獅子坪水電站壩基砂層液化判別分析

黎昌有，鄧衛(wèi)東，馮建明

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072)

1 概述

獅子坪水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣境內(nèi)岷江右岸一級支流雜谷腦河上，為雜谷腦河梯級水電開發(fā)的龍頭水庫電站，電站主要由攔河大壩、放空洞(導(dǎo)流洞)、泄洪洞、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道及地下廠房等建筑物組成。正常蓄水位高程2 540 m，最大壩高136 m，總庫容1.327 億 m3，引水隧洞長 18 707.923 m，設(shè)計水頭390 m，引用流量61.4 m3/s，裝機(jī)容量195 MW。

攔河大壩采用礫石土心墻堆石壩，壩頂高程為2 544 m，壩頂寬12 m，壩頂總長310.14 m。河床部位心墻底部座落在覆蓋層上，壩基覆蓋層防滲采用混凝土防滲墻全封閉方案，防滲墻底嵌入基巖，墻頂與心墻底部齊平，墻頂設(shè)觀測、檢修、灌漿廊道并與兩岸帷幕灌漿平洞相連。

2 壩基工程地質(zhì)條件

工程區(qū)位于北西向鮮水河斷裂帶和北東向龍門山斷裂帶所圍限的川青斷塊的小金～較場弧形構(gòu)造帶之西翼近頂端的次級構(gòu)造族郎帚狀構(gòu)造帶上，在大地構(gòu)造部位隸屬于松潘～甘孜地槽褶皺帶范疇，西側(cè)毗連巴顏喀拉冒地槽褶皺帶，東鄰揚(yáng)子地臺西緣龍門山～大巴山臺緣拗陷帶，工程場地地震基本烈度為Ⅶ度。

壩址區(qū)位于高山峽谷，河谷兩岸山體雄厚，區(qū)內(nèi)河道順直，谷坡地形較完整，河流由西向東流經(jīng)壩區(qū)?？菟诤铀桓叱虨? 412 m(壩軸線)，河面寬19～22 m，谷底寬69～90 m，正常蓄水位高程2 540 m處谷寬285～305 m。河谷橫斷面為較對稱的“V”型峽谷，巖層與岸坡近于正交，為橫向谷。兩岸谷坡陡峻，高程2 480 m以下平均坡度為35°～40°，高程2 480 m以上平均坡度為45°～50°，臨河坡高300 m以上。

壩址區(qū)出露基巖為三疊系上統(tǒng)侏倭組(T3zh)和新都橋組(T3x)的淺變質(zhì)巖，巖石致密堅硬，巖體風(fēng)化微弱。

壩址區(qū)第四系不同成因堆積物主要分布于河床和兩岸谷坡坡腳地帶?？碧浇沂?河床覆蓋層厚度為90～101.5 m。根據(jù)成因、物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征，由老到新可分為五層:

①含砂漂(塊)卵礫石層(Q3gl+fgl):系冰川冰水混合堆積，分布于河床底部，下伏為基巖，厚度一般為14～18 m，最厚處為25.25 m，頂板埋深73～96 m，頂板高程為2 321～2 344.5 m。漂卵石成分以變質(zhì)砂巖、板巖為主，偶見花崗巖，漂石粒徑一般為20～30 cm，卵礫石粒徑一般為2～7 cm，充填灰黃或灰色粉砂、粉質(zhì)土。該層局部架空。

②粉質(zhì)壤土與粉細(xì)砂互層(Q3l):湖相沉積，分布于河床下部，除橫Ⅱ勘探線附近缺失外，幾乎鋪滿了整個河床。橫Ⅱ線上游厚度一般為7.81～8.50 m，下游一般為10～12 m，頂板埋深66～72 m，頂板高程2 337～2 350 m，結(jié)構(gòu)較緊密。

③－1含砂漂(塊)卵礫石層(Q4al):沖積堆積，分布于河床中下部，下伏為②層，厚39～58 m，頂板埋深7～28 m，頂板高程2 383～2 406 m。漂卵石成分為變質(zhì)砂巖、板巖，漂石粒徑一般為20～40 cm，卵礫石粒徑一般為5～10 cm，充填灰黃或灰色粉砂、粉質(zhì)土，結(jié)構(gòu)較密實(shí)。該層分布6個砂層透鏡體，粗、中、細(xì)砂均有，透鏡體厚1.16～4.25 m，頂板埋深23.35 ～43 m。

③－2塊碎礫石土層(Q4col+dl+al):早期崩坡積與河流沖積的混合堆積，主要沿雜谷腦河兩岸分布，厚度變化大，與③－1層同一時期形成，交互沉積。據(jù)鉆孔揭示，橫Ⅰ勘探線左、右兩岸厚度分別為27.96 m、44.62 m，頂 板 埋 深 分 別 為20.14、22.60 m，頂 板 高 程 分 別 為 2 429.51、2 408.8 m;橫Ⅱ勘探線右岸總厚度為36.66 m，頂板埋深8 m，頂部高程2 406.04 m，左岸缺失該層。碎礫石成分為板巖、砂巖，塊石成分為砂巖，塊石粒徑為20～30 cm、碎石粒徑為3～8 cm，礫石粒徑為0.5～1 cm，細(xì)粒以粉質(zhì)土為主，含量約20%～40%。該層結(jié)構(gòu)分布不均一，有局部粗顆粒集中、局部細(xì)顆粒集中現(xiàn)象。

