金沙江流域右岸變電站地基勘察與基礎(chǔ)處理措施

黃彪 劉安堯 呂怡樺 王浩雅 龔愛民 趙月亞

【摘 要】?金沙江右岸新灘工程區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，地基處理不得當(dāng)則會出現(xiàn)工程事故而造成經(jīng)濟損失。文章結(jié)合實際工程，提出了針對此場地的勘察及地基處理的方法： 結(jié)合傳統(tǒng)勘察方法，開展了巖、土物理力學(xué)性質(zhì)分析、場地巖土工程條件評價，探明110 kV新灘變電站的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件，為變電站的巖土工程的設(shè)計提供場地的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，以及設(shè)計地基參數(shù)，對場區(qū)巖土工程進行分析、評價，并對不良地質(zhì)作用的防治、處理方案作出論證和建議，解決了場地順向坡的穩(wěn)定性問題，場地場平開挖困難等問題，為同類工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】變電站設(shè)計; 穩(wěn)定性評價; 勘察設(shè)計; 地基基礎(chǔ)處理

變電站選址應(yīng)遵循“變電站建設(shè)應(yīng)符合國家土地使用政策，節(jié)約用地，盡量利用荒地、劣地、坡地，不得將站址建在已有滑坡、泥石流、大型溶洞、礦產(chǎn)采空區(qū)等地質(zhì)災(zāi)害地段”[1]和“站址選擇應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負荷分布、城鄉(xiāng)規(guī)劃、征地拆遷以及電力通道等要求進行全面綜合考慮”[2-3]的規(guī)定，對不利地段，應(yīng)提出避開要求，當(dāng)無法避開時，應(yīng)采取有效措施。隨著國家電網(wǎng)公司推廣實施“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化”變電站，為了節(jié)約土地資源，變電站站址選擇越來越復(fù)雜，尤其像云南高原地區(qū)，高原河流、地質(zhì)條件復(fù)雜[4-8]。

金沙江右岸新灘工程區(qū)為本區(qū)排泄最低基準(zhǔn)面。場地巖、土層主要為第四系覆蓋層和下伏基巖。其中覆蓋層分為坡積層（Q4dl）粉質(zhì)黏土;下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙廟組（J2s2）泥質(zhì)粉砂巖、砂巖。砂巖主要為粉砂巖和細砂巖，泥質(zhì)粉砂巖具有一定的崩解性[9-10]，新灘大部分區(qū)域均有基巖出露，整個場區(qū)基巖埋深較淺，主要的巖土工程問題為場地順向坡的穩(wěn)定性問題，場地場平開挖困難[11]。本文通過探明110 kV新灘變電站的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件，為變電站的巖土工程的設(shè)計提供場地的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，以及設(shè)計地基參數(shù)，對場區(qū)巖土工程進行分析、評價，并對不良地質(zhì)作用的防治、處理方案作出論證和建議。為此本文通過研究金沙江右岸新灘變電站地基進行勘察與基礎(chǔ)方案研究，對工程建設(shè)有重要的意義，為同類工程提供可靠經(jīng)驗。

1 巖、土物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)勘探揭露情況，本次勘察揭露1層土層，2個基巖層。為查明各巖土層的物理力學(xué)特性，本次勘察進行了室內(nèi)巖、土物理力學(xué)試驗，其中土樣2組，巖樣6組。因土層較薄，且多含碎塊石，未能進行土的原位測試。

1.1 室內(nèi)巖土試驗成果分析

項目包括巖土物理、力學(xué)性質(zhì)常規(guī)試驗[12-13]。在取原狀土樣的過程中，由于場區(qū)土層較薄，且多含碎塊石，一般在0.5 m，因此本次勘察僅采取到了2組原狀土樣進行室內(nèi)實驗，其中一組因擾動，未能進行相應(yīng)的物理、力學(xué)試驗。本次勘察共采取6組巖樣進行室內(nèi)試驗。試驗得出的各巖土層物理、力學(xué)參數(shù)按規(guī)范要求進行了匯總統(tǒng)計分析。

1.1.1 室內(nèi)土工試驗

勘察共完成2組土樣的常規(guī)物理力學(xué)實驗，見表1。粉質(zhì)黏土含水量平均值為18.1 %，孔隙比平均值為0.71，液限平均值為29.95 %，壓縮系數(shù)a0.1～0.2平均值為0.42 MPa-1，系中等壓縮性土。

