劉永波，谷江波，陳春文，胡金山

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

長(zhǎng)河壩水電站壩區(qū)砂層液化分析

劉永波，谷江波，陳春文，胡金山

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

本文依據(jù)勘察試驗(yàn)成果，結(jié)合技術(shù)規(guī)范采取多種方法對(duì)②-C砂層進(jìn)行了初判，判別結(jié)果該層均為可能液化砂層，采用標(biāo)貫、相對(duì)密度、相對(duì)含水量、液性指數(shù)、剪應(yīng)力對(duì)比法等方法進(jìn)行復(fù)判，判別結(jié)果該層為可液化砂層，建議采取挖除，設(shè)計(jì)通過計(jì)算分析，最終采取挖除措施。

液化砂層；相對(duì)密度；相對(duì)含水量；液性指數(shù)；剪應(yīng)力對(duì)比法

1 工程概況

長(zhǎng)河壩水電站是大渡河流域水電梯級(jí)近期開發(fā)的大型水電工程之一，電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，地處大渡河上游金湯河口以下約4～7 km河段。水庫(kù)正常蓄水位1 690 m，正常蓄水位以下庫(kù)容約10.15億m3，總庫(kù)容為10.75億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容為4.15億m3，具有季調(diào)節(jié)能力。裝機(jī)容量2 600 MW。

最大壩高240.0 m，壩頂長(zhǎng)度502.85 m，壩頂寬度16.0 m，心墻范圍內(nèi)的覆蓋層基礎(chǔ)進(jìn)行固結(jié)灌漿，心墻下部河床覆蓋層設(shè)置2道間隔14.0 m的混凝土防滲墻防滲，上游墻厚度1.4 m，下游墻厚度1.2 m，心墻底面高程以下最大墻深約50.0 m。上游防滲墻與心墻間采用廊道式連接，上游防滲墻下接帷幕灌漿，最大深度約117.00 m；下游防滲墻與心墻間采用插入式連接，防滲墻插入心墻深度約15.00 m，基礎(chǔ)灌漿廊道及混凝土刺墻周圍采用高塑性粘土。

2 工程地質(zhì)條件

大渡河長(zhǎng)河壩水電站地處鮮水河斷裂帶、龍門山斷裂帶和安寧河～小江斷裂帶所切割的川滇菱形塊體、巴顏喀拉塊體和四川地塊交接部位，處于川滇菱形塊體東緣外側(cè)，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜。長(zhǎng)河壩水電站工程場(chǎng)地50年超越概率10%的基巖水平峰值加速度為172 gal，100年超越概率2%的基巖水平峰值加速度為359 gal，相對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差。

壩址區(qū)河谷相對(duì)開闊，大渡河流經(jīng)該區(qū)，由南東轉(zhuǎn)為南西流向形成一個(gè)90°的河灣。河谷兩岸自然邊坡陡峻，臨江坡高700.0 m左右，左岸上緩下陡，坡角65°～40°；右岸上緩下陡坡角60°～35°；枯水期河水面寬110～120 m，水深3.0～5.0 m。岸坡中沖溝較發(fā)育，溝谷走向基本垂直岸坡，規(guī)模較小，切割較淺，除左壩肩梆梆溝和右岸下游沙場(chǎng)溝有常年流水外，其余沖溝均為季節(jié)性溝谷。

壩址區(qū)出露巖體為一套晉寧期—澄江期的侵入巖，其巖性以花崗巖、石英閃長(zhǎng)巖為主。微風(fēng)化～新鮮的黑云花崗巖干密度平均值為2.72 g／cm3，濕抗壓強(qiáng)度平均值為137.72 MPa，花崗巖、石英閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖巖石致密堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度高，為堅(jiān)硬巖。

