齐热哈塔尔水电站厂房地基土工程地质条件分析

郭育琳，赵国斌，方海艳，李松磊

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

齐热哈塔尔水电站厂房地基土工程地质条件分析

郭育琳，赵国斌，方海艳，李松磊

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222）

齐热哈塔尔水电站位于中国新疆喀什地区的塔什库尔干河上。电站厂房地表地形为塔什库尔干河左岸的洪积扇。厂房基坑开挖深度超过30m，地基土以河床相冲洪积物为主，包括砂砾石和砾砂2种地层。施工期对揭露的地基土土体进行了室内试验，根据试验结果并结合前期勘察成果分析了地基土的工程地质特性，对工程地质条件进行了分析评价，结论认为以砂砾石与砾砂层为主的地基土能够满足厂房地基承载力的要求，同时不存在地震液化问题。

齐热哈塔尔水电站；砂砾石；砾砂；地基承载力；地震液化

1 工程概况

齐热哈塔尔水电站厂房位于坝址下游约20km处的塔什库尔干河左岸，主厂房纵轴走向NE45°，长55.50m，安装间下集水井底开挖面高程2345.00m，机组段底开挖面高程2348.95m，局部开挖面高程2347.60m。

厂房范围内地表地形为洪积扇，基坑开挖揭露的地层上部为坡洪积碎石土，下部以河床相冲洪积地层为主，建基面高程约2348.50m处揭露的地层为砂砾石和砾砂层。结合前期勘察成果，采用室内土工试验得到的结果对砂砾石和砾砂的物理性质进行了分析，并根据相关规范要求分析了地基土体的工程地质条件。

2 厂房基坑水文地质条件

勘察期认为厂房基坑范围内地下水以第四系松散层孔隙潜水为主，主要赋存于第四系冲积层、洪积层中，地下水水位高程为2355.85～2367.80m。依据钻孔注水试验及渗透变形试验资料，洪积碎石土渗透系数为1.0×10-5～8.3×10-4cm∕s，属于弱透水性；砂砾石渗透系数为7.0×10-5～1.3×10-3cm∕s，属于弱-中等透水性。洪积碎石土破坏坡降（iK）最小值为0.11，最大值为0.61，平均值0.21。砂砾石临界坡降（iK）最小值为0.10，最大值为0.30，平均值0.18。其破坏形式均以管涌为主，坝基冲积层允许水力坡降为0.1～0.2。

施工期揭露厂房基坑开挖范围内地层主要以坡洪积碎石土、冲积砂砾石和砾砂为主，开挖过程中揭露地下水水位在2366.00m左右，且受河水补给明显。据对厂房开挖过程中基坑排水量估算，厂房基坑范围内地层渗透系数为1.0×10-2～1.0×10-1cm∕s，属强透水地层；另据地基土检测试验成果、厂房地基土检测成果，冲积砂砾石和砾砂渗透系数为1.6× 10-2～2.7×10-2cm∕s，为强透水地层。开挖过程中，多处出现渗透破坏。

对比施工期与勘察期厂房基坑范围内的水文地质条件，地下水水位变化不大，且渗透破坏形式与前期判断一致。不同的是渗透系数明显增加，这与基坑开挖过程中地下水以集水井明排方式为主使得地层内的细颗粒物质流失关系密切。

3 地基土物质组成

3.1 地层岩性

厂房地基地层主要为第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）砂砾石和砾砂地层。按厂房区建筑物的布置形式，集水井、1#机组和3#机组地基土以砂砾石为主，2#机组地基地层以砾砂为主。厂房地基高程处地层分布，如图1所示。

3.2 地层物理性质

3.2.1 砂砾石

对建基面附近采取的样品进行颗分试验，结果表明砂砾石地层中粒径大于2.00mm的颗粒质量占总质量的76.10%，且块石磨圆度较好，以圆形及亚圆形为主，根据文献[1]中表3.3.2，该地层属于圆砾。另外，颗分成果得到的不均匀系数Cu=12.47，曲率系数Cc=1.43，为级配不良地层。

