齊熱哈塔爾水電站廠房地基土工程地質(zhì)條件分析

郭育琳，趙國斌，方海艷，李松磊

（中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津300222）

齊熱哈塔爾水電站廠房地基土工程地質(zhì)條件分析

郭育琳，趙國斌，方海艷，李松磊

（中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津300222）

齊熱哈塔爾水電站位于中國新疆喀什地區(qū)的塔什庫爾干河上。電站廠房地表地形為塔什庫爾干河左岸的洪積扇。廠房基坑開挖深度超過30m，地基土以河床相沖洪積物為主，包括砂礫石和礫砂2種地層。施工期對揭露的地基土土體進行了室內(nèi)試驗，根據(jù)試驗結(jié)果并結(jié)合前期勘察成果分析了地基土的工程地質(zhì)特性，對工程地質(zhì)條件進行了分析評價，結(jié)論認為以砂礫石與礫砂層為主的地基土能夠滿足廠房地基承載力的要求，同時不存在地震液化問題。

齊熱哈塔爾水電站；砂礫石；礫砂；地基承載力；地震液化

1 工程概況

齊熱哈塔爾水電站廠房位于壩址下游約20km處的塔什庫爾干河左岸，主廠房縱軸走向NE45°，長55.50m，安裝間下集水井底開挖面高程2345.00m，機組段底開挖面高程2348.95m，局部開挖面高程2347.60m。

廠房范圍內(nèi)地表地形為洪積扇，基坑開挖揭露的地層上部為坡洪積碎石土，下部以河床相沖洪積地層為主，建基面高程約2348.50m處揭露的地層為砂礫石和礫砂層。結(jié)合前期勘察成果，采用室內(nèi)土工試驗得到的結(jié)果對砂礫石和礫砂的物理性質(zhì)進行了分析，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求分析了地基土體的工程地質(zhì)條件。

2 廠房基坑水文地質(zhì)條件

勘察期認為廠房基坑范圍內(nèi)地下水以第四系松散層孔隙潛水為主，主要賦存于第四系沖積層、洪積層中，地下水水位高程為2355.85～2367.80m。依據(jù)鉆孔注水試驗及滲透變形試驗資料，洪積碎石土滲透系數(shù)為1.0×10-5～8.3×10-4cm∕s，屬于弱透水性；砂礫石滲透系數(shù)為7.0×10-5～1.3×10-3cm∕s，屬于弱-中等透水性。洪積碎石土破壞坡降（iK）最小值為0.11，最大值為0.61，平均值0.21。砂礫石臨界坡降（iK）最小值為0.10，最大值為0.30，平均值0.18。其破壞形式均以管涌為主，壩基沖積層允許水力坡降為0.1～0.2。

施工期揭露廠房基坑開挖范圍內(nèi)地層主要以坡洪積碎石土、沖積砂礫石和礫砂為主，開挖過程中揭露地下水水位在2366.00m左右，且受河水補給明顯。據(jù)對廠房開挖過程中基坑排水量估算，廠房基坑范圍內(nèi)地層滲透系數(shù)為1.0×10-2～1.0×10-1cm∕s，屬強透水地層；另據(jù)地基土檢測試驗成果、廠房地基土檢測成果，沖積砂礫石和礫砂滲透系數(shù)為1.6× 10-2～2.7×10-2cm∕s，為強透水地層。開挖過程中，多處出現(xiàn)滲透破壞。

對比施工期與勘察期廠房基坑范圍內(nèi)的水文地質(zhì)條件，地下水水位變化不大，且滲透破壞形式與前期判斷一致。不同的是滲透系數(shù)明顯增加，這與基坑開挖過程中地下水以集水井明排方式為主使得地層內(nèi)的細顆粒物質(zhì)流失關(guān)系密切。

3 地基土物質(zhì)組成

3.1 地層巖性

廠房地基地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）砂礫石和礫砂地層。按廠房區(qū)建筑物的布置形式，集水井、1#機組和3#機組地基土以砂礫石為主，2#機組地基地層以礫砂為主。廠房地基高程處地層分布，如圖1所示。

3.2 地層物理性質(zhì)

3.2.1 砂礫石

對建基面附近采取的樣品進行顆分試驗，結(jié)果表明砂礫石地層中粒徑大于2.00mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的76.10%，且塊石磨圓度較好，以圓形及亞圓形為主，根據(jù)文獻[1]中表3.3.2，該地層屬于圓礫。另外，顆分成果得到的不均勻系數(shù)Cu=12.47，曲率系數(shù)Cc=1.43，為級配不良地層。

圖1 廠房地基高程處地層分布

砂礫石層疏松密度為1.66g∕cm3，緊密密度為2.04g∕cm3，相對密度為0.63，天然休止角為35.9°。

從試驗成果來看，廠房地基范圍內(nèi)的砂礫石處于密實狀態(tài)，且具低壓縮性；據(jù)其顆粒組成及工程其他部位的砂礫石滲透試驗成果，該層砂礫石呈中等-強透水性。

