凡 亞，黃 春，閔勇章

（中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072）

本文介紹的某水庫大壩位于大渡河中游右岸的一級(jí)支流上，大壩采用防滲墻聯(lián)合復(fù)合土工膜防滲的堆石壩壩型。堆石壩壩頂高程為2934.00m，壩頂總長度843.87m，最大壩高約56m。工程區(qū)在大地構(gòu)造上位于川滇南北向構(gòu)造帶與甘孜褶斷帶交匯部位，區(qū)域構(gòu)造背景復(fù)雜，工程場地地震基本烈度為Ⅶ度，構(gòu)造穩(wěn)定性屬基本穩(wěn)定區(qū)。

1 壩址基本地質(zhì)條件

該壩址地處高山峽谷區(qū)，河谷開闊呈“U”型，河道順直，左岸山體渾厚，谷坡陡峻，地形較完整。右岸因干溝切割，山體較單薄。谷底分布為干溝洪積扇，橫河寬400～600m，分布高程2886～2925m，坡度約5°。壩址谷底寬約680～720m，正常蓄水位2930m時(shí)，相應(yīng)谷寬約800m。

兩岸基巖為三疊系上統(tǒng)居里寺組第五巖段(T3j5)，深灰色中厚層～巨厚層變質(zhì)砂巖夾薄層板巖。兩岸巖體卸荷強(qiáng)烈，左岸弱風(fēng)化，強(qiáng)卸荷水平深度范圍為16～77m，弱卸荷深度85～93m；右岸弱風(fēng)化、強(qiáng)卸荷水平深度30～64m，弱卸荷深度81～107m。

壩區(qū)位于貢嘎山復(fù)向斜核部，由多個(gè)褶皺組成，呈緊密尖棱狀，復(fù)向斜軸線呈弧形褶曲，從左岸下游沿N30°E展布，往上游逐漸轉(zhuǎn)為近EW向。第四紀(jì)以來的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以強(qiáng)烈的整體抬升為其特征，且冰水及冰水泥石流活動(dòng)異常。區(qū)內(nèi)未見大斷層，發(fā)育較多小斷層。

壩區(qū)地下水主要為第四系松散堆積孔隙潛水及基巖裂隙水。據(jù)分析資料，地下水及湖水、溝水對混凝土均無腐蝕性。

2 深厚覆蓋層的工程地質(zhì)特性

該堆石壩壩基河床覆蓋層最大深度148m，層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自下而上可分為7層：

第①、②層：含孤塊碎石土，分布于河谷底部，埋深大。據(jù)鉆孔巖心及鉆孔顆分試驗(yàn)，小于5mm約20.3%，基本由粗粒組成，結(jié)構(gòu)密實(shí)，力學(xué)特性較好。

第③層：青灰色粉質(zhì)土，系堰塞湖積(lQ33-1)，僅分布于河床左岸中部，呈透鏡狀展布，揭示厚度6.8m，頂面埋深60m，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，透水性弱。礫石占5.0%，砂47%，粉粒40.5%，粘粒7.5%，液限29.8%，塑限23.2%，塑性指數(shù)6.6%。

第④層：含塊碎礫石土，系橫向干溝冰水堆積(fglQ33-2)，分布于河床中上部，揭示厚度18.45m～53.88m，頂面埋深9.55m～51.18m。其間隨機(jī)分布的含塊碎礫石砂層(或中細(xì)砂層)呈透鏡狀展布，厚度十幾厘米至一米左右不等，分布范圍幾米至十幾米不等，細(xì)粒主要為粉粒及中細(xì)砂，粘粒比例較?。s占4.9%），小于5mm占61.5%.該層塊石占13.7%，碎（卵）礫石占66.9%，砂占8.1%，粉粒7.5%，粘粒3.8%，有效粒徑0.048mm，平均粒徑36mm。

第⑤層：碎(卵)礫石砂層，系環(huán)河沖積和干溝冰水混合堆積(al+f gl Q33-3)。僅分布于河床左岸中上部。揭示厚度為4.74m～20.58m，頂面埋深8.20m～30.60m,碎礫石占72.84～81.03%，砂占12.75～20.83%，粉粒2.32～3.58%，粘粒2.49～3.10%，＜5mm占33.54～44.23%。