鉆孔揭示，河床覆蓋層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，壩址區(qū)河床覆蓋層厚度60.0～70.0 m，局部達(dá)79.3 m。根據(jù)河床覆蓋層成層結(jié)構(gòu)特征和工程地質(zhì)特性，自下而上（由老至新）可分為3層：第①層為漂（塊）卵（碎）礫石層（fglQ3），分布河床底部，厚3.32～28.50 m；第②層為含泥漂（塊）卵（碎）砂礫石層（alQ41），厚5.84～54.49 m，分布在河床覆蓋層中部及一級(jí)階地上，②層中上部有②-C砂層分布，②-C砂層在上游、下游均有分布，但不連續(xù)；第③層為漂（塊）卵礫石層（alQ42），分布河床淺表，厚4.0～25.8 m。其中②-C砂層厚度0.75～12.5 m，埋藏深度3.30～25.7 m，厚度較大，為飽水的少粘性砂土。

3 砂層分布及其液化判別

根據(jù)勘探揭示，砂層在平面上主要分布在河床的右岸壩軸線下游側(cè)，向左岸厚度逐漸變薄至尖滅。在平面上呈長(zhǎng)條狀分布，順河長(zhǎng)度大于650 m，寬度一般為80～120 m，局部呈透鏡體分布于壩軸線附近和壩軸線靠下游，厚度較大，且不均勻，埋藏深度3.30～25.7 m，為飽水的少粘性砂土或無(wú)粘性砂土。據(jù)砂層測(cè)年（ESR）資料，砂層形成時(shí)間為0.7±0.1萬(wàn)年，為全新世早期。按照現(xiàn)行規(guī)范，根據(jù)砂層形成年代、顆粒組成、標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)、相對(duì)密度、相對(duì)含水量、剪切應(yīng)對(duì)比等方法，對(duì)該砂層進(jìn)行液化判別。

3.1 ②-C砂層初判

根據(jù)勘探和試驗(yàn)②-C砂層為第四紀(jì)全新世Q4地層，年代晚于第四紀(jì)晚更新世Q3；砂層粒徑小于5 mm顆粒含量為77.55%～100%；粒徑小于0.005 mm的顆粒ρC含量百分率為0%～15.08%，小于相應(yīng)地震設(shè)防烈度七度、八度和九度含量為16%、18%和20%；正常運(yùn)行情況下為水下飽和砂層；砂層的剪切波速度小于上限剪切波速度（見表1）。綜合上述初判可能為液化砂。

表1 長(zhǎng)河壩壩址區(qū)砂層剪切波速液化判別

3.2 ②-C砂層復(fù)判

按照《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287 -2006）以及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）標(biāo)貫復(fù)判：根據(jù)勘察規(guī)范，在埋深20 m內(nèi)利用公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較（見表2）。②-C砂層在七度、八度地震均有液化的可能。

根據(jù)相對(duì)密度復(fù)判：根據(jù)鉆孔及其顆分試驗(yàn)XZK02、XZK20、XZK17-1和XZK94孔的粘粒含量在7.17%～10.93%，屬少粘性土，不適于該判別法。而XZK93、XZK17-4孔的粘粒含量均為0%，屬無(wú)粘性土，相對(duì)密度D r為0.61～0.64，小于地震設(shè)防烈度七度、八度和九度時(shí)的液化臨界相對(duì)密度（D r）cr為0. 7、0.75和0.85，判為可液化砂（見表3）。

表2 長(zhǎng)河壩水電站壩址區(qū)②-C層砂層標(biāo)貫成果統(tǒng)計(jì)

表3 長(zhǎng)河壩壩址區(qū)相對(duì)密度試驗(yàn)成果

根據(jù)相對(duì)含水量、液性指數(shù)復(fù)判：XZK01孔的粘粒含量在3.98%～9.30%，屬少粘性土。試驗(yàn)結(jié)果表明砂層的相對(duì)含水量為1.03%，大于0.9%。砂層的液性指數(shù)為1.09，大于0.75均判為可液化砂（見表4）。

根據(jù)《水電水利工程壩址區(qū)工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》（DL／T 5414-2009）附錄Y收錄剪應(yīng)力對(duì)比法，利用振動(dòng)液化試驗(yàn)復(fù)判：見振動(dòng)液化試驗(yàn)表5、6、7。

