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(diǎn)，采用單一原位測(cè)試手段難于全面反映其力學(xué)特性，本工程通過超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)、淺層平板載荷試驗(yàn)的對(duì)比分析，綜合選定了持力層承載力參數(shù)，對(duì)類似工程有一定的參考作用。

承載力；超重型動(dòng)力觸探；預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)；淺層平板載荷試驗(yàn)

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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(dòng)力觸探試驗(yàn)(N63.5、N120)數(shù)據(jù)，依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式獲得，多缺乏其他試驗(yàn)手段的相互驗(yàn)證，其成果往往難于真實(shí)反映土層的總體性狀。隨著我國(guó)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(yàn)手段取得不均勻土層的物理力學(xué)參數(shù)已成為一個(gè)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(jiǎn)述如下：

圖1 壩基持力層典型巖芯照片

2 原位測(cè)試方法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2.1 超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)(N120)

(1)試驗(yàn)適用范圍：主要適用于重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)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(jì)及密實(shí)度分析：本次試驗(yàn)共取得連續(xù)貫入擊數(shù)169個(gè)，成果簡(jiǎn)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(yàn)孔段長(zhǎng)占總試驗(yàn)段長(zhǎng)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(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)未利用N120擊數(shù)針對(duì)礫石層進(jìn)行密實(shí)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(yàn)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(yàn)多出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)密實(shí)～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(yàn)

(1)試驗(yàn)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(yàn)得于順利完成(圖2)。

圖2 旁壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片

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

(3)旁壓試驗(yàn)與超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果對(duì)比分析：據(jù)旁壓試驗(yàn)成果卵(碎)石層結(jié)構(gòu)密實(shí)，但據(jù)超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果該層結(jié)構(gòu)中密～密實(shí)，兩個(gè)試驗(yàn)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(dòng)力觸探試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)未刪除骨架間礫及砂質(zhì)充填部位試驗(yàn)點(diǎn)的低值，卻刪除了無法參于統(tǒng)計(jì)的漂石部位的試驗(yàn)高值，造成統(tǒng)計(jì)結(jié)果偏低。

圖3 旁壓試驗(yàn)成果曲線

表1 旁壓試驗(yàn)成果表

2.3 淺層平板載荷試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)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(jì)分析：本次工作共進(jìn)行了4個(gè)點(diǎn)的淺層平板載荷試驗(yàn)(圖4)?，F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)分析如下：

圖4 淺層平板載荷試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片

① 1～3#點(diǎn)最大載荷為1004kPa，4#點(diǎn)最大載荷為4216kPa，試驗(yàn)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(jì)載荷(500kPa)的2倍，經(jīng)開挖發(fā)現(xiàn)4#點(diǎn)以下0.35m處，承壓板面約60%座落在漂(塊)石上，造成4#點(diǎn)檢測(cè)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(yàn)點(diǎn)比例變形方程與縱座標(biāo)(累計(jì)沉降量S)載距為1.2～6.1mm，即因人工擾動(dòng)及卸荷回彈所造成的初始沉降量(S0)為1.2～6.1mm；

③ 各試驗(yàn)點(diǎn)在P-S曲線多呈線性變化，2#點(diǎn)及3#點(diǎn)出現(xiàn)在某級(jí)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(diǎn)及3#點(diǎn)下伏持力層不均勻，局部壓密有關(guān)，上述兩點(diǎn)的試驗(yàn)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(diǎn)P-S曲線圖

3 各層位試驗(yàn)成果的對(duì)比分析

據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)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(yàn)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(dòng)力觸探試驗(yàn)多出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，表明該部位結(jié)構(gòu)密實(shí)，承載力較高，但無法運(yùn)用此試驗(yàn)手段取得足夠的數(shù)據(jù)，據(jù)淺層平板載荷試驗(yàn)成果，漂塊石含量的高低對(duì)試驗(yàn)部位地基承載力影響顯著，如4#淺層平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)承壓板以下60%面積為漂石，其承載力特征值比1～3#試驗(yàn)成果提高近56～79%，該點(diǎn)試驗(yàn)成果可高達(dá)1240kPa。

③卵礫石透鏡體：通過動(dòng)力觸探試驗(yàn)及旁壓試驗(yàn)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?zèng)_洪積堆積，存在明顯的顆粒組成不均勻的特點(diǎn)，漂(塊)石、卵礫石透鏡體分布并無規(guī)律，上述試驗(yàn)揭示顆粒的變化對(duì)試驗(yàn)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(yàn)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(chǎng)顆分試驗(yàn)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(yàn)方法確的承載力特征值對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)壩基持力層的削弱作用有限。

綜合上述試驗(yàn)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(yàn)成果，特征值取為600～700kPa是可行的、安全的。

5 結(jié)語(yǔ)

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

(2)平板載荷試驗(yàn)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(cè)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(shí)，可能造成試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)不符，而多數(shù)工程無法大量布置平板載荷試驗(yàn)，這種情況下應(yīng)將平板載荷試驗(yàn)做為復(fù)核手段，結(jié)合其他原位試驗(yàn)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(dòng)力觸探試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)漂(塊)石含量較高時(shí)，多出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，無法取得數(shù)據(jù)，而試驗(yàn)部位礫組以下含量較高時(shí)，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(jì)算承載力，應(yīng)采取與試驗(yàn)部位土性相符的試驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，這也就對(duì)不均勻土的鉆探取芯質(zhì)量提出了更高的要求。

(4)國(guó)內(nèi)預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)在卵(碎)石層中運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)較少，本次工作通過與動(dòng)力觸探試驗(yàn)及載荷試驗(yàn)成果的對(duì)比，說明該試驗(yàn)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(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)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(dòng)力觸探技術(shù)規(guī)定[S].

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

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

[6]SL237-1999,土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[7]JGJ69-90,預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)規(guī)程[S].

[8]劉志強(qiáng)，劉興動(dòng)，謝碧波.旁壓試驗(yàn)在地鐵勘察中的運(yùn)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(cè)試與分析[J].人民長(zhǎng)江.2007.01:54-56.

鄭有強(qiáng)(1976.6- )男，本科，高級(jí)工程師，注冊(cè)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(jí)工程師，注冊(cè)巖土工程師。

2015-11-16

TV223.2+1

A

1004-6135(2015)12-0073-04