第⑥層：含塊碎(卵)礫石土，系干溝洪積物(plQ41)，分布于河床左岸上部和右岸淺表，揭示厚度8.20m～30.60m，頂面埋深0～9.2m。偶有砂層透鏡體，其性狀與④層的透鏡體類似，分布在不同的高程。以碎(卵)礫石為主，約占71.7%，塊石占13%，粘粒含量占1.9%，粉粒占5.9%，小于5mm占18.6%，有效粒徑2.3mm，平均粒徑42mm。

第⑦層：灰色淤泥質(zhì)壤土，系湖積(l Q42)，僅分布于河床左岸頂部，揭示厚度4.3m～15.6m，壩線附近橫河方向?qū)?60～240m，以細(xì)砂及粉粒為主，分別占38.62%、41.16%，粘粒占15.6%，孔隙比0.696～1.453，天然含水量36.6～43.8%，塑限26.35%，液限40.23%，塑性指數(shù)13.9%。

3 壩基砂層分布及地震液化判別

在川西地區(qū)，淺部飽和松散砂土層液化問題是覆蓋層上建壩存在的一個(gè)重要的工程地質(zhì)問題。對液化趨勢和性質(zhì)的判別，大多根據(jù)砂土層的天然結(jié)構(gòu)、顆粒組成、松密程度、地震前和地震時(shí)的受力狀態(tài)、邊界條件和排水條件以及地震歷史等因素，結(jié)合現(xiàn)場勘察和室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。該水電站壩址區(qū)覆蓋層以漂卵礫石等粗粒土為主，但存在砂土層以及砂土透鏡體;為確保工程安全，有必要對址區(qū)覆蓋層淺部飽和松散砂土層透鏡體進(jìn)液化評(píng)價(jià)。

本工程壩基覆蓋層中存在第③層堰塞湖積青灰色粉質(zhì)土、第④、⑥層中隨機(jī)分布透鏡狀的含塊碎礫石砂層(或中細(xì)砂層)，以及第⑦層湖積灰色淤泥質(zhì)壤土。按照現(xiàn)行規(guī)范《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-2006）技術(shù)要求，依據(jù)砂層的顆粒組成、沉積年代、標(biāo)貫擊數(shù)等標(biāo)準(zhǔn)，分別對以上各層進(jìn)行了砂( 土) 層液化判別。

3.1 砂土層液化初判

液化初判主要應(yīng)用已有的勘察資料或較簡單的測試手段對土層進(jìn)行初步鑒定，以排除不會(huì)發(fā)生液化的土層。按照現(xiàn)行規(guī)范《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-2006）技術(shù)要求，初判一般采用地層年代、粘土含量、剪切波速等來判斷。

1）地層年代判斷：地層年代為第四紀(jì)晚更新世Q3或以前可判為不液化。第③層堰塞湖積(lQ33-1) 青灰色粉質(zhì)土分布于河床左岸中部，呈透鏡狀展布，厚度6.8m，頂面埋深60m，為Q3時(shí)期冰川冰水時(shí)期形成的覆蓋層，可判斷為不液化層，第④層為Q3時(shí)期橫向干溝冰水堆積(fglQ33-2)，分布于河床中上部，厚度18.45m～53.88m，頂面埋深9.55m～51.18m，可判斷為不液化層。

2）黏粒含量判別（該工程地震設(shè)防烈度七度）：土的粒徑大于5mm，顆粒含量的質(zhì)量百分比大于或等于70%時(shí)可判為不液化；粒徑大于5mm，顆粒含量的質(zhì)量百分率小于70%時(shí)，若無其它整體判別方法時(shí)，可按粒徑小于5mm的這部分判定其液化性能。對粒徑小于5mm，顆粒含量質(zhì)量百分率大于30%的土，其中粒徑小于0.005mm的顆粒，含量質(zhì)量百分率相應(yīng)于地震設(shè)防烈度七度、八度和九度，分別不小于16%、18%和20%時(shí)可判為不液化。

第③層粉粒40.5%，粘粒7.5%，即小于5mm的顆粒大于30%，小于0.005mm的黏粒含量小于16%，可判斷為可能液化層；第④層塊碎石土層，塊石占13.7%，碎（卵）礫石占66.9%，即大于5mm顆粒大于70%，可判斷為不液化層，但是其礫石砂層透鏡體，小于5mm的顆粒占61.5%（大于30%），黏粒含量平均為4.9%（小于16%），該透鏡體可能為液化層。同樣第⑥層砂層透鏡體可能為液化層；第⑦層淤泥質(zhì)壤土，以細(xì)砂及粉粒為主，分別占38.62%、41.16%，即小于5mm的顆粒大于30%，粘粒占15.6%（小于16%），可判斷為該層為可能液化層。

