張擁軍

（湖南省水利水電勘測設(shè)計規(guī)劃研究總院有限公司，湖南 長沙 410007）

1 工程概況

新疆塔日勒嘎、大河沿、康蘇、烏魯瓦提、喬諾、阿合奇等壩基砂卵礫石層最大厚度近200 m。目前，塔日勒嘎水庫工程已經(jīng)蓄水多年，康蘇水庫、大河沿水庫即將蓄水，其余幾個工程處于前期工作階段，基本情況見表1。

表1 幾個深厚砂卵礫石壩基工程基本情況表

2 砂礫石壩基特性

2.1級配

砂卵礫石的巖性成分主要為砂巖、石英砂巖、流紋巖、灰?guī)r等，巖性堅硬、軟弱及片狀顆粒少，磨圓度較好，各工程壩基漂石（>200 mm）含量5%～16%，卵石（60～200 mm）含量15%～30%，礫石（2～60 mm）含量35.3%～60%，砂含量15%～26%，泥質(zhì)（<0.075）含量0.5%～4%；d10為0.17～0.6 mm，d30為2～5.5 mm，d60為17～88 mm，不均勻系數(shù)Cu為45～100，個別達220，曲率系數(shù)Cc為1.2～1.4，個別達2.3，整體級配良好，見圖1。

圖1 壩基砂卵礫石級配曲線

2.2 滲透及滲透變形特性

1）滲透系數(shù)。砂卵礫石滲透系數(shù)與其自身級配、密實度等有關(guān)，細顆粒物質(zhì)含量低（<30%），級配差、結(jié)構(gòu)松散時滲透系數(shù)大。根據(jù)新疆幾個深厚砂卵礫石壩基中800余次注水試驗、近50次抽水試驗成果，河床兩岸階地及河床中下部中～晚更新統(tǒng)砂卵礫石滲透系數(shù)量級一般E-3 cm/s，少量低至E-4 cm/s；河床中上部全新統(tǒng)滲透系數(shù)量級一般E-2 cm/s，淺表部松散層滲透系數(shù)量級可達E-1 cm/s。

2）滲透變形。大河沿水庫利用植物膠鉆孔獲取的分層芯樣進行滲透變形試驗，試驗裝樣按相對密度0.8，對應(yīng)干密度2.05 g/cm3，試驗成果如表2。

表2 新疆大河沿水庫鉆孔砂卵礫石芯樣滲透試驗成果表

按規(guī)范[1]，粗粒土臨界水力比降Jcr可根據(jù)破壞類型（流土型、管涌型或過渡型）通過計算得到，成果見表2，但與工程經(jīng)驗及室內(nèi)試驗成果相比，過渡及管涌型Jcr計算成果明顯偏小，主要原因是d5數(shù)值過小，可能與泥漿鉆進導(dǎo)致芯樣中充填大量泥質(zhì)有關(guān)。

2.3 壓縮特性

上述鉆孔芯樣按干密度2.05，相對密度0.8，固結(jié)壓力按50，100，200，400，800，1 600 kPa分級，初始孔隙比e約0.3，200 kPa時孔隙比e=0.25～0.28，800 kPa時孔隙比e=0.23～0.26，1 600 kPa時孔隙比e=0.21～0.24。壓縮系數(shù)隨著應(yīng)力的增大而減小，固結(jié)應(yīng)力200 kPa時壓縮系數(shù)為0.08～0.05，400 kPa時壓縮系數(shù)0.07～0.04，固結(jié)應(yīng)力大于800 kPa時壓縮系數(shù)小于0.04，壓縮模量35～55 MPa，壓縮系數(shù)變化曲線見圖2。成果說明：砂卵礫石壓縮系數(shù)小，壓縮模量較高，壩基具有一定抗沉降變形能力。

