吉林省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院 ■ 陳康東 李曉梅

0 引言

近年來(lái)，全球變暖、資源緊缺與環(huán)境破壞三大問(wèn)題日漸突出，逐漸成為全球各國(guó)必須面對(duì)的焦點(diǎn)問(wèn)題，新能源的開發(fā)與利用迫在眉睫。風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源的充分利用早在19世紀(jì)中后期就被提出，然而由于技術(shù)、經(jīng)費(fèi)等各方面的限制，發(fā)展一直較為緩慢。而隨著電力技術(shù)的發(fā)展，利用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電技術(shù)日益走向成熟，風(fēng)力發(fā)電已成為我國(guó)供電網(wǎng)中不可分割的一部分[1]。

山區(qū)與沿海地區(qū)是我國(guó)風(fēng)能較為豐富的地區(qū)，也是我國(guó)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備建設(shè)較為集中的地方。我國(guó)山區(qū)分布廣闊，山區(qū)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究也一直是風(fēng)能發(fā)展的熱點(diǎn)。然而，由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備體型較為龐大、質(zhì)量較高，如何在有限的道路建設(shè)經(jīng)費(fèi)范圍內(nèi)設(shè)計(jì)合理的道路結(jié)構(gòu)以保證風(fēng)機(jī)大型部件的順利運(yùn)輸，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)具有重要意義[2]。因此，本文以山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)路基、路面等道路結(jié)構(gòu)的合理建設(shè)進(jìn)行了分析與探討。

1 工程概況

吉林龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司東豐一期(49.5 MW)風(fēng)電工程位于吉林省遼源市東豐縣沙河鎮(zhèn)北側(cè)，距離縣城40 km，距離沙河鎮(zhèn)2 km。場(chǎng)址內(nèi)地表地貌以林地為主，場(chǎng)址地形起伏較大，高差較為懸殊，在地貌上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址屬于低山丘陵地貌單元。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址內(nèi)地層依次為腐殖土、全風(fēng)化花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。風(fēng)機(jī)點(diǎn)高程范圍為416.0～595.8 m，高差179.8 m。風(fēng)電場(chǎng)地處吉林省南部山區(qū)，公路自然區(qū)劃分區(qū)屬于II2區(qū)[3]，位于歐亞大陸東部的中緯度地帶，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，由于環(huán)流形勢(shì)的演變，冷暖氣團(tuán)交替控制，四季氣候變化明顯。各季氣候特征是：春季干旱，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季溫暖晴朗，冬季?yán)寒而漫長(zhǎng)，晝夜溫差較大。地下水一般分布在坡底內(nèi)，主要為第四系孔隙型潛水，地下水穩(wěn)定水位埋深3.0～8.0 m，地下水位年變化幅度1.00～1.50 m，主要賦存于石層中，水量較豐富。常規(guī)氣象特征值如表1所示。

表1 常規(guī)氣象特征值表

設(shè)計(jì)道路全長(zhǎng)14.650 km,按照廠礦四級(jí)道路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速20 km/h，設(shè)計(jì)路基寬度5 m，路面寬度5 m(含路肩)。風(fēng)電場(chǎng)道路由于受風(fēng)機(jī)大型部件運(yùn)輸和建設(shè)經(jīng)費(fèi)限制，其設(shè)計(jì)具有特殊性。經(jīng)前期研究分析得到，山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路路拱橫坡為1%；最小圓曲線半徑為50 m，加寬值為2.56 m；最大縱坡應(yīng)控制在14%以內(nèi)，且坡長(zhǎng)不宜大于200 m；豎曲線半徑不應(yīng)小于500 m，以防拖車托底。本文在前期對(duì)風(fēng)電場(chǎng)道路路線研究的基礎(chǔ)上，探討山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。

