金沙江流域右岸變電站地基勘察與基礎處理措施

黃彪 劉安堯 呂怡樺 王浩雅 龔愛民 趙月亞

【摘 要】?金沙江右岸新灘工程區(qū)地質情況復雜，地基處理不得當則會出現(xiàn)工程事故而造成經濟損失。文章結合實際工程，提出了針對此場地的勘察及地基處理的方法： 結合傳統(tǒng)勘察方法，開展了巖、土物理力學性質分析、場地巖土工程條件評價，探明110 kV新灘變電站的水文地質、工程地質條件，為變電站的巖土工程的設計提供場地的工程地質及水文地質資料，以及設計地基參數(shù)，對場區(qū)巖土工程進行分析、評價，并對不良地質作用的防治、處理方案作出論證和建議，解決了場地順向坡的穩(wěn)定性問題，場地場平開挖困難等問題，為同類工程提供參考。

【關鍵詞】變電站設計; 穩(wěn)定性評價; 勘察設計; 地基基礎處理

變電站選址應遵循“變電站建設應符合國家土地使用政策，節(jié)約用地，盡量利用荒地、劣地、坡地，不得將站址建在已有滑坡、泥石流、大型溶洞、礦產采空區(qū)等地質災害地段”[1]和“站址選擇應根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的網絡結構、負荷分布、城鄉(xiāng)規(guī)劃、征地拆遷以及電力通道等要求進行全面綜合考慮”[2-3]的規(guī)定，對不利地段，應提出避開要求，當無法避開時，應采取有效措施。隨著國家電網公司推廣實施“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化”變電站，為了節(jié)約土地資源，變電站站址選擇越來越復雜，尤其像云南高原地區(qū)，高原河流、地質條件復雜[4-8]。

金沙江右岸新灘工程區(qū)為本區(qū)排泄最低基準面。場地巖、土層主要為第四系覆蓋層和下伏基巖。其中覆蓋層分為坡積層（Q4dl）粉質黏土;下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙廟組（J2s2）泥質粉砂巖、砂巖。砂巖主要為粉砂巖和細砂巖，泥質粉砂巖具有一定的崩解性[9-10]，新灘大部分區(qū)域均有基巖出露，整個場區(qū)基巖埋深較淺，主要的巖土工程問題為場地順向坡的穩(wěn)定性問題，場地場平開挖困難[11]。本文通過探明110 kV新灘變電站的水文地質、工程地質條件，為變電站的巖土工程的設計提供場地的工程地質及水文地質資料，以及設計地基參數(shù)，對場區(qū)巖土工程進行分析、評價，并對不良地質作用的防治、處理方案作出論證和建議。為此本文通過研究金沙江右岸新灘變電站地基進行勘察與基礎方案研究，對工程建設有重要的意義，為同類工程提供可靠經驗。

1 巖、土物理力學性質

根據(jù)勘探揭露情況，本次勘察揭露1層土層，2個基巖層。為查明各巖土層的物理力學特性，本次勘察進行了室內巖、土物理力學試驗，其中土樣2組，巖樣6組。因土層較薄，且多含碎塊石，未能進行土的原位測試。

1.1 室內巖土試驗成果分析

項目包括巖土物理、力學性質常規(guī)試驗[12-13]。在取原狀土樣的過程中，由于場區(qū)土層較薄，且多含碎塊石，一般在0.5 m，因此本次勘察僅采取到了2組原狀土樣進行室內實驗，其中一組因擾動，未能進行相應的物理、力學試驗。本次勘察共采取6組巖樣進行室內試驗。試驗得出的各巖土層物理、力學參數(shù)按規(guī)范要求進行了匯總統(tǒng)計分析。

1.1.1 室內土工試驗

勘察共完成2組土樣的常規(guī)物理力學實驗，見表1。粉質黏土含水量平均值為18.1 %，孔隙比平均值為0.71，液限平均值為29.95 %，壓縮系數(shù)a0.1～0.2平均值為0.42 MPa-1，系中等壓縮性土。