1.1.2 室內(nèi)巖石試驗

根據(jù)勘察范圍內(nèi)的巖性差異、巖石空間分布特點及裂隙發(fā)育程度，在不同的位置、不同深度選取有代表性的巖塊進行巖石的物理、力學(xué)性試驗，共取巖樣6組，主要實驗項目有密度、空隙率、吸水率、抗壓強度（干、濕抗壓）等，但其中的泥質(zhì)粉砂巖層，因巖體較為破碎，未能采取巖樣進行試驗。從試驗成果看中等風(fēng)化砂巖為堅硬巖，飽和抗壓強度在74.3～136.1 MPa間，平均值為99.51 MPa，軟化系數(shù)平均值為0.72，見表2。根據(jù)以往工程經(jīng)驗類比，泥質(zhì)粉砂巖屬較軟巖。

1.2 巖土物理力學(xué)參數(shù)建議值

根據(jù)室內(nèi)試驗成果，結(jié)合以往工程經(jīng)驗類比，提出勘察區(qū)地基巖土物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)成果建議值，見表3。

2 場地巖土工程條件評價

2.1 場地穩(wěn)定性評價

根據(jù)GB/18306-2018《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》雙參數(shù)修正，勘察區(qū)50年超越概率10 %的基巖場地地震動峰值加速度為0.10g，相應(yīng)地震基基本烈度為Ⅶ度。根據(jù)GB50011-2010（2016版）《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》，勘察區(qū)的設(shè)計地震分組按第二組考慮。場區(qū)內(nèi)地形、地貌簡單，地層單一，無特殊巖土;基巖總體埋深較淺，在場區(qū)內(nèi)大面積出露，場地穩(wěn)定性較好，但場平后場區(qū)內(nèi)為半挖半填地基，故綜合判定為場地對建筑抗震不利地段。

2.2 場地類別

本次勘察未進行波速測試，根據(jù)場地工程地質(zhì)情況（勘察區(qū)覆蓋層厚度均小于3 m，屬中硬土）和以往工程經(jīng)驗類比，初步判定勘察區(qū)現(xiàn)狀場地類別為Ⅰ1類，但場平后，填土厚度最大達6.03 m，結(jié)合以往工程經(jīng)驗判定場平后場地類別為Ⅱ類，場地內(nèi)無可液化土層。

2.3 構(gòu)造對地基的影響

勘察區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較簡單，無三級以上的斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要發(fā)育兩組陡傾角的節(jié)理裂隙，故構(gòu)造對地基的影響甚微。

2.4 地基巖土強度評價

場區(qū)內(nèi)覆蓋層為坡積層（Q4dl）粉質(zhì)黏土，強度評價如下：

含碎礫石粉質(zhì)黏土：稍濕，可塑狀態(tài)，局部呈硬塑狀。局部含中等風(fēng)化—強風(fēng)化砂巖碎礫石。厚度變化不大，一般為0.3～1.0 m，局部達1.9 m。在場區(qū)普遍分布，局部缺失，承載力特征值為180 kPa。

強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖巖芯呈碎屑狀，總體上屬極破碎巖體，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級，承載力一般。中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、砂巖巖芯一般呈柱狀，短柱狀、少量餅狀及碎塊狀，總體上屬較完整巖體。根據(jù)巖體飽和單軸抗壓強度判斷，巖石為堅硬巖，但其中的泥質(zhì)粉砂巖互層屬較軟巖，因此總體上巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級，承載力較高。

2.5 地基均勻性評價

勘察區(qū)目前覆蓋層厚度較薄，一般在0.5 m左右，局部達1.9 m（ZK05、ZK07），厚度變化不大，在勘察區(qū)中南部地段有大面積基巖出露，無可壓縮層，總體上場地地基均勻性較好，屬均勻地基。

據(jù)設(shè)計提供的《110kV新灘變電站土方平衡圖》，場區(qū)場平后為兩個平緩的臺階，其中北部主要為填方區(qū)，局部為挖方區(qū)，場平高程在480.96～481.96 m之間，最大填筑厚度為6.03 m，最大開挖厚度為2.02 m;南部為半挖半填區(qū)，場平高程在485.46～487.00 m之間，最大填筑厚度2.82 m，最大挖方厚度7.12 m。

經(jīng)場平后，從場地存在土巖組合地基等工程地質(zhì)條件來看，場地地基為巖土組合地基，可壓縮層厚度差異較大。故總體上，場地地基均勻性較差，屬不均勻地基。

