四川某水電站壩基不均勻持力層承載力研究

鄭有強(qiáng)

(福建華東巖土工程有限公司 福建福州 350003 )

四川某水電站壩基不均勻持力層承載力研究

鄭有強(qiáng)

(福建華東巖土工程有限公司 福建福州 350003 )

四川某電站壩基位于厚層含漂(塊)卵(碎)石層之上，存在結(jié)構(gòu)及顆粒組成不均勻的特點，采用單一原位測試手段難于全面反映其力學(xué)特性，本工程通過超重型動力觸探試驗、預(yù)鉆式旁壓試驗、淺層平板載荷試驗的對比分析，綜合選定了持力層承載力參數(shù)，對類似工程有一定的參考作用。

承載力；超重型動力觸探；預(yù)鉆式旁壓試驗；淺層平板載荷試驗

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0 引言

在前期勘察期間不均勻土層的承載力指標(biāo)通常利用原位圓錐動力觸探試驗(N63.5、N120)數(shù)據(jù)，依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗公式獲得，多缺乏其他試驗手段的相互驗證，其成果往往難于真實反映土層的總體性狀。隨著我國工程建設(shè)的發(fā)展，利用不均勻土做為基礎(chǔ)持力層的情況也越來越多，如東南地區(qū)的城市工業(yè)民用建筑樁筏基礎(chǔ)、西南地區(qū)深厚而復(fù)雜的覆蓋層之上建壩等等。如何通過合適的試驗手段取得不均勻土層的物理力學(xué)參數(shù)已成為一個值得深入研究的的課題。

1 工程概況

該水電站位于四川省雅礱江流域，主要建筑物為首部樞紐、引水系統(tǒng)和地下發(fā)電廠房等。裝機(jī)容量330MW，屬二等大(2)型水電工程。砼攔河閘壩最大高度32m，基礎(chǔ)位于深厚的覆蓋層之上，閘址區(qū)覆蓋層最厚深度達(dá)109m，壩基以下覆蓋層從新至老簡述如下：

圖1 壩基持力層典型巖芯照片

2 原位測試方法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2.1 超重型動力觸探試驗(N120)

(1)試驗適用范圍：主要適用于重型動力觸探試驗擊數(shù)N63.5≥15擊的卵(碎)石層和含少量漂(塊)石的卵(碎)石層[1]。

(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計及密實度分析：本次試驗共取得連續(xù)貫入擊數(shù)169個，成果簡述如下：

①漂塊石含量較高部位，反彈現(xiàn)象明顯，未反彈部位修正后擊數(shù)為20～50擊，反彈試驗孔段長占總試驗段長的35%；

②卵(碎)石孔段，含少量漂(塊)石，其粒徑20～30cm，修正后N120擊數(shù)以6

③卵礫石透鏡體孔段修正后N120擊數(shù)均以3～6擊為主，占67%，由于現(xiàn)行規(guī)范及國內(nèi)經(jīng)驗未利用N120擊數(shù)針對礫石層進(jìn)行密實度劃分，現(xiàn)依據(jù)N63.5=2.5N120[3]進(jìn)行換算，換算之后N63.5平均值為11.2擊。

上述試驗成果表明，壩基持力層結(jié)構(gòu)不均勻，其中：漂(塊)石含量較高部位試驗多出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)密實～很密(N120≥14)；卵(碎)石孔段結(jié)構(gòu)以稍密～中密(6

2.2 預(yù)鉆式旁壓試驗

(1)試驗適用范圍：孔壁能保持穩(wěn)定的黏性土、粉土、砂土、碎石土、殘積土、風(fēng)化巖及軟巖[2]。

本次工作使用的SM植物膠鉆進(jìn)工藝可保持孔壁穩(wěn)定，使試驗得于順利完成(圖2)。

圖2 旁壓試驗現(xiàn)場照片

(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計及密實度分析：由于受試驗手段制約，不能對漂(塊)石分布孔段進(jìn)行旁壓試驗，本次試驗孔段位于卵(碎)石及卵礫石透鏡體段內(nèi)，試驗成果見表1及圖3。據(jù)旁壓試驗成果，借用國外經(jīng)驗，根據(jù)PL-P0判斷[1]持力層卵(碎)石層結(jié)構(gòu)密實，卵礫石透鏡體結(jié)構(gòu)稍密～中密。

