竇家排水站土壤物理力學試驗及巖土工程性質探討

李 偉

（盤山縣水利事務服務中心，遼寧 盤山 124000）

1 概況

竇家排水站位于遼寧省臺安縣黃沙坨鎮劉家村，站址在遼臺排干右岸。該站始建于1965年，安裝28ZLB-70軸流泵3臺，JSL-127-8電機3臺，裝機總容量390kW，安裝1臺SJ－560型變壓器，容量560kVA，設計流量5.1m3/s，設計揚程3.88m，流域控制面積12.18km2，排澇受益耕地面積600hm2。

由于年久失修，目前采用砂漿和磚石結構的靜水池墻壁傾斜、開裂且磚塊脫落，極有可能發生傾覆。為了繼續發揮排水站的作用，排除安全風險，急需對靜水池進行拆除后重建。

2 水文地質及物理力學試驗

2.1 水文地質

根據勘測及調查可知，在一定的勘探深度內，擬選址建筑物的地基分為4層，從上至下，各地層分別為：雜填土層、粉質黏土層［1］、粉砂層、細砂層。各土壤層描述如下：

2.1.1 雜填土層

分布較為廣泛，土質顏色混雜，疏松且含水率高。主要以黏土質和砂土為主，同時兼有一些零星的生活和建筑垃圾，厚度一般為2.7～3.7m，層底的標高為-3.1～-2.3m。

2.1.2 粉質黏土層

分布較為廣泛，色澤誒灰褐色。土內含有一些鐵錳結核和灰色土塊［2］，中等韌性，無搖振反應，處于可塑狀態。具有中～高可壓縮性［3］。厚度為3.3～4.7m，層底標高為-7.3～-5.8m。

2.1.3 粉砂層

廣泛分布，為黃褐色，密度中等，近乎飽和［4］。土質主要由石英、長石及少量云母組成，占總質量的50%以上，粒徑范圍在0.075～0.1mm之間［5］，其中黏粒含量ρc＜3%。厚度為10.5～13m，層底標高為-19.0～-17.5m。

2.1.4 細砂

一般分布，為淺棕色，密度為中等，近乎接近飽和，其成分主要由石英、長石及少量云母構成，一般的顆粒大小是為0.075～0.25mm，其含量超過總重量的85%，黏土粒含量ρc低于3%。層底標高為-34.8～-29.6m。

2.2 場地水文地質條件

調查過程中，在勘探深度范圍內的所有孔洞均有地下水［6］，地下水主要供應來源為大氣降水，調查期為枯水期，地水位埋深在2.0～2.4m之間，地下水位隨季節的變化而變化［7］，年變化范圍約為1～1.5m。每年6—9月為汛期，此期間地下水位相較最高。如在枯水期施工，由于地下水位較低，對基礎開挖影響較小［8］。

2.3 物理力學試驗

在觀測期內，從粉質黏土層中采集了6個原狀土壤樣品，并按常規對每種土壤樣品進行了物理和力學性能測試。從粉砂層和細砂層中采集了12個擾動土壤樣品并進行了篩選。對粉質黏土層、粉砂層和細砂層的土樣進行標準滲透試驗［9］，結果如表1～表3。

銷蝕侵徹階段,彈體的u～v關系與Yp

表3 細砂層標準貫入試驗統計

淤泥層液化判別（標準貫入法）埋深ds=6.15m。依據水利水電工程地質勘查規范的相關規定，在地下標準貫入點15m以內。

式中 Ncr為液化判據的貫入錘數臨界值；ρc為土的黏粒含量質量百分率（%），當ρc＜3%時，ρc取3%；N0為液化判據的貫入錘數基準值；ds為當標準貫入點深度，小于5m時，采用5m；dw為在項目的正常運行，當地下水位（m）在地表以下或地表被淹沒時，dw取0；ρc=3%，N0=6，Ncr=10.7～14.3，小于實測的標準貫入錘數N=20～16［4］，則判定粉砂層不會發生液化。

根據建筑抗震技術設計相關規范，在地下20m的深度內。

式中 β為調整系數，取0.80。其他公式中的字母含義同上。

其中N0=7，β=0.8，ρc=3，計算的所得Ncr為9.8～11.4擊，比標準N=20～16擊小，所以判定粉砂層不液化。

細砂層液化判別（標貫法）埋深ds=17.1～20m。根據建筑抗震技術設計相關規范，在15～20m深度之間。

其中N0=7，β=0.8，ρc=3，代入數值，計算Ncr為12.8～15.9擊，它小于實測錘頭錘頭數的標準貫入N=26～31，因此可以確定細砂層沒有液化。

物理力學測試結果表明，粉質黏土層屬于中等至高壓縮率。粉砂層和細砂層屬于低壓縮性土壤。

3 巖土工程性質評價

3.1 地層

3.1.1 雜填土

一般分布，稍致密，組成不均，不能用作建筑物的天然基礎。

3.1.2 粉質黏土

一般分布，在垂直方向上的厚度和深度變化很小，灰褐色，可塑。 它具有中等至高壓縮性。

3.1.3 粉砂

地層分布較為均勻，水平方向較為連續，厚度變化相對較小，密度為稍密狀態。

3.1.4 細砂

水平方向相對連續，垂直方向的厚度有較小變化，密度為中密狀態，屬于低壓縮性土。

3.2 天然地基方案

根據每一層土壤的物理性質，現場試驗指標和當地施工經驗，對每層土天然地基的設計參數確定，如表4。

表4 各層土壤天然地基的設計參數

3.3 樁基方案

根據現場的工程地質條件，可以采用鉆孔樁基礎類型，建議使用細砂作為樁端承重層，在正式施工前，現場樁試驗，確定樁的可行性，以及單樁靜載荷試驗，確定設計參數，設計參數如表5。

表5 各土層鉆孔灌注樁設計參數 單位：kPa

3.4 地下水的評價

地下水地層的主要類型有：雜填土、粉質黏土、粉質砂、細砂層孔隙水。其主要來源為大氣降水補給。調查期是旱季，穩定的水位埋在2.0～2.4m的深度，受降水的影響，年變化范圍為約1～1.5m。 雨季是每年的7~9月，最高地下水位出現在8月、9月。

4 結語

經以上分析，該場地無不良地質影響，砂層不液化，場地穩定，適合施工，其土壤為中軟土類型，覆蓋層的厚度遠遠大于50m，建筑場地類別為III類，使用鉆孔樁時，建議使用細砂層作為樁端承重層，在施工之前，現場試鉆確定樁的可行性，通過單樁靜載試驗，確定單樁承載力特征值的設計參數。