1.1.2 室內巖石試驗

根據(jù)勘察范圍內的巖性差異、巖石空間分布特點及裂隙發(fā)育程度，在不同的位置、不同深度選取有代表性的巖塊進行巖石的物理、力學性試驗，共取巖樣6組，主要實驗項目有密度、空隙率、吸水率、抗壓強度（干、濕抗壓）等，但其中的泥質粉砂巖層，因巖體較為破碎，未能采取巖樣進行試驗。從試驗成果看中等風化砂巖為堅硬巖，飽和抗壓強度在74.3～136.1 MPa間，平均值為99.51 MPa，軟化系數(shù)平均值為0.72，見表2。根據(jù)以往工程經驗類比，泥質粉砂巖屬較軟巖。

1.2 巖土物理力學參數(shù)建議值

根據(jù)室內試驗成果，結合以往工程經驗類比，提出勘察區(qū)地基巖土物理力學指標參數(shù)成果建議值，見表3。

2 場地巖土工程條件評價

2.1 場地穩(wěn)定性評價

根據(jù)GB/18306-2018《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》雙參數(shù)修正，勘察區(qū)50年超越概率10 %的基巖場地地震動峰值加速度為0.10g，相應地震基基本烈度為Ⅶ度。根據(jù)GB50011-2010（2016版）《建筑抗震設計規(guī)范》，勘察區(qū)的設計地震分組按第二組考慮。場區(qū)內地形、地貌簡單，地層單一，無特殊巖土;基巖總體埋深較淺，在場區(qū)內大面積出露，場地穩(wěn)定性較好，但場平后場區(qū)內為半挖半填地基，故綜合判定為場地對建筑抗震不利地段。

2.2 場地類別

本次勘察未進行波速測試，根據(jù)場地工程地質情況（勘察區(qū)覆蓋層厚度均小于3 m，屬中硬土）和以往工程經驗類比，初步判定勘察區(qū)現(xiàn)狀場地類別為Ⅰ1類，但場平后，填土厚度最大達6.03 m，結合以往工程經驗判定場平后場地類別為Ⅱ類，場地內無可液化土層。

2.3 構造對地基的影響

勘察區(qū)地質構造較簡單，無三級以上的斷裂構造發(fā)育，主要發(fā)育兩組陡傾角的節(jié)理裂隙，故構造對地基的影響甚微。

2.4 地基巖土強度評價

場區(qū)內覆蓋層為坡積層（Q4dl）粉質黏土，強度評價如下：

含碎礫石粉質黏土：稍濕，可塑狀態(tài)，局部呈硬塑狀。局部含中等風化—強風化砂巖碎礫石。厚度變化不大，一般為0.3～1.0 m，局部達1.9 m。在場區(qū)普遍分布，局部缺失，承載力特征值為180 kPa。

強風化泥質粉砂巖巖芯呈碎屑狀，總體上屬極破碎巖體，巖體基本質量等級為Ⅴ級，承載力一般。中等風化泥質粉砂巖、砂巖巖芯一般呈柱狀，短柱狀、少量餅狀及碎塊狀，總體上屬較完整巖體。根據(jù)巖體飽和單軸抗壓強度判斷，巖石為堅硬巖，但其中的泥質粉砂巖互層屬較軟巖，因此總體上巖體基本質量等級為Ⅲ級，承載力較高。

2.5 地基均勻性評價

勘察區(qū)目前覆蓋層厚度較薄，一般在0.5 m左右，局部達1.9 m（ZK05、ZK07），厚度變化不大，在勘察區(qū)中南部地段有大面積基巖出露，無可壓縮層，總體上場地地基均勻性較好，屬均勻地基。

據(jù)設計提供的《110kV新灘變電站土方平衡圖》，場區(qū)場平后為兩個平緩的臺階，其中北部主要為填方區(qū)，局部為挖方區(qū)，場平高程在480.96～481.96 m之間，最大填筑厚度為6.03 m，最大開挖厚度為2.02 m;南部為半挖半填區(qū)，場平高程在485.46～487.00 m之間，最大填筑厚度2.82 m，最大挖方厚度7.12 m。