图1 厂房地基高程处地层分布

砂砾石层疏松密度为1.66g∕cm3，紧密密度为2.04g∕cm3，相对密度为0.63，天然休止角为35.9°。

从试验成果来看，厂房地基范围内的砂砾石处于密实状态，且具低压缩性；据其颗粒组成及工程其他部位的砂砾石渗透试验成果，该层砂砾石呈中等-强透水性。

3.2.2 砾砂

对取自建基面处的砾砂层样品进行颗分试验，结果表明粒径大于2.00mm的颗粒质量占总质量的26.00%，粒径大于0.075mm的颗粒质量占总质量的98.60%，根据文献[1]中表3.3.3，该地层定名为砾砂层。另外，颗分成果得到的不均匀系数Cu=4.64，曲率系数Cc=1.43，为级配不良地层。

试验结果表明，建基面范围内揭露砂层为级配不良的砾砂，表层为中密状态，深部为密实状态，且具低压缩性。渗透试验结果表明，砾砂层表层具强透水性，深部砾砂为中等-强透水性。

4 工程地质分析

4.1 地基承载力

厂房建基面处地层以砂砾石和砾砂层为主，且处于中密-密实状态，均匀分布。通过动力触探试验及其密实程度判断，地基允许承载力在0.35MPa以上，能满足厂房建筑物的要求。

4.2 地基沉降与不均匀沉降

根据试验成果及工程经验，砂砾石压缩模量为25.00～35.00MPa，砾砂层压缩模量为20.00～25.00 MPa，均具中等-低压缩性。

天然状态下地基沉降可以满足厂房建筑的需要，不存在不均匀沉降问题。

4.3 地基渗透稳定性

根据文献[2]附录G中G.0.5第1条的方法确定地基渗透破坏形式：

砂砾石中细颗粒含量P介于25.00%～35.00%，渗透破坏形式以管涌型或过渡型为主；砾砂层为不均匀系数Cu＜5的无黏性土，因此可以确定其渗透破坏形式以流土为主。

4.4 地基抗滑稳定性

试验结果表明，砂砾石和砾砂层的自然休止角均为36°，满足厂房建筑的需要。

根据文献[2]中附录E，表E.0.3中混凝土与地基土层之间的摩擦系数建议值为卵石、砾石：0.50～0.55；砂：0.40～0.50。

4.5 地基地震液化

齐热哈塔尔水电站工程所在区域地震烈度为Ⅷ度。因此，必须对地基土的地震液化问题重视，需采用规范要求的方法对砂砾石和砾砂层进行液化判别。

4.5.1 砂砾石

勘察与检测结果表明，砂砾石中粒径大于5.00mm的颗粒含量的质量百分率平均值为72.49%，根据文献[2]，在地震基本烈度为Ⅷ度时初判砂砾石地层为不液化土。

在前期勘察中对建基面深度地层进行剪切波测试结果也表明，地层中实测剪切波速大于相同部位计算临界值，由此判定砂砾石地层为不液化土。

4.5.2 砾砂层

根据文献[2]中附录P的规定，对砾砂层的液化判别遵循初判与复判的原则进行，分述如下：

（1）初判。根据颗分成果初判，砾砂层粒径小于5.00mm的颗粒含量的质量百分率为95.80%，其中粒径小于0.005mm的颗粒含量的质量百分率小于1.40%，在地震动峰值加速度为0.30g（g为重力加速度，一般取9.80m∕s2，下同）时小于19.00%。因此，砾砂层初判为液化土。

（2）复判。砾砂层地震液化复判采用标准贯入锤击数法进行。颗分成果表明，砾砂层的黏粒含量ρc＜3.00%，取ρc＝3.00%。

液化判别标准贯入锤击数基准值的确定，按照地震动峰值加速度0.30g考虑，近震情况下液化判别标准贯入锤击数基准值为N=13。复判结果，见表1。

表1 根据标贯击数液化判别

由表1可以断定，砾砂层为不液化土。

5 结论与建议

通过上述分析，可以得出如下结论：①天然状态下的砂砾石层和砾砂层均能满足地基承载力的要求；②砾砂层与砂砾石地基均具中等-低压缩性，天然状态下不存在不均匀沉降问题；③地基土体中砾砂层渗透破坏以流土为主，而砂砾石渗透破坏以管涌型或过渡型为主；④地基土体不存在地震液化问题。

[1]GB50021-2001，岩土工程勘察规范[S].

[2]GB50487-2008，水利水电工程地质勘察规范[S].

TV72

：B

：1004-7328（2014）02-0066-03

10.3969∕j.issn.1004-7328.2014.02.024

2013-11-17

郭育琳（1962-），女，工程师，主要从事水利管理工作。