(3)旁壓試驗與超重型動力觸探試驗成果對比分析：據(jù)旁壓試驗成果卵(碎)石層結(jié)構(gòu)密實，但據(jù)超重型動力觸探試驗成果該層結(jié)構(gòu)中密～密實，兩個試驗成果稍有偏差，原因分析如下：

①卵(碎)石層在垂直與水平方向上的成分與結(jié)構(gòu)不均勻；

②超重型動力觸探試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計時未刪除骨架間礫及砂質(zhì)充填部位試驗點的低值，卻刪除了無法參于統(tǒng)計的漂石部位的試驗高值，造成統(tǒng)計結(jié)果偏低。

圖3 旁壓試驗成果曲線

表1 旁壓試驗成果表

2.3 淺層平板載荷試驗

(1)試驗適用范圍：適用于確定埋深小于3m的淺部地基土層承壓板下壓力主要影響范圍內(nèi)的承載力和變形模量[1]。

(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：本次工作共進(jìn)行了4個點的淺層平板載荷試驗(圖4)。現(xiàn)對數(shù)據(jù)分析如下：

圖4 淺層平板載荷試驗現(xiàn)場照片

① 1～3#點最大載荷為1004kPa，4#點最大載荷為4216kPa，試驗過程中均未發(fā)現(xiàn)地基出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，但均已超過設(shè)計載荷(500kPa)的2倍，經(jīng)開挖發(fā)現(xiàn)4#點以下0.35m處，承壓板面約60%座落在漂(塊)石上，造成4#點檢測成果較高，這也說明漂(塊)石含量的高低直接影響持力層的承載力；

② 經(jīng)圖解法分析(圖5)，各試驗點比例變形方程與縱座標(biāo)(累計沉降量S)載距為1.2～6.1mm，即因人工擾動及卸荷回彈所造成的初始沉降量(S0)為1.2～6.1mm；

③ 各試驗點在P-S曲線多呈線性變化，2#點及3#點出現(xiàn)在某級荷載(分別為694kPa及794kPa)之后P-S曲線出現(xiàn)略為下降現(xiàn)象，這可能與2#點及3#點下伏持力層不均勻，局部壓密有關(guān)，上述兩點的試驗結(jié)果更多反映的是漂(塊)石較低部位的承載力特征。

圖5 2#點P-S曲線圖

3 各層位試驗成果的對比分析

據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有規(guī)范及經(jīng)驗獲得的承載力特征值見表2，現(xiàn)分析如下：

①卵(碎)石部位：三種試驗手段取得的承載力特征值基本一致，以620～935kPa為主。

②漂(塊)石部位：超重型動力觸探試驗多出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，表明該部位結(jié)構(gòu)密實，承載力較高，但無法運用此試驗手段取得足夠的數(shù)據(jù)，據(jù)淺層平板載荷試驗成果，漂塊石含量的高低對試驗部位地基承載力影響顯著，如4#淺層平板載荷試驗點承壓板以下60%面積為漂石，其承載力特征值比1～3#試驗成果提高近56～79%，該點試驗成果可高達(dá)1240kPa。

③卵礫石透鏡體：通過動力觸探試驗及旁壓試驗取得的承載力相差不大，以420～516kPa為主，表明其力學(xué)強(qiáng)度尚好，但與卵(碎)石、漂石分布段比較，其承載力稍低。

4 承載力特征值的選取

因壩基持力層屬沖洪積堆積，存在明顯的顆粒組成不均勻的特點，漂(塊)石、卵礫石透鏡體分布并無規(guī)律，上述試驗揭示顆粒的變化對試驗部位的承載力指標(biāo)影響顯著，應(yīng)通過分析顆粒組成、試驗成果后，綜合選取壩基持力層的承載力特征值。

根據(jù)前期現(xiàn)場顆分試驗成果，壩基持力層主要由卵(碎)石組成，平均含量約58%，漂(塊)石含量次之，平均含量約27%，礫石以下顆粒主要分布于骨架間，集中分布于不連續(xù)的卵礫石透鏡體內(nèi)，平均含量約15%。