經場平后，從場地存在土巖組合地基等工程地質條件來看，場地地基為巖土組合地基，可壓縮層厚度差異較大。故總體上，場地地基均勻性較差，屬不均勻地基。

2.6 地基穩(wěn)定性評價

場地為緩坡地形，地形坡度約為15～20°，不臨高大邊坡，場區(qū)內無滑坡、崩塌、泥石流等不良地質作用，但在場區(qū)的東部約50 m處發(fā)育一懸崖，在其后緣伴有南北走向，近直立的卸荷裂縫發(fā)育，對勘察區(qū)具有一定的影響。另外，場區(qū)基巖為順坡向產出，傾角與地形坡度相近，但場區(qū)內節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整性較好，巖層層面結合較好，且區(qū)內地下水埋深較大（大于20 m），地基巖體存在沿坡滑動的可能性不大，場地地基總體穩(wěn)定性一般。

場平開挖后，場區(qū)后緣開挖邊坡高度一般為5.0～5.78 m，均為巖質邊坡，盡管為順向坡，但節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整性較好，巖層層面結合較好，且無地下水，開挖邊坡穩(wěn)定性較好，故開挖坡比建議為1∶0.3～直立。開挖中采用控制爆破，減少爆破對巖體的破壞，由于泥質粉砂巖具有崩解性，應及時對開挖邊坡進行錨噴支護，并加強邊坡后緣的地表水排水工作。

2.7 場地適宜性評價

從地質構造角度看，場區(qū)內無Ⅲ級以上斷裂的斷裂及活動性斷裂穿過，為穩(wěn)定性稍好的地段;從地形、地貌角度看，場地開闊，無高邊坡，無滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地面沉降等地質災害，場區(qū)內主要的不良地質作用為東部約50 m處發(fā)育的懸崖，對場地的適宜性存在一定影響，故總體上本場區(qū)場地基本適宜建筑。

2.8 場地地基巖土的電阻率成果分析

本次勘察共進行了26點電阻率測試，測試成果見表4，表層土的電阻率一般在58～529 Ω·m之間，平均值為213.95 Ω·m，變異系數(shù)較大，為0.63，說明表層土的電阻率存在較大差異，基巖電阻率一般在173～319 Ω·m，平均值為234.85 Ω·m，變異系數(shù)為0.16，基巖的電阻率較為穩(wěn)定。

2.9 地下水、土對地基的影響

2.9.1 地下水對地基的影響

本次勘察未勘測到地下水位，根據(jù)初步判斷，勘察區(qū)地下水位埋深大于30 m，并在基巖內波動，故地下水對建（構）筑物地基影響不大。

2.9.2 水、土的腐蝕性

勘察未揭露到地下水，因此未能采取水樣進行地下水的腐蝕性分析。根據(jù)電阻率測試結果，土的土壤視電阻率在100.48～376.8 Ω·m之間，見表5。根據(jù)土壤視電阻率，初步判斷土對鋼結構具微腐蝕性，評價方法見表6。

3 地基基礎方案評價

（1）綜合樓。根據(jù)設計資料，綜合樓占地134.02 m2，大部分處于填方區(qū)，填方厚度在0～3 m之間，僅ZK04鉆孔附近為挖方區(qū)，開挖厚度在約0.2 m。場平后，地面高程在481 m左右，基巖埋深在0.3～4 m之間，壓縮層厚度變化較大，在填土較淺的地段采用淺基礎，基礎底面將置于基巖之上，在填土較厚的地段建議采用墩基礎形式，并以基巖作為持力層，這樣可以消除地基不均勻對建筑物帶來的不良影響，而且該區(qū)域基巖埋深不大，無地下水的影響，施工難度不大。

（2）配電裝置室。根據(jù)設計資料，配電裝置室為地上二層，占地307.45 m2，全部處于填方區(qū)，填方厚度在0.7～4 m之間。場平后，地面高程在481 m左右，基巖埋深在1～6 m之間，壓縮層厚度變化較大。因此建議在填土較淺的地段采用淺基礎，基礎底面將置于基巖之上，在填土較厚的地段建議采用墩基礎形式，并以基巖作為持力層。

（3）1號、2號主變壓器。根據(jù)設計資料，1號、2號主變壓器，處于挖、填方區(qū)分界線附近，最大填方厚度在1 m左右，最大挖方厚度也在1 m左右。場平后，地面高程在481.5 m左右，基巖埋深在0～1 m之間，可采用淺基礎，并以基巖作為持力層。