④層(Q4al):該層分布于河床上部，幾乎鋪滿河谷，根據(jù)其性狀的差異分為三個亞層。

④－1層:含碎礫石砂層、粉質(zhì)壤土層，分布于④層下部，下伏為③－1層、③－2層，除橫Ⅴ線附近、下游圍堰下游及局部地段缺失外，河床均有分布。該層厚1.80 ～4.74 m，底板埋深12.39 ～32.28 m，底 板 高 程 為 2 384.60 ～2 402.41 m，結(jié)構(gòu)較松散。

④－2層:含漂砂卵礫石層，分布于④層中部，除橫Ⅴ線附近及下游圍堰附近缺失外，河床均有分布，層厚0 ～11.81 m，底板埋深7.45 ～27.55 m，底板高程為2 386.9 ～2 397.2 m，結(jié)構(gòu)松散。

④－3層:含碎礫石砂層、粉質(zhì)壤土層，分布于④層上部。除橫Ⅳ線上、下游各90 m范圍內(nèi)及局部地段缺失外，河床均有分布。該層厚2.13～11.95 m，底板埋深5.91 ～22.70 m，底板高 程 為2 392.82 ～2 406.50 m，結(jié)構(gòu)松散。

⑤含漂卵礫石層(Q4al):現(xiàn)代河床沖積堆積，分布于河床頂部，厚度一般為3～7 m，在橫Ⅱ線最厚11 m，頂板高程為2 405～2 416.36 m。漂卵礫石成分主要為變質(zhì)砂巖，偶見板巖，小礫石粒徑0.5～1 cm，卵礫石粒徑一般為3～7 cm，漂石粒徑為20～40 cm，充填物為中細(xì)砂，結(jié)構(gòu)松散。

谷坡坡腳廣泛分布崩坡積(Q4dl+col)的塊碎石土，該層顆粒大小懸殊，分布不均勻、局部細(xì)顆粒相對集中，具架空結(jié)構(gòu)，厚度變化大，一般介于5～30 m，結(jié)構(gòu)松散。

3 壩基砂層分布及地震液化判別

壩基覆蓋層中存在第②層粉質(zhì)壤土與粉細(xì)砂互層、第④－1和④－3層含碎礫石砂層以及第③－1層中隨機(jī)分布的砂層透鏡體。按照現(xiàn)行規(guī)范技術(shù)要求，依據(jù)砂層的顆粒組成、沉積年代、標(biāo)貫擊數(shù)等標(biāo)準(zhǔn)，分別對以上各層進(jìn)行了砂(土)層液化判別。

3.1 砂層液化初判

②層粉質(zhì)壤土與粉細(xì)砂互層厚度一般為7.81～8.50 m，埋深 66 ～72 m，為晚更新世堰塞形成的湖相沉積層。按照現(xiàn)行規(guī)范，地層年代為第四紀(jì)晚更新世Q3或以前可判為不液化的原則，該層屬不液化砂土層。

③－1層砂層透鏡體厚約4 m，埋深達(dá)41～44 m，分布隨機(jī)，粒徑小于5 mm含量為95.41%，粘粒平均含量達(dá)18.21%，而規(guī)程規(guī)范要求的地震設(shè)防烈度八度標(biāo)準(zhǔn)值為18%，故可將其判為不液化砂層。

④－1和④－3層含碎礫石砂層、粉質(zhì)壤土層，d＜5 mm 含量為 41.30% ～99.50%，平均值為77.1%，粘粒平均含量為2.85%，對應(yīng)于地震設(shè)防烈度八度，初判有液化的可能性。地震液化動三軸試驗成果表明:振次為10周、20周時現(xiàn)場應(yīng)力比均大于最大地面加速度0.1 g時設(shè)計地震引起的應(yīng)力比，表明在七度地震時不發(fā)生液化，但在八度地震時可能發(fā)生液化現(xiàn)象。

3.2 砂層液化復(fù)判

復(fù)判采用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊法、相對含水量和液性指數(shù)法。

標(biāo)貫試驗復(fù)判成果表明:在地震烈度為八度時，5組試驗中的4組屬液化范疇，1組屬不液化;在地震烈度為七度時，5組試驗中的1組屬液化臨界值，4組屬不液化。

相對含水量及液性指數(shù)(鉆孔取樣)試驗復(fù)判成果表明:4組試驗中的3組屬可能液化范疇，1組屬不液化。

復(fù)判試驗結(jié)果表明:④－1和④－3層在地震烈度為八度時有液化的可能性。

4 結(jié)語

獅子坪水電站河谷覆蓋層深厚，結(jié)構(gòu)層次復(fù)雜，壩基中存在第②層粉質(zhì)壤土與粉細(xì)砂互層、第④－1和④－3層含碎礫石砂層以及第③－1層中隨機(jī)分布的砂層透鏡體。筆者采取多種方法對砂層的液化情況進(jìn)行初判和復(fù)判，為壩基下砂層是否進(jìn)行加固處理提供地質(zhì)建議依據(jù)。