四川某水电站坝基不均匀持力层承载力研究

郑有强

(福建华东岩土工程有限公司 福建福州 350003 )

四川某水电站坝基不均匀持力层承载力研究

郑有强

(福建华东岩土工程有限公司 福建福州 350003 )

四川某电站坝基位于厚层含漂(块)卵(碎)石层之上，存在结构及颗粒组成不均匀的特点，采用单一原位测试手段难于全面反映其力学特性，本工程通过超重型动力触探试验、预钻式旁压试验、浅层平板载荷试验的对比分析，综合选定了持力层承载力参数，对类似工程有一定的参考作用。

承载力；超重型动力触探；预钻式旁压试验；浅层平板载荷试验

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0 引言

在前期勘察期间不均匀土层的承载力指标通常利用原位圆锥动力触探试验(N63.5、N120)数据，依据相关经验公式获得，多缺乏其他试验手段的相互验证，其成果往往难于真实反映土层的总体性状。随着我国工程建设的发展，利用不均匀土做为基础持力层的情况也越来越多，如东南地区的城市工业民用建筑桩筏基础、西南地区深厚而复杂的覆盖层之上建坝等等。如何通过合适的试验手段取得不均匀土层的物理力学参数已成为一个值得深入研究的的课题。

1 工程概况

该水电站位于四川省雅砻江流域，主要建筑物为首部枢纽、引水系统和地下发电厂房等。装机容量330MW，属二等大(2)型水电工程。砼拦河闸坝最大高度32m，基础位于深厚的覆盖层之上，闸址区覆盖层最厚深度达109m，坝基以下覆盖层从新至老简述如下：

图1 坝基持力层典型岩芯照片

2 原位测试方法及数据统计分析

2.1 超重型动力触探试验(N120)

(1)试验适用范围：主要适用于重型动力触探试验击数N63.5≥15击的卵(碎)石层和含少量漂(块)石的卵(碎)石层[1]。

(2)数据统计及密实度分析：本次试验共取得连续贯入击数169个，成果简述如下：

①漂块石含量较高部位，反弹现象明显，未反弹部位修正后击数为20～50击，反弹试验孔段长占总试验段长的35%；

②卵(碎)石孔段，含少量漂(块)石，其粒径20～30cm，修正后N120击数以6

③卵砾石透镜体孔段修正后N120击数均以3～6击为主，占67%，由于现行规范及国内经验未利用N120击数针对砾石层进行密实度划分，现依据N63.5=2.5N120[3]进行换算，换算之后N63.5平均值为11.2击。

上述试验成果表明，坝基持力层结构不均匀，其中：漂(块)石含量较高部位试验多出现反弹现象，结构密实～很密(N120≥14)；卵(碎)石孔段结构以稍密～中密(6

2.2 预钻式旁压试验

(1)试验适用范围：孔壁能保持稳定的黏性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、风化岩及软岩[2]。

本次工作使用的SM植物胶钻进工艺可保持孔壁稳定，使试验得于顺利完成(图2)。

图2 旁压试验现场照片

(2)数据统计及密实度分析：由于受试验手段制约，不能对漂(块)石分布孔段进行旁压试验，本次试验孔段位于卵(碎)石及卵砾石透镜体段内，试验成果见表1及图3。据旁压试验成果，借用国外经验，根据PL-P0判断[1]持力层卵(碎)石层结构密实，卵砾石透镜体结构稍密～中密。

(3)旁压试验与超重型动力触探试验成果对比分析：据旁压试验成果卵(碎)石层结构密实，但据超重型动力触探试验成果该层结构中密～密实，两个试验成果稍有偏差，原因分析如下：

①卵(碎)石层在垂直与水平方向上的成分与结构不均匀；

②超重型动力触探试验数据统计时未删除骨架间砾及砂质充填部位试验点的低值，却删除了无法参于统计的漂石部位的试验高值，造成统计结果偏低。

图3 旁压试验成果曲线

表1 旁压试验成果表

2.3 浅层平板载荷试验

(1)试验适用范围：适用于确定埋深小于3m的浅部地基土层承压板下压力主要影响范围内的承载力和变形模量[1]。

(2)数据统计分析：本次工作共进行了4个点的浅层平板载荷试验(图4)。现对数据分析如下：

图4 浅层平板载荷试验现场照片

① 1～3#点最大载荷为1004kPa，4#点最大载荷为4216kPa，试验过程中均未发现地基出现破坏现象，但均已超过设计载荷(500kPa)的2倍，经开挖发现4#点以下0.35m处，承压板面约60%座落在漂(块)石上，造成4#点检测成果较高，这也说明漂(块)石含量的高低直接影响持力层的承载力；

② 经图解法分析(图5)，各试验点比例变形方程与纵座标(累计沉降量S)载距为1.2～6.1mm，即因人工扰动及卸荷回弹所造成的初始沉降量(S0)为1.2～6.1mm；