表2 各試驗方法確的承載力特征值對比表

卵(碎)石部位的力學(xué)強(qiáng)度是影響壩基持力層承載力的主要因素；漂塊石含量較高部位，承載力亦較高，可高達(dá)1240kPa，對持力層有明顯的加固作用；卵礫石透鏡體部位，雖與卵(碎)石、漂(塊)石部位承載力比較，相對較低，但也已達(dá)420～516kPa，因其含量較低、分布不連續(xù)、承載力也可達(dá)420～516kPa，故卵礫石透鏡體對壩基持力層的削弱作用有限。

綜合上述試驗成果及分析結(jié)論，本工程承載力特征值的選取可主要考慮卵(碎)石部位的試驗成果，特征值取為600～700kPa是可行的、安全的。

5 結(jié)語

(1)不均勻土的原位試驗數(shù)據(jù)多存在較高離散性的特點，選取承載力特征值時應(yīng)查明試驗數(shù)據(jù)與試驗點位處顆粒組成的關(guān)系，并結(jié)合各粒徑含量與試驗成果進(jìn)行綜合分析。

(2)平板載荷試驗是世界上公認(rèn)合理和可靠的用于獲取持力層承載力和變形指標(biāo)的測試方法，但如果出現(xiàn)持力層不均勻性明顯，顆粒成分在平面上的分布并無規(guī)律，尤其是當(dāng)承壓板下特殊粒徑面積已占多數(shù)時，可能造成試驗結(jié)果與真實不符，而多數(shù)工程無法大量布置平板載荷試驗，這種情況下應(yīng)將平板載荷試驗做為復(fù)核手段，結(jié)合其他原位試驗成果，綜合選取承載力等參數(shù)。

(3)不均勻土的顆粒組成直接影響超重型動力觸探試驗數(shù)據(jù)，當(dāng)漂(塊)石含量較高時，多出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，無法取得數(shù)據(jù)，而試驗部位礫組以下含量較高時，擊數(shù)較小，不宜直接根據(jù)不均勻土層的綜合定名，采取單一公式計算承載力，應(yīng)采取與試驗部位土性相符的試驗公式進(jìn)行計算，這也就對不均勻土的鉆探取芯質(zhì)量提出了更高的要求。

(4)國內(nèi)預(yù)鉆式旁壓試驗在卵(碎)石層中運用經(jīng)驗較少，本次工作通過與動力觸探試驗及載荷試驗成果的對比，說明該試驗在此類地層中求解承載力參數(shù)是可行的。

[1]林宗元.巖土工程試驗監(jiān)測手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[2]GB 50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3]TBJ18-87,鐵道部動力觸探技術(shù)規(guī)定[S].

[4]TB10041-2003,鐵路工程地質(zhì)原位測試驗規(guī)程[S].

[5]DB51/T5026-2001,成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[6]SL237-1999,土工試驗規(guī)程[S].

[7]JGJ69-90,預(yù)鉆式旁壓試驗規(guī)程[S].

[8]劉志強(qiáng)，劉興動，謝碧波.旁壓試驗在地鐵勘察中的運用[J].廣州建筑.2006，05：37-39.

[9]舒懷珠，胡勝剛.某水電站地基承載力與變形參數(shù)測試與分析[J].人民長江.2007.01:54-56.

鄭有強(qiáng)(1976.6- )男，本科，高級工程師，注冊巖土工程師，主要從事工程地質(zhì)與巖土工程方面的工作。

Research on The Bearing Capacity of The Uneven Bearing Stratum in the dam foundatiuon of A hydro-electrical Power Station in Sichuan

ZHENGYouqiang

(Fujian Huadong Geotechnical Engineering Co.,Ltd, Fuzhou 350003)

The dam foundation of a hydro-electrical power station in Sichuan located above the thick boulder (gravel) pebble (rubble) bed, whose structure and particle composition are inhomogeneous. Therefore, it is difficult to fully reveal its mechanical properties by single in-situ test. By the comparative analysis of the extra heavy dynamic penetration test, pre-drilling pressure meter test and shallow plate loading test, the bearing capacity parameters of the bearing layer was comprehensively proposed in the project. It has a certain referential functions for similar project.

Bearing capacity; Extra heavy dynamic penetration test; Pre-drilling pressure meter test; Shallow plate loading test

鄭有強(qiáng)(1976.6- )男，高級工程師，注冊巖土工程師。

2015-11-16

TV223.2+1

A

1004-6135(2015)12-0073-04