2.6 地基穩(wěn)定性評價

場地為緩坡地形，地形坡度約為15～20°，不臨高大邊坡，場區(qū)內(nèi)無滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)作用，但在場區(qū)的東部約50 m處發(fā)育一懸崖，在其后緣伴有南北走向，近直立的卸荷裂縫發(fā)育，對勘察區(qū)具有一定的影響。另外，場區(qū)基巖為順坡向產(chǎn)出，傾角與地形坡度相近，但場區(qū)內(nèi)節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整性較好，巖層層面結(jié)合較好，且區(qū)內(nèi)地下水埋深較大（大于20 m），地基巖體存在沿坡滑動的可能性不大，場地地基總體穩(wěn)定性一般。

場平開挖后，場區(qū)后緣開挖邊坡高度一般為5.0～5.78 m，均為巖質(zhì)邊坡，盡管為順向坡，但節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整性較好，巖層層面結(jié)合較好，且無地下水，開挖邊坡穩(wěn)定性較好，故開挖坡比建議為1∶0.3～直立。開挖中采用控制爆破，減少爆破對巖體的破壞，由于泥質(zhì)粉砂巖具有崩解性，應(yīng)及時對開挖邊坡進行錨噴支護，并加強邊坡后緣的地表水排水工作。

2.7 場地適宜性評價

從地質(zhì)構(gòu)造角度看，場區(qū)內(nèi)無Ⅲ級以上斷裂的斷裂及活動性斷裂穿過，為穩(wěn)定性稍好的地段;從地形、地貌角度看，場地開闊，無高邊坡，無滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害，場區(qū)內(nèi)主要的不良地質(zhì)作用為東部約50 m處發(fā)育的懸崖，對場地的適宜性存在一定影響，故總體上本場區(qū)場地基本適宜建筑。

2.8 場地地基巖土的電阻率成果分析

本次勘察共進行了26點電阻率測試，測試成果見表4，表層土的電阻率一般在58～529 Ω·m之間，平均值為213.95 Ω·m，變異系數(shù)較大，為0.63，說明表層土的電阻率存在較大差異，基巖電阻率一般在173～319 Ω·m，平均值為234.85 Ω·m，變異系數(shù)為0.16，基巖的電阻率較為穩(wěn)定。

2.9 地下水、土對地基的影響

2.9.1 地下水對地基的影響

本次勘察未勘測到地下水位，根據(jù)初步判斷，勘察區(qū)地下水位埋深大于30 m，并在基巖內(nèi)波動，故地下水對建（構(gòu)）筑物地基影響不大。

2.9.2 水、土的腐蝕性

勘察未揭露到地下水，因此未能采取水樣進行地下水的腐蝕性分析。根據(jù)電阻率測試結(jié)果，土的土壤視電阻率在100.48～376.8 Ω·m之間，見表5。根據(jù)土壤視電阻率，初步判斷土對鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，評價方法見表6。

3 地基基礎(chǔ)方案評價

（1）綜合樓。根據(jù)設(shè)計資料，綜合樓占地134.02 m2，大部分處于填方區(qū)，填方厚度在0～3 m之間，僅ZK04鉆孔附近為挖方區(qū)，開挖厚度在約0.2 m。場平后，地面高程在481 m左右，基巖埋深在0.3～4 m之間，壓縮層厚度變化較大，在填土較淺的地段采用淺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面將置于基巖之上，在填土較厚的地段建議采用墩基礎(chǔ)形式，并以基巖作為持力層，這樣可以消除地基不均勻?qū)ㄖ飵淼牟涣加绊?，而且該區(qū)域基巖埋深不大，無地下水的影響，施工難度不大。

（2）配電裝置室。根據(jù)設(shè)計資料，配電裝置室為地上二層，占地307.45 m2，全部處于填方區(qū)，填方厚度在0.7～4 m之間。場平后，地面高程在481 m左右，基巖埋深在1～6 m之間，壓縮層厚度變化較大。因此建議在填土較淺的地段采用淺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面將置于基巖之上，在填土較厚的地段建議采用墩基礎(chǔ)形式，并以基巖作為持力層。

（3）1號、2號主變壓器。根據(jù)設(shè)計資料，1號、2號主變壓器，處于挖、填方區(qū)分界線附近，最大填方厚度在1 m左右，最大挖方厚度也在1 m左右。場平后，地面高程在481.5 m左右，基巖埋深在0～1 m之間，可采用淺基礎(chǔ)，并以基巖作為持力層。

