安寧水電站深厚覆蓋層工程特性旁壓試驗研究

邊立杰 黃小軍

(1.吉林大學建設工程學院,吉林 長春 130026; 2.中國水電顧問集團北京勘測設計研究院,北京 100024)

安寧水電站深厚覆蓋層工程特性旁壓試驗研究

邊立杰1，2黃小軍2

(1.吉林大學建設工程學院,吉林 長春 130026; 2.中國水電顧問集團北京勘測設計研究院,北京 100024)

針對安寧水電站的特點，對深覆蓋層上筑壩的適應性進行了研究，并對深厚覆蓋層鉆孔內進行原位旁壓試驗，介紹了具體的試驗過程及方法，為設計和計算提供地基承載力和旁模量等指標參數。

水電工程勘察，深厚覆蓋層，工程特性，旁壓試驗

0 引言

安寧水電站以發電為主，電站采用壩式開發。預可行性研究階段樞紐布置推薦采用瀝青混凝土心墻壩和左岸地下廠房方案。電站設計水頭40 m，裝機容量為400 MW，工程規模為大(2)型。壩址區河床覆蓋層厚度達38 m～91.5 m，具多層結構，各層厚度變化較大，且夾有砂層透鏡體。為進一步落實深覆蓋層上筑壩的適應性研究工作，需有針對性地進行相關物理和力學性能試驗，為設計和計算提供地基承載力和旁模量等指標參數。

1 覆蓋層旁壓試驗的必要性

原位試驗是在原位應力條件下進行試驗，避免或減輕了土樣的擾動，能反映微觀和宏觀結構對土性的影響，其缺點是應力為天然狀態所限制，邊界條件也不明確。原位測試和室內試驗優缺點互補。覆蓋層基礎的原位結構對其工程力學特性有著重要的影響，很難單純依靠取樣進行室內試驗的方法來準確把握覆蓋層的工程力學特性，因此有必要采用現場原位試驗與室內試驗結合的綜合手段，研究覆蓋層的工程力學特性。

2 旁壓試驗原理與方法

2.1 旁壓試驗原理

旁壓試驗是在預先鉆好的孔內放入旁壓器，通過壓力—體積控制裝置使旁壓器徑向擴張，對孔壁施加壓力，使土體產生相應變形的一種原位測試方法。由試驗得到的旁壓曲線，可用來確定地基承載力和旁模量等指標。旁壓試驗運用廣泛，適用于粘性土、砂性土和強風化巖石等。

2.2 旁壓試驗步驟

旁壓試驗按照SL237-048-1999土工試驗規程旁壓試驗進行，試驗前要進行旁壓器彈性膜約束力和儀器綜合變形值的校準。試驗時的簡要操作步驟如下：1)試驗前平整試驗場地，根據土的分類和狀態選擇適宜的鉆頭開孔，要求孔壁垂直呈完整的圓形，盡可能減少孔壁土體擾動，鉆孔孔徑應略大于旁壓器外徑，注意應進行護壁措施。2)試驗點布置原則必須保證旁壓器處于同一土層中，試驗點垂直間距一般不小于1 m，每層土不少于1個測點。3)試驗前檢查并接通管路，把旁壓器的快速接頭對號插入，把旁壓器豎立于地面并調零。4)用高壓氮氣瓶作為壓力源，緩慢調節調壓閥并調到所需的試驗壓力。5)逐級加壓，各級壓力下的相對穩定時間標準為1 min。6)在任何情況下，擴張體積相當于量測腔的固有體積時，應立即終止試驗。7)試驗結速后，采取措施使彈性膜恢復原狀。8)終止試驗消壓后，必須等2 min～3 min后才能取出旁壓器，并仔細檢查擦洗裝箱。9)當需進行下一試驗點的測試時重復上述步驟進行。

2.3 旁壓試驗資料整理

1)旁壓模量。

由現場旁壓試驗曲線可確定旁壓模量Em：

(1)

其中，μ為泊松比；Vc為旁壓器中腔初始體積；Vm為平均體積增量，取旁壓器試驗曲線直線段兩點間壓力所對應的體積之和的一半；Δp為旁壓試驗曲線上直線段的壓力增量；ΔV為相對應于Δp的體積變化增量。

2)其他參數。

地基土的承載力基本值f0=(pl-p0)/F，其中,F為安全系數。

2.4 旁壓試驗設備

旁壓試驗設備為英國劍橋旁壓儀。由旁壓器、控制系統、壓力與變形測量系統、壓力施加裝置及數據采集系統等組成。劍橋旁壓器直徑為83mm(金屬鎧型)，旁壓器總長1 200mm，測量腔有效長度500mm，試驗額定壓力4MPa，試驗深度50m；自動記錄試驗數據。

3 現場旁壓試驗

3.1 成孔過程

安寧水電站壩址區覆蓋層最大厚度達94m，具多層結構，從下至上總體可分6層。旁壓試驗成果的可靠性和準確性與試驗成孔質量密切相關。現場試驗成孔過程按照圖1進行，具體步驟如下：

1)先以較大的鉆頭鉆孔至要求進行旁壓試驗的土層A處，下套管護壁。

2)根據旁壓儀的試驗測頭尺寸，采用83/94(mm)鉆頭進行旁壓試驗孔鉆孔。試驗土層鉆進深度為1.5m～2.0m。鉆旁壓孔時采取植物膠護壁措施，以保證成孔完好。

3)要求鉆孔垂直，孔壁完整，套管護壁。

3.2 旁壓試驗成果

現場原位旁壓試驗典型的試驗成果曲線見圖2及表1，由曲線可以看出，其膨脹體積與壓力關系與理論曲線比較接近，說明鉆孔孔壁比較完整，擾動很小，成果可以直接反映原始地層的力學狀態。

表1 部分旁壓試驗成果

由表1可知，旁壓試驗與土層性質密切相關。砂層的旁壓模量、旁壓剪切模量、地基承載力、變形模量、壓縮模量要小，含礫漂卵石層較大。

4 結語

1)覆蓋層基礎的原位結構對其工程力學特性有著重要的影響。為研究深厚覆蓋層上筑壩的適應性，采用現場原位測試方法，研究覆蓋層的工程力學特性。

2)進行了4個孔的現場旁壓試驗，共計成功取得23點的試驗數據，試驗最大深度為57.7m，最大試驗壓力接近4MPa。覆蓋層旁壓模量與土層性質、試驗點深度等有關。試驗結果表明，砂層的旁壓模量最小，漂卵石、砂礫石層較大。這表明了本次旁壓試驗成果是合理的。

3)旁壓試驗成果的合理性和準確性主要取決于成孔質量，現場環境非常復雜，影響試驗因素眾多，因此建議旁壓試驗的成果應結合其他已有試驗結果綜合運用。

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StudyonAnninghydropowerengineeringpropertiesofdeepoverburdenlateralpressuretest

BIANLi-jie1,2HUANGXiao-jun2

(1.CollegeofConstructionEngineering,JilinUniversity,Changchun130026,China;2.BeijingResearchInstituteofSurveyandDesignofCHECC,Beijing100024,China)

According to the features of Anning Hydropower Station, the paper researches the adaptability of the damming at the deep overburden layer, undertakes the in-situ lateral loading test in the drilled holes of the deep overburden layer, and introduces the factual test process and method, so as to provide some index parameter for the foundation loading force and lateral modulus in the design and calculation.

hydropower engineering survey, deep overburden layer, engineering feature, lateral pressure test

1009-6825(2014)36-0048-02

2014-10-19

邊立杰(1979- )，男，在讀工程碩士，工程師； 黃小軍(1981- )，男，工程師

TU412

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