表4 長(zhǎng)河壩壩址區(qū)砂層相對(duì)含水量、液性指數(shù)試驗(yàn)成果及液化判別

表5 長(zhǎng)河壩壩址區(qū)砂層液化試驗(yàn)成果

表6 長(zhǎng)河壩壩址區(qū)砂層動(dòng)剪應(yīng)力比試驗(yàn)成果

表7 長(zhǎng)河壩壩址區(qū)砂層及動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)成果

根據(jù)XZK02、XZK20剪應(yīng)力對(duì)比判別：②-C砂層室內(nèi)動(dòng)三軸振動(dòng)液化試驗(yàn)表明，取KC＝1、振次為10和KC＝1、振次為20時(shí)，其砂層②-C現(xiàn)場(chǎng)抗液化剪應(yīng)力分別為0.104～0.113、0.091～0.101，當(dāng)?shù)卣鸺铀俣葹?.1 g時(shí)，其引起的等效剪應(yīng)力比為0.067～0.068，砂層不液化；當(dāng)?shù)卣鸺铀俣葹?.15 g時(shí)，其引起的等效剪應(yīng)力比為0.10～0.102，砂層液化處于臨界狀態(tài)；當(dāng)取地震加速度為0.20 g時(shí)，其引起的等效剪應(yīng)力比為0.133～0.136，砂層處于液化狀態(tài)。

根據(jù)XZK93、XZK94剪應(yīng)力對(duì)比判別：②-C砂層室內(nèi)動(dòng)三軸振動(dòng)液化試驗(yàn)表明，取KC＝1時(shí)砂層②-C現(xiàn)場(chǎng)抗液化剪應(yīng)力分別為18.16kPa和21.48kPa，大于地震設(shè)防烈度七度時(shí)的地震引起等效剪應(yīng)力13.41kPa和15.7kPa，砂層不液化；當(dāng)?shù)卣鹪O(shè)防烈度為八度時(shí)，小于引起的等效剪應(yīng)力為26.83 kPa和31.39 kPa，砂層處于液化狀態(tài)。

3.3 開挖揭示后②-C砂層復(fù)判

技施階段施工開挖后新增了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，判定結(jié)果見表8。經(jīng)標(biāo)貫復(fù)判，②-C砂層在八度、九度地震烈度下大部為可能液化砂，與可研階段基本一致。

表8 長(zhǎng)河壩水電站壩址區(qū)②-C層砂層技施階段標(biāo)貫成果統(tǒng)計(jì)

通過標(biāo)貫、相對(duì)密度、相對(duì)含水量、液性指數(shù)、剪應(yīng)力對(duì)比法等方法進(jìn)行復(fù)判，復(fù)判結(jié)果②-C砂層均液化。

綜上所述，②-C砂層埋藏較淺，結(jié)構(gòu)較松散，初判和復(fù)判以及開挖后復(fù)判均為可液化砂層，因此建議采取挖除或?qū)ｉT的工程處理措施。

4 小 結(jié)

長(zhǎng)河壩水電站地處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜。相對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差。在深厚覆蓋層上建240 m高的土石壩為世界第一，超越現(xiàn)有規(guī)范，因此對(duì)大壩基礎(chǔ)承載力、抗?jié)B等指標(biāo)要求高。壩基河床覆蓋層深厚，層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，②-C砂層埋藏較淺，結(jié)構(gòu)較松散，本文采取測(cè)齡、特性、標(biāo)貫、相對(duì)密度、相對(duì)含水量、液性指數(shù)、剪應(yīng)力對(duì)比法等多種方法進(jìn)行初判和復(fù)判，結(jié)果均為可液化砂層。設(shè)計(jì)通過計(jì)算復(fù)核，最終采取挖除方案。

［1]彭土標(biāo)，袁建新，王惠明.水力發(fā)電工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.中國(guó)水利水電出版社，2011.

［2]GB5011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.中國(guó)建筑出版社，2010.

［3]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）.

TV221.2

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1003-9805（2015）04-0009-04

2014-11-24

劉永波（1981-），男，河南許昌人，工程師，從事水電工程地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)工作。