2 路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

路基作為路面的基礎(chǔ)，對(duì)山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路的路用性能有重要影響。由于經(jīng)費(fèi)與道路等級(jí)限制，山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路路面設(shè)計(jì)部分與高等級(jí)公路區(qū)別較大。在實(shí)際工程中，路面部分一般采用山皮碎石或泥結(jié)碎石進(jìn)行壓實(shí)鋪筑。而風(fēng)機(jī)大型部件，如機(jī)艙部分，其重量較大，因此，必須對(duì)風(fēng)電場(chǎng)道路路基部分進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對(duì)其壓實(shí)度進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而保證風(fēng)機(jī)大型部件的順利運(yùn)輸。

2.1 路堤設(shè)計(jì)

路堤是在原有地形基礎(chǔ)上進(jìn)行填筑，以滿足道路線形要求的路基類型。路堤設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足路基承載能力的前提下，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，盡量降低路堤填筑高度。高路堤在施工中土石方量較大，占地較多，施工困難且邊坡穩(wěn)定性較差，因此在路堤設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免高路堤的填筑[4]。

表2 規(guī)范路堤邊坡坡度表

路堤邊坡直接影響路堤穩(wěn)定性，規(guī)范要求的路堤邊坡坡度如表2所示。在路堤邊坡坡度確定時(shí)，由于受風(fēng)電場(chǎng)道路占地與建設(shè)經(jīng)費(fèi)限制，本文在驗(yàn)算路堤整體穩(wěn)定性的前提下，根據(jù)填筑土質(zhì)、巖石性質(zhì)以及水文地質(zhì)條件，確定路堤邊坡坡度采用1∶1。邊坡防護(hù)采用植物防護(hù)手段，盡量恢復(fù)原有植被生長(zhǎng)，以減少對(duì)周圍環(huán)境的破壞。樁號(hào)為K0+660路堤橫斷面設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.2 路塹設(shè)計(jì)

路塹是在原有地形基礎(chǔ)上進(jìn)行開挖，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先考慮地質(zhì)、地貌構(gòu)造的整體穩(wěn)定性。影響路塹邊坡穩(wěn)定性的因素較多，包括路塹深度、邊坡巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及風(fēng)化程度等。本文綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)道路的運(yùn)輸特性、建設(shè)經(jīng)費(fèi)以及地質(zhì)條件的影響，確定路塹邊坡坡度為1∶0.5。樁號(hào)為K0+640路塹橫斷面設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖1 路堤典型設(shè)計(jì)圖

圖2 路塹典型設(shè)計(jì)圖

2.3 半填半挖路基設(shè)計(jì)

半填半挖路基類型是路堤與路塹的結(jié)合，位于山皮上的路基，通常將路基中心標(biāo)高設(shè)置為原地面標(biāo)高，從而減少土石方量。在填方部分，填筑時(shí)可在原地面開挖臺(tái)階，以保證填方部分的穩(wěn)定性。邊坡坡度與路堤路塹邊坡設(shè)置相同，填方部分設(shè)置為1∶1，挖方部分設(shè)置為1∶0.5。施工完成后，應(yīng)對(duì)道路兩側(cè)邊坡做好植物防護(hù)工作，從而在保證邊坡穩(wěn)定性的同時(shí)，恢復(fù)原有植被。樁號(hào)為K0+880半填半挖路基橫斷面如圖3所示。

圖3 半填半挖路基典型設(shè)計(jì)圖

2.4 壓實(shí)度及填料要求

就路塹而言，主要依靠挖方后的地面當(dāng)作路基，然后在其上鋪筑路面。因此有必要對(duì)挖方后的路基承載能力進(jìn)行檢測(cè)，使其達(dá)到運(yùn)輸要求。在實(shí)際工程中，通常通過(guò)壓實(shí)度來(lái)控制路塹段路基的承載能力。而對(duì)于路堤，其填筑材料主要是開挖過(guò)程中得到的材料，以及在開挖量不足時(shí)就近采用的借方土石材料。在路堤填筑前，應(yīng)對(duì)填筑材料的強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)分析，以保證路基擁有足夠的承載能力。山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路一般利用CBR值控制路堤填料。具體壓實(shí)度要求及填料強(qiáng)度要求見表3。對(duì)于半填半挖以及零填挖路基，其壓實(shí)與填料要求同路堤與路塹。