③ 各试验点在P-S曲线多呈线性变化，2#点及3#点出现在某级荷载(分别为694kPa及794kPa)之后P-S曲线出现略为下降现象，这可能与2#点及3#点下伏持力层不均匀，局部压密有关，上述两点的试验结果更多反映的是漂(块)石较低部位的承载力特征。

图5 2#点P-S曲线图

3 各层位试验成果的对比分析

据国内现有规范及经验获得的承载力特征值见表2，现分析如下：

①卵(碎)石部位：三种试验手段取得的承载力特征值基本一致，以620～935kPa为主。

②漂(块)石部位：超重型动力触探试验多出现反弹现象，表明该部位结构密实，承载力较高，但无法运用此试验手段取得足够的数据，据浅层平板载荷试验成果，漂块石含量的高低对试验部位地基承载力影响显著，如4#浅层平板载荷试验点承压板以下60%面积为漂石，其承载力特征值比1～3#试验成果提高近56～79%，该点试验成果可高达1240kPa。

③卵砾石透镜体：通过动力触探试验及旁压试验取得的承载力相差不大，以420～516kPa为主，表明其力学强度尚好，但与卵(碎)石、漂石分布段比较，其承载力稍低。

4 承载力特征值的选取

因坝基持力层属冲洪积堆积，存在明显的颗粒组成不均匀的特点，漂(块)石、卵砾石透镜体分布并无规律，上述试验揭示颗粒的变化对试验部位的承载力指标影响显著，应通过分析颗粒组成、试验成果后，综合选取坝基持力层的承载力特征值。

根据前期现场颗分试验成果，坝基持力层主要由卵(碎)石组成，平均含量约58%，漂(块)石含量次之，平均含量约27%，砾石以下颗粒主要分布于骨架间，集中分布于不连续的卵砾石透镜体内，平均含量约15%。

表2 各试验方法确的承载力特征值对比表

卵(碎)石部位的力学强度是影响坝基持力层承载力的主要因素；漂块石含量较高部位，承载力亦较高，可高达1240kPa，对持力层有明显的加固作用；卵砾石透镜体部位，虽与卵(碎)石、漂(块)石部位承载力比较，相对较低，但也已达420～516kPa，因其含量较低、分布不连续、承载力也可达420～516kPa，故卵砾石透镜体对坝基持力层的削弱作用有限。

综合上述试验成果及分析结论，本工程承载力特征值的选取可主要考虑卵(碎)石部位的试验成果，特征值取为600～700kPa是可行的、安全的。

5 结语

(1)不均匀土的原位试验数据多存在较高离散性的特点，选取承载力特征值时应查明试验数据与试验点位处颗粒组成的关系，并结合各粒径含量与试验成果进行综合分析。

(2)平板载荷试验是世界上公认合理和可靠的用于获取持力层承载力和变形指标的测试方法，但如果出现持力层不均匀性明显，颗粒成分在平面上的分布并无规律，尤其是当承压板下特殊粒径面积已占多数时，可能造成试验结果与真实不符，而多数工程无法大量布置平板载荷试验，这种情况下应将平板载荷试验做为复核手段，结合其他原位试验成果，综合选取承载力等参数。

(3)不均匀土的颗粒组成直接影响超重型动力触探试验数据，当漂(块)石含量较高时，多出现反弹现象，无法取得数据，而试验部位砾组以下含量较高时，击数较小，不宜直接根据不均匀土层的综合定名，采取单一公式计算承载力，应采取与试验部位土性相符的试验公式进行计算，这也就对不均匀土的钻探取芯质量提出了更高的要求。

(4)国内预钻式旁压试验在卵(碎)石层中运用经验较少，本次工作通过与动力触探试验及载荷试验成果的对比，说明该试验在此类地层中求解承载力参数是可行的。

[1]林宗元.岩土工程试验监测手册[M].北京：中国建筑工业出版社.

[2]GB 50021-2001,岩土工程勘察规范[S].

[3]TBJ18-87,铁道部动力触探技术规定[S].

[4]TB10041-2003,铁路工程地质原位测试验规程[S].

[5]DB51/T5026-2001,成都地区建筑地基基础设计规范[S].

[6]SL237-1999,土工试验规程[S].

[7]JGJ69-90,预钻式旁压试验规程[S].

[8]刘志强，刘兴动，谢碧波.旁压试验在地铁勘察中的运用[J].广州建筑.2006，05：37-39.

[9]舒怀珠，胡胜刚.某水电站地基承载力与变形参数测试与分析[J].人民长江.2007.01:54-56.

郑有强(1976.6- )男，本科，高级工程师，注册岩土工程师，主要从事工程地质与岩土工程方面的工作。

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

郑有强(1976.6- )男，高级工程师，注册岩土工程师。

2015-11-16

TV223.2+1

A

1004-6135(2015)12-0073-04