圖2 砂礫石固結(jié)試驗壓縮系數(shù)變化曲線

2.4 承載力

承載力的確定主要依據(jù)現(xiàn)場承壓板試驗與動力觸探，表3統(tǒng)計了各工程380余次動力觸探成果及推薦承載力特征值。

表3 壩基砂卵礫石動力觸探與承載力表

動力觸探成果分析時應(yīng)注意幾點：

1）動力觸探成果在遇到大直徑顆粒時，擊數(shù)會偏大。

2）對于平均粒徑大于50 mm，或最大粒徑大于100 mm的碎石土宜采用超重型動力觸探[2]。

3）由于深部試驗時鉆桿能量損失大，且建壩后附加應(yīng)力小，故可不進行該項試驗。

2.5 抗剪指標

對河床及階地砂卵礫石進行了數(shù)十組不同工況下的三軸試驗，見表4，表明在顆粒粒徑與級配沒有太大差別情況下，固結(jié)排水剪內(nèi)摩擦角一般38°～42°，凝聚力50～100 kPa；當試驗前不進行預(yù)飽和時（模擬壩體浸潤線以上），內(nèi)摩擦角較飽和時高約2°，凝聚力略下降。固結(jié)不排水剪的內(nèi)摩擦角一般34°～35°，凝聚力80～120 kPa，較排水剪內(nèi)摩擦角低4°～6°，而凝聚力略有增大。

表4 砂卵礫石三軸剪切試驗成果表

3 砂卵礫石壩基處理

3.1 壩基防滲處理

砂礫石壩基滲漏及滲透破壞問題突出，工程處理措施與設(shè)計水頭及砂礫石厚度、透水性、滲漏量等因素有關(guān),代表性處理措施如：

大河沿水庫擬定：①全灌漿帷幕12排至基巖；②厚1.0 m深120 m剛性混凝土防滲墻下部接5排帷幕灌漿至基巖；③1 m厚剛性混凝土防滲墻至基巖等三種垂直防滲方案進行比較，最終選定“一墻到底方案”，施工中混凝土防滲墻最深達186 m，現(xiàn)已施工完成，達到國際領(lǐng)先水平[3]。

塔日勒嘎水庫：右岸岸坡部位砂卵礫石層最深達115.0 m，經(jīng)滲透穩(wěn)定和滲漏量計算，采用懸掛式C20塑性混凝土防滲墻處理，墻厚0.8 m；右岸階地部位壩高較小，清基后采用7.5 m深粘土截滲墻或10.0 m塑性混凝土防滲墻處理。

康諾水庫：采用0.8 m厚混凝土防滲墻下接基巖帷幕灌漿處理方案。

3.2 壩基淺部處理

淺部砂卵礫石層結(jié)構(gòu)松散，透水性極強，厚度多小于5 m，為減少其壓縮變形量，使之盡量與防滲墻變形相協(xié)調(diào)，需對其進行壓密處理。處理方式主要有兩種：

1）振動碾壓（塔日勒嘎水庫）：采取表部一次性碾壓或挖除分層回填碾壓。

2）強夯：根據(jù)處理厚度，采用不同能級強夯處理，如大河沿、康蘇水庫、水布埡[4]。不同能級有效加固厚度見表5（括號內(nèi)為經(jīng)驗值）。

表5 不同能級下砂礫石壩基有效加固厚度表

4 總 結(jié)

1）新疆地區(qū)幾個深厚砂礫石壩基的共同特點為：顆粒粗，密實性好，變形模量大，承載力高，且淺部未見厚的砂層，故工程區(qū)地震烈度雖高，但液化可能性小，適宜建設(shè)當?shù)夭牧蠅巍?/p>

2）壩基滲透比降是深厚砂礫石壩基的一個重要設(shè)計控制參數(shù)，參數(shù)基于室內(nèi)滲透變形試驗成果，但試驗與制樣控制干密度、試樣物質(zhì)級配兩因素密切相關(guān)，而壩基深部干密度難以測到，試樣細顆粒在鉆進過程中有帶出[5]，或滲入了大量泥漿，影響成果精度，故亟待研究基于孔內(nèi)原位滲透變形的相關(guān)試驗設(shè)備及方法。

3）砂卵礫石壩殼料的抗剪強度較高，固結(jié)排水剪φ為38°～42°，不進行預(yù)飽和時內(nèi)摩擦角較飽和時大約2°；固結(jié)不排水剪的內(nèi)摩擦角一般34°～35°，較不排水剪內(nèi)摩擦角降低4°～6°。

4）壩基防滲可采用防滲墻、多排灌漿帷幕、截滲槽等方式綜合處理。

5）河床砂礫石淺部松散，低于壩體填筑相對密度，為使壩基與防滲墻變形盡量協(xié)調(diào)，采取碾壓及強夯等措施是必要的。

項目名稱：深厚砂礫石覆蓋層勘探技術(shù)研究，編號：湘水科計【2017】230-27。