（4）1#組～ 4#組組合式電容器組。根據(jù)設(shè)計資料，1#組～ 4#組組合式電容器組均處于挖方區(qū)，挖方厚度在0.6～3.8 m之間。場平后，地面高程在485 m左右，地基全部為基巖，可采用淺基礎(chǔ)，并以基巖作為持力層。

（5）變電構(gòu)架。根據(jù)設(shè)計資料，場區(qū)內(nèi)的所有變電構(gòu)架均處于挖方區(qū)，挖方厚度在0～5 m之間。場平后，地基全部為基巖，可采用淺基礎(chǔ)，并以基巖作為持力層。

4 地基處理建議

場地在場平過程中會有大量的土石方開挖、回填。對于填方區(qū)域，應(yīng)嚴(yán)格控制填土的質(zhì)量，以減小填土沉降帶來的不利影響;對于挖方區(qū)域，挖方深度范圍內(nèi)多為堅硬巖體，開挖具有一定的難度，建議不要采用大規(guī)模爆破開挖，以免破壞巖體完整性，并造成不必要的超挖，對超挖的部分，應(yīng)采用級配碎石回填，并壓實后方可作為淺基礎(chǔ)持力層[14-17]。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

（1）勘察區(qū)為中等復(fù)雜場地。巖土工程勘察等級為乙級地震基本烈度為Ⅶ度。綜合判斷為場地對建筑抗震不利地段。

（2）場內(nèi)無滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，不良的地質(zhì)作用主要是場區(qū)東部約50 m處發(fā)育的懸崖和巖體風(fēng)化，對于東部的懸崖，建議對其做進一步的穩(wěn)定性分析和評價，并加強觀測;強風(fēng)化巖體分布范圍有限，其對工程的影響較小。

（3）場地地基主要為含碎塊石粉質(zhì)粘土和強風(fēng)化、中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、砂巖。場區(qū)內(nèi)最大開挖厚度為7.12 m，最大填方厚度為6.03 m，場平后地基為不均勻地基。

（4）根據(jù)土壤視電阻率測試結(jié)果，可以判斷場區(qū)內(nèi)的土層對鋼結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性。

（5）場地水文地質(zhì)條件簡單，地下水埋深大于30 m，無基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定問題。

（6）場區(qū)基巖為順坡向產(chǎn)出，傾角與地形坡度相近，但場區(qū)內(nèi)節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整性較好，巖層層面結(jié)合較好，且區(qū)內(nèi)地下水埋深較大（大于20 m），地基巖體存在沿坡滑動的可能性不大，場地地基總體穩(wěn)定性一般。

（7）場區(qū)后緣開挖邊坡高度一般為5.0～5.78 m，均為巖質(zhì)邊坡，盡管為順向坡，但節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整性較好，巖層層面結(jié)合較好，且無地下水，開挖邊坡穩(wěn)定性較好，故開挖坡比建議為1∶0.3～直立。

（8）根據(jù)工程特點并結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件，建議在綜合樓處淺基礎(chǔ)和墩基礎(chǔ)相結(jié)合的基礎(chǔ)形式;配電裝置室可采用淺基礎(chǔ)（以基巖作為持力層）和墩（樁）基礎(chǔ)（以基巖作為持力層）相結(jié)合的基礎(chǔ)形式;其余各建（構(gòu)）筑物可采用淺基礎(chǔ)，并以基巖作為持力層。

5.2 建議

（1）基礎(chǔ)開挖過程中應(yīng)加強驗槽工作，對開挖揭露到的異常情況應(yīng)及時進行相應(yīng)工程處理，必要時進行適當(dāng)補充勘察。

（2）場區(qū)內(nèi)主要建筑物均處于填方區(qū)，地基均勻性等相對較差，而挖方區(qū)場平后大部分區(qū)域為基巖，地基均勻性較好。建議在不影響建筑物使用功能的前提下，對場區(qū)內(nèi)的各單體建筑物進行重新布置，將主要建筑物調(diào)整至挖方區(qū)，這樣更利于主要建筑物的穩(wěn)定。

（3）對具體的基礎(chǔ)形式應(yīng)從工程造價、上部結(jié)構(gòu)要求等方面比較研究確定。

（4）開挖邊坡的穩(wěn)定性應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)面特征進行進一步的驗算，并進行錨噴支護。

（5）由于場區(qū)處于順向坡上，建議在填土層的下側(cè)增設(shè)支檔結(jié)構(gòu)，并先對填方區(qū)的原地基開挖成臺階式后再進行回填[18-20]。

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