探试验，并绘制成果直方图，如图5所示。结果显示，粗砂（砾砂）层动探击数在40～83之间，均值为55.8，众数为55。细沙层动探击数在33～55之间，均值42.6，众数为41。两类砂层数据较离散，总体趋势为粗砂（砾砂）大于细砂。

图5 动探击数N63.5频率直方图

2.2.2 标准贯入试验

试验过程中粗砂进行标准贯入试验，结果击数非常大，且多数情况下出现反弹，在现场试验条件基础上，整理了完成的3段粗砂标贯试验及26段细砂标准贯入试验，数据成果绘制成直方图，如图6所示。

图6 标准贯入击数频率直方图

成果显示粗砂标准贯入击数均在60击以上，均值130。细砂26段标准贯入试验，击数14～250，均值70，其中小于30的有两段。

3 力学参数推定

3.1 密实度判断

动力触探试验结果显示，粗砂层N63.5值为40～83，依据规范JGJ 340—2015[9]相关标准，该层土为密实土。细沙层动力触探结果N63.5在33～55之间，也为密实土。标准贯入试验结果显示，除局部细沙层为稍密—中密外，其余均为密实。试验结果分析推定，研究区戈壁场地洪积粗粒土主要为密实状态，局部浅表层含稍密—中密土体。

3.2 力学参数推定

结合现有国内外工程技术标准，依据经验公式及关系对研究区土层物理力学性质进行推定。

依据工程地质手册[10]重型动力触探击数推算土层变形模量相关公式：

参考工程地质手册[10]关于内摩擦角及JGJ 340—2015规范[9]、TB 10018—2018规程[11]关于地基承载力相关经验关系。推定土层参数值如表1所示。

表1 戈壁粗粒洪积土推定物理力学参数

表1 （续）

4 场地工程地质评价

4.1 区域构造稳定性

研究区属柴达木盆地东北缘冲积平原，平原区第四系与基岩直接接触，也基本属于第四纪的断陷谷地，而第四纪以来山区呈间歇性大幅度上升，新构造运动主要表现形式为盆地周边山地隆起，盆地自身下陷，区域上新构造运动较活跃。

建设场址属Ⅱ类场地，所处地震区地震动峰值加速度0.10g，相应地震烈度VII度，基本地震动反应谱特征周期0.40 s。场址50 km范围内无发震断裂分布，按照NB/T 35098—2017规范[12]综合判断工程区区域构造稳定性较好。

4.2 场地稳定性及地基均匀性

戈壁场地地势开阔、地形平缓，周边无引起场地失稳的边界地质条件，无崩塌滑坡、地面塌陷，场地稳定性好。

场地地基土为中密—密实砾砂、粗砂层及稍密—中密细砂（粉砂）层和密实细砂粉砂层，土层厚度大，物质成分相对均匀。

土层密实度依据动力触探试验虽然有一定差异，但整体为密实状态，局部浅层含稍密—中密土体，整体而言地基均匀性好。

4.3 地基土地质综合评价

研究场地内主要土层为洪积砂层，为中密—密实砾砂、粗砂层及稍密—中密细砂（粉砂）层和密实细砂粉砂层，成份以长石、石英为主，土体均一性好。

土层含盐量较高，且从表层至下逐渐减弱，为中盐渍土—非盐渍土，土层具有弱—强腐蚀性及溶陷性，工程建设过程需进行防腐及地基处理。

土体结构密实，均匀性好，物理力学性质较好，适宜选做风机塔基基础。同时在基础选型过程中，结合经济性、施工便捷性等因素，适宜采用扩展基础。

4.4 建设适宜性评价

研究场地区域构造稳定性较好，属于抗震一般地段。拟建场地地形平坦，地貌简单，场地整体稳定。岩土分布相对均匀，工程性质好。综合评价场地适宜风电工程建设。

5 结语

柴达木盆地戈壁分布广，蕴藏有巨量风能资源，在国家“碳达峰、碳中和”大目标背景下，戈壁风电资源开发具有十分重大的意义。戈壁土多为洪积土层，土体粒径粗，天然密实度大，含盐量高，物理力学性质良好，但也具有腐蚀性及溶陷性等工程不利特性。

典型案例区属柴达木盆地东北缘典型冲积平原，场地区域构造、场地地基稳定性好，地基土土质均匀，地基承载力高，建设适宜性好。

研究区研究场地内主要土层为洪积砂层，土层含盐量从表层至下为中盐渍土—非盐渍土，土层具有中—强腐蚀性及溶陷性，在基础设计时需考虑地基土腐蚀性及地基土溶陷性。

总体而言，中国大西北地域广阔，蕴藏的风能、太阳能及其他资源值得我辈能源建设人员深耕开发，同时戈壁地广人稀的自然环境为工程建设避开了多数建设制约条件，非常适宜工程建设。