表3 路基壓實(shí)度及填料CBR要求表

3 山皮石路面結(jié)構(gòu)分析

山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路等級(jí)較低，路面鋪設(shè)主要考慮的因素包括：風(fēng)機(jī)大型部件的運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)投資狀況、當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)水文條件等。對(duì)大型部件運(yùn)輸?shù)缆范?，其路面結(jié)構(gòu)一般為半剛性基層與水泥混凝土面層的搭配。然而，這種路面結(jié)構(gòu)形式利用在山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路中，雖然路用性能可較好地滿足風(fēng)機(jī)部件的運(yùn)輸，但其造價(jià)較高，遠(yuǎn)超過(guò)山區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目的道路建設(shè)投資，從而將半剛性基層、水泥混凝土面層直接套用進(jìn)山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路建設(shè)，在可行性上難以得到滿足。

本項(xiàng)目地處山區(qū)，山皮石資源豐富，但開采的山皮石粒徑普遍較大，不適宜做路面鋪筑材料。為充分利用山皮石材料對(duì)路面進(jìn)行鋪筑，并控制其粒徑在10 cm以內(nèi)，對(duì)項(xiàng)目分析研究，決定利用現(xiàn)場(chǎng)破碎設(shè)備對(duì)開采的山皮石進(jìn)行破碎，并嚴(yán)格控制山皮碎石路面材料級(jí)配，從而用于路面鋪筑。最終經(jīng)級(jí)配優(yōu)化，以剪切強(qiáng)度為控制指標(biāo)，得到的山皮碎石路面材料級(jí)配見表4。

表4 山皮碎石路面材料

最終設(shè)計(jì)得到山皮石路面厚度為30 cm，分層回填，每層厚度不大于15 cm開挖路槽，遇強(qiáng)風(fēng)化花崗巖或碎石地質(zhì)條件時(shí)，允許就地碾壓，但應(yīng)滿足道路實(shí)測(cè)項(xiàng)目要求。山皮石路面質(zhì)量檢測(cè)要求見表5。

表5 山皮石路面質(zhì)量檢驗(yàn)要求

4 結(jié)語(yǔ)

本文在依托實(shí)際工程的基礎(chǔ)上，對(duì)山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一系列分析。對(duì)工程實(shí)際概況進(jìn)行了描述，對(duì)其地質(zhì)、水文、氣候等條件進(jìn)行了勘察分析；在前期對(duì)風(fēng)電場(chǎng)路線設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路路基與路面設(shè)計(jì)的特殊性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：路基、路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須以風(fēng)機(jī)大型部件的順利運(yùn)輸為標(biāo)準(zhǔn)，并充分考慮經(jīng)費(fèi)、地質(zhì)條件等進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)；路基設(shè)計(jì)應(yīng)注意滿足壓實(shí)度與材料強(qiáng)度的要求，并充分考慮對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)；經(jīng)破碎后并滿足一定級(jí)配要求的山皮石可用于山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)道路路面的鋪筑。研究成果對(duì)于我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)道路結(jié)構(gòu)的多樣性與合理性發(fā)展具有積極意義。

[1]洪祖蘭, 張?jiān)平?山區(qū)風(fēng)資源特點(diǎn)和對(duì)風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)的建議[J]. 云南水利發(fā)電, 2008, 3:4 9, 21.

[2]丁曉峰. 風(fēng)電項(xiàng)目決策影響因素及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析[D]. 北京:華北電力大學(xué), 2012.

[3]鄧學(xué)鈞. 路基路面工程[M]. 北京: 人民交通出版社, 2009.

[4]柴賀軍, 張麗娟. 山區(qū)典型路基穩(wěn)定性分析與處治效果評(píng)價(jià)[J]. 公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版), 2008, 6: 101－103.