3.2 砂層液化復(fù)判

初判為可能液化的土層需進(jìn)行復(fù)判，按照現(xiàn)行規(guī)范復(fù)判，采用相對密度復(fù)判法、相對含水量或液性指數(shù)法。

1）相對密度復(fù)判法

當(dāng)飽和無黏性土（包括砂和粒徑大于2mm的礫砂）的相對密度不大于表1中的液化臨界相對密度時(shí)，可判斷為液化土。根據(jù)表2中第⑥層中砂層透鏡體相對密度試驗(yàn)，其相對密度為80%，大于7度地震設(shè)防烈度液化相對密度70%，可判斷為非液化土。

表1 飽和無黏性土的液化臨界相對密度(%)

2）相對含水量或液性指數(shù)復(fù)判法

當(dāng)飽和少粘性土的相對含水量大于或等于0.9時(shí)，或液性指數(shù)大于或等于0.75時(shí)可判為可能液化土相對含水量按下式計(jì)算:

式中WU—相對含水量(%)WS—少粘性土的飽和含水量(%)WL—少粘性土的液限含水量(%)

液性指數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算:

式中IL—液性指數(shù)

Wp—少粘性土的塑限含水量(%)

根據(jù)《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-2006）附錄M條文說明，少黏性土黏粒含量ρc(%)大于3，但不大于25，塑性指數(shù)IP大于3，但不大于15.第⑦層泥質(zhì)壤土，塑性指數(shù)13.9%，粘粒占15.6%，屬于飽和少黏性土，其相對含水量為0.91～1.09，液性指數(shù)0.74～1.26，平均為1，判斷第⑦層為可能液化土。

綜上所述，砂土層初判和復(fù)判（表3）表明，第③、④、⑥中雖然存在沙土，但是其液化的可能性較小，第⑦層液化的可能性比較大。

4 液化處理措施

根據(jù)液化判斷，第③、④、⑥中雖然存在沙土，但是其液化的可能性較小，第⑦層液化的可能性比較大。因此，只需第⑦層進(jìn)行處理。針對第⑦層淤泥質(zhì)壤土層的特性，可采用加固和全部挖除兩種處理方案。

采用全部挖除方案，并填筑人工開采堆石料，技術(shù)上是穩(wěn)妥可靠的。由于淤泥質(zhì)壤土開挖及開挖后的堆放都有一定難度，而且堆放后可能造成水土流失，污染河道，對環(huán)保、水保不利。因此，建議重點(diǎn)研究壩基不挖除淤泥質(zhì)壤土，采取工程加固處理措施技術(shù)。

表2 砂樣相對密度試驗(yàn)表

表3 壩基砂類土體地震液化（經(jīng)驗(yàn)）判別表

在對已建成運(yùn)行的在淤泥質(zhì)壤土上建堆石壩的云南霧坪水庫進(jìn)行了考察，收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)上最終采用振沖碎石樁加固處理壩基淤泥質(zhì)壤土。并對第⑦層淤泥質(zhì)壤土進(jìn)行了現(xiàn)場振沖試驗(yàn)，并對復(fù)合地基進(jìn)行了各項(xiàng)指標(biāo)檢測。根據(jù)試驗(yàn)檢測結(jié)果，經(jīng)計(jì)算分析認(rèn)為：對第⑦層淤泥質(zhì)壤土進(jìn)行振沖加固處理后，能夠滿足建堆石壩的要求。

5 結(jié)論

該水電站河谷覆蓋層深厚，結(jié)構(gòu)層次復(fù)雜，壩基深厚覆蓋層中存在第③層青灰色粉質(zhì)土、第④、⑥層隨機(jī)分布的透鏡體狀含塊碎礫石砂層(或中細(xì)砂層)以及第⑦層灰色淤泥質(zhì)壤土。采取多種方法對砂土層的液化情況進(jìn)行初判和復(fù)判，最終確定只需處理第⑦層灰色淤泥質(zhì)壤土，并提出了全部挖出和加固處理兩種方案。在綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的基礎(chǔ)上建議采用振沖碎石樁加固處理的技術(shù)方案，通過現(xiàn)場試驗(yàn)和計(jì)算驗(yàn)證，該方案能滿足建壩要求。

[1]GB 50287-2006[S]. 水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范.

[2]黎昌有, 鄧衛(wèi)東, 馮建明. 獅子坪水電站壩基砂層液化判別分析[J]. 四川水力發(fā)電, 2010. 29(4): 12-13.