（4）1#組～ 4#組組合式電容器組。根據(jù)設計資料，1#組～ 4#組組合式電容器組均處于挖方區(qū)，挖方厚度在0.6～3.8 m之間。場平后，地面高程在485 m左右，地基全部為基巖，可采用淺基礎，并以基巖作為持力層。

（5）變電構架。根據(jù)設計資料，場區(qū)內的所有變電構架均處于挖方區(qū)，挖方厚度在0～5 m之間。場平后，地基全部為基巖，可采用淺基礎，并以基巖作為持力層。

4 地基處理建議

場地在場平過程中會有大量的土石方開挖、回填。對于填方區(qū)域，應嚴格控制填土的質量，以減小填土沉降帶來的不利影響;對于挖方區(qū)域，挖方深度范圍內多為堅硬巖體，開挖具有一定的難度，建議不要采用大規(guī)模爆破開挖，以免破壞巖體完整性，并造成不必要的超挖，對超挖的部分，應采用級配碎石回填，并壓實后方可作為淺基礎持力層[14-17]。

5 結論及建議

5.1 結論

（1）勘察區(qū)為中等復雜場地。巖土工程勘察等級為乙級地震基本烈度為Ⅶ度。綜合判斷為場地對建筑抗震不利地段。

（2）場內無滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫等地質災害，不良的地質作用主要是場區(qū)東部約50 m處發(fā)育的懸崖和巖體風化，對于東部的懸崖，建議對其做進一步的穩(wěn)定性分析和評價，并加強觀測;強風化巖體分布范圍有限，其對工程的影響較小。

（3）場地地基主要為含碎塊石粉質粘土和強風化、中等風化泥質粉砂巖、砂巖。場區(qū)內最大開挖厚度為7.12 m，最大填方厚度為6.03 m，場平后地基為不均勻地基。

（4）根據(jù)土壤視電阻率測試結果，可以判斷場區(qū)內的土層對鋼結構具有微腐蝕性。

（5）場地水文地質條件簡單，地下水埋深大于30 m，無基礎抗浮穩(wěn)定問題。

（6）場區(qū)基巖為順坡向產出，傾角與地形坡度相近，但場區(qū)內節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整性較好，巖層層面結合較好，且區(qū)內地下水埋深較大（大于20 m），地基巖體存在沿坡滑動的可能性不大，場地地基總體穩(wěn)定性一般。

（7）場區(qū)后緣開挖邊坡高度一般為5.0～5.78 m，均為巖質邊坡，盡管為順向坡，但節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整性較好，巖層層面結合較好，且無地下水，開挖邊坡穩(wěn)定性較好，故開挖坡比建議為1∶0.3～直立。

（8）根據(jù)工程特點并結合現(xiàn)場地質條件，建議在綜合樓處淺基礎和墩基礎相結合的基礎形式;配電裝置室可采用淺基礎（以基巖作為持力層）和墩（樁）基礎（以基巖作為持力層）相結合的基礎形式;其余各建（構）筑物可采用淺基礎，并以基巖作為持力層。

5.2 建議

（1）基礎開挖過程中應加強驗槽工作，對開挖揭露到的異常情況應及時進行相應工程處理，必要時進行適當補充勘察。

（2）場區(qū)內主要建筑物均處于填方區(qū)，地基均勻性等相對較差，而挖方區(qū)場平后大部分區(qū)域為基巖，地基均勻性較好。建議在不影響建筑物使用功能的前提下，對場區(qū)內的各單體建筑物進行重新布置，將主要建筑物調整至挖方區(qū)，這樣更利于主要建筑物的穩(wěn)定。

（3）對具體的基礎形式應從工程造價、上部結構要求等方面比較研究確定。

（4）開挖邊坡的穩(wěn)定性應結合結構面特征進行進一步的驗算，并進行錨噴支護。

（5）由于場區(qū)處于順向坡上，建議在填土層的下側增設支檔結構，并先對填方區(qū)的原地基開挖成臺階式后再進行回填[18-20]。

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