3.2.2 礫砂

對取自建基面處的礫砂層樣品進行顆分試驗，結(jié)果表明粒徑大于2.00mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的26.00%，粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的98.60%，根據(jù)文獻[1]中表3.3.3，該地層定名為礫砂層。另外，顆分成果得到的不均勻系數(shù)Cu=4.64，曲率系數(shù)Cc=1.43，為級配不良地層。

試驗結(jié)果表明，建基面范圍內(nèi)揭露砂層為級配不良的礫砂，表層為中密狀態(tài)，深部為密實狀態(tài)，且具低壓縮性。滲透試驗結(jié)果表明，礫砂層表層具強透水性，深部礫砂為中等-強透水性。

4 工程地質(zhì)分析

4.1 地基承載力

廠房建基面處地層以砂礫石和礫砂層為主，且處于中密-密實狀態(tài)，均勻分布。通過動力觸探試驗及其密實程度判斷，地基允許承載力在0.35MPa以上，能滿足廠房建筑物的要求。

4.2 地基沉降與不均勻沉降

根據(jù)試驗成果及工程經(jīng)驗，砂礫石壓縮模量為25.00～35.00MPa，礫砂層壓縮模量為20.00～25.00 MPa，均具中等-低壓縮性。

天然狀態(tài)下地基沉降可以滿足廠房建筑的需要，不存在不均勻沉降問題。

4.3 地基滲透穩(wěn)定性

根據(jù)文獻[2]附錄G中G.0.5第1條的方法確定地基滲透破壞形式：

砂礫石中細顆粒含量P介于25.00%～35.00%，滲透破壞形式以管涌型或過渡型為主；礫砂層為不均勻系數(shù)Cu＜5的無黏性土，因此可以確定其滲透破壞形式以流土為主。

4.4 地基抗滑穩(wěn)定性

試驗結(jié)果表明，砂礫石和礫砂層的自然休止角均為36°，滿足廠房建筑的需要。

根據(jù)文獻[2]中附錄E，表E.0.3中混凝土與地基土層之間的摩擦系數(shù)建議值為卵石、礫石：0.50～0.55；砂：0.40～0.50。

4.5 地基地震液化

齊熱哈塔爾水電站工程所在區(qū)域地震烈度為Ⅷ度。因此，必須對地基土的地震液化問題重視，需采用規(guī)范要求的方法對砂礫石和礫砂層進行液化判別。

4.5.1 砂礫石

勘察與檢測結(jié)果表明，砂礫石中粒徑大于5.00mm的顆粒含量的質(zhì)量百分率平均值為72.49%，根據(jù)文獻[2]，在地震基本烈度為Ⅷ度時初判砂礫石地層為不液化土。

在前期勘察中對建基面深度地層進行剪切波測試結(jié)果也表明，地層中實測剪切波速大于相同部位計算臨界值，由此判定砂礫石地層為不液化土。

4.5.2 礫砂層

根據(jù)文獻[2]中附錄P的規(guī)定，對礫砂層的液化判別遵循初判與復(fù)判的原則進行，分述如下：

（1）初判。根據(jù)顆分成果初判，礫砂層粒徑小于5.00mm的顆粒含量的質(zhì)量百分率為95.80%，其中粒徑小于0.005mm的顆粒含量的質(zhì)量百分率小于1.40%，在地震動峰值加速度為0.30g（g為重力加速度，一般取9.80m∕s2，下同）時小于19.00%。因此，礫砂層初判為液化土。

（2）復(fù)判。礫砂層地震液化復(fù)判采用標準貫入錘擊數(shù)法進行。顆分成果表明，礫砂層的黏粒含量ρc＜3.00%，取ρc＝3.00%。

液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值的確定，按照地震動峰值加速度0.30g考慮，近震情況下液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值為N=13。復(fù)判結(jié)果，見表1。

表1 根據(jù)標貫擊數(shù)液化判別

由表1可以斷定，礫砂層為不液化土。

5 結(jié)論與建議

通過上述分析，可以得出如下結(jié)論：①天然狀態(tài)下的砂礫石層和礫砂層均能滿足地基承載力的要求；②礫砂層與砂礫石地基均具中等-低壓縮性，天然狀態(tài)下不存在不均勻沉降問題；③地基土體中礫砂層滲透破壞以流土為主，而砂礫石滲透破壞以管涌型或過渡型為主；④地基土體不存在地震液化問題。

[1]GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2]GB50487-2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

TV72

：B

：1004-7328（2014）02-0066-03

10.3969∕j.issn.1004-7328.2014.02.024

2013-11-17

郭育琳（1962-），女，工程師，主要從事水利管理工作。