郭金龍,劉清石,韓 飛
(1. 遼寧省柴河水庫(kù)管理局有限責(zé)任公司,遼寧 鐵嶺112000;2. 鐵嶺天信公用事業(yè)集團(tuán)股份有限公司,遼寧 鐵嶺112000)
柴河水庫(kù)位于遼寧省鐵嶺市,大壩下游區(qū)域面積約500 畝(1 畝=1/15 hm2),地面上建水電站、光伏電站等工程建筑物。水電站于1974 年建成,為壩后式水電站,裝機(jī)容量7 030 kW,2014 年進(jìn)行增效擴(kuò)容改造,年平均發(fā)電量900 萬(wàn)kW·h。光伏電站于2017 年建成并發(fā)電,裝機(jī)容量15 MW,共計(jì)14 個(gè)發(fā)電單元,采用多晶硅270 Wp,年平均發(fā)電量2 100 萬(wàn)kW·h。工程地質(zhì)情況對(duì)于水電站、光伏電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要,掌握工程地質(zhì)情況對(duì)于后續(xù)工程除險(xiǎn)加固、項(xiàng)目興建也具有重要借鑒意義。
(1)查明場(chǎng)區(qū)地形地貌特征。
(2)查明場(chǎng)區(qū)內(nèi)巖土層的類型、深度、分布、工程特性,分析和評(píng)價(jià)地基的穩(wěn)定性、均勻性和承載力。
(3)查明工程場(chǎng)地不良巖土層,對(duì)其分布及工程地質(zhì)特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
(4)查明地下水的埋藏條件及含水層性質(zhì)。
(5)判定水和土對(duì)建筑材料的腐蝕性。
(6)提供場(chǎng)地土的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度。
(7)確定工程區(qū)的地震基本烈度,評(píng)價(jià)場(chǎng)區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性。
根據(jù)場(chǎng)地情況按網(wǎng)格狀布設(shè)鉆孔53 個(gè),設(shè)計(jì)孔深8 ~15 m(見(jiàn)圖1)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔揭露地層情況,個(gè)別孔深或進(jìn)行增減,如提前遇見(jiàn)穩(wěn)定的強(qiáng)風(fēng)化或弱風(fēng)化基巖,則可以終孔。
區(qū)域地貌類型為侵蝕構(gòu)造形成的圓頂狀低山,海拔一般在71 ~113 m 之間,地勢(shì)東高西低,主要地層為前震旦系混合巖以及新生界全新統(tǒng)沖洪、坡積物。
工程區(qū)構(gòu)造體系以東西向構(gòu)造和新華夏系構(gòu)造為主。東西向構(gòu)造由東西向分布的懿路—小會(huì)試屯復(fù)向斜和若干小褶皺組成,伴隨著這些東西向褶皺形成了一些東西向斷層;新華夏系構(gòu)造主要發(fā)育于哈達(dá)嶺新華夏系一級(jí)隆起帶上,僅見(jiàn)斷層,未見(jiàn)褶皺。
場(chǎng)地地貌類型為侵蝕堆積形成的山間沖洪積谷地,大部分為耕地和荒地,整體地勢(shì)向柴河河道方向傾斜,開(kāi)挖有若干魚(yú)塘,地面高程起伏較大,坑洼區(qū)域分布不均,山前坡地地面高程為87.1 ~118.8 m,魚(yú)塘及柴河河漫灘地面高程為70.5 ~82.7 m。
場(chǎng)地內(nèi)無(wú)斷層和褶皺構(gòu)造。鉆探揭露第四紀(jì)上更新統(tǒng)砂礫巖,分布不均勻,上覆于前震旦系混合巖之上,局部與混合巖的接觸面起伏變化較大,交錯(cuò)關(guān)系較復(fù)雜[1-2]。
場(chǎng)地地層巖性主要為雜填土和素填土;第四系全新統(tǒng)(Q4)粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、中砂、礫砂、圓礫、卵石和坡積碎石土;第四系上更新統(tǒng)(Q3)砂礫巖;前震旦系混合巖(M)?,F(xiàn)分述如下(見(jiàn)圖2):
第①層:碎石土,雜色,主要由黏性土和碎石組成,碎石主要巖性為混合巖,呈角礫狀,級(jí)配較差,稍密~中密,局部松散,揭露層厚2.1 ~6.5 m。
第②層:粉質(zhì)黏土,灰黃、黃褐色,可塑,干強(qiáng)度中等,韌性一般,揭露層厚0.6 ~3.4 m(見(jiàn)表1)。
表1黏土物理力學(xué)性能
第③層:圓礫,母巖主要為砂礫巖、混合巖,粒徑不均勻,級(jí)配良好。一般粒徑2 ~5cm,最大粒徑10cm。稍密~中密,局部密實(shí),濕~飽和。除山前坡地外,在整個(gè)場(chǎng)區(qū)均有揭露,揭露層厚1.2 ~5.7 m。
第④層:全、強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖,為第四系上更新統(tǒng)(Q3)地層,雜色。全風(fēng)化砂礫巖,除石英礫石外多已風(fēng)化為黏土礦物,巖芯呈黏土和砂土狀,手掰易散,局部夾有強(qiáng)風(fēng)化碎塊,該層分布不連續(xù),在19 個(gè)鉆孔有揭露,層厚0.5 ~4.4 m。
第⑤層:全、強(qiáng)風(fēng)化混合巖,為前震旦系(M)地層,主要分布于山前坡地,雜色。全風(fēng)化混合巖,除石英外多已風(fēng)化為黏土礦物,巖芯呈黏土和砂土狀,手掰易散,局部夾有強(qiáng)風(fēng)化碎塊,該層分布不連續(xù),最大揭露厚度3.1 m。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)后的標(biāo)準(zhǔn)貫入和重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)擊數(shù)確定各土層的承載力、變形模量、內(nèi)摩擦角等(見(jiàn)表2)。
(2)第①-1 層和第②層可塑粉質(zhì)黏土層、第②-1 層粉砂層、第②-2 層細(xì)砂層、第②-3 層中砂層、第③-1 層礫砂層和第③-2 層卵石層均為局部分布,且厚度較小。
(3)第①層碎石土層,由黏性土、風(fēng)化碎屑和碎石組成,稍密~中密,局部松散,局部含有多量黏性土,土層均勻性局部較差,主要分布于山前坡地。
(4)第③層圓礫層,稍密~中密,局部密實(shí),除山前坡地外,場(chǎng)地內(nèi)基本為連續(xù)分布。
(5)第④層砂礫巖,主要分布于柴河老河道下部地區(qū),厚度變化較大,場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)。
(6)第⑤層混合巖,主要分布于場(chǎng)地東側(cè)和西南角為山前坡地,場(chǎng)地內(nèi)分布不連續(xù)。
表2各層承載力
3.5.1 場(chǎng)區(qū)地下水及循環(huán)特點(diǎn)
場(chǎng)地地下水為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水,主要賦存于圓礫層和基巖裂隙中,兩者直接相連,為連通關(guān)系[3]。由于地形起伏較大,勘察期間地下水最大埋深約為7.3 m,高程位于71.67 ~73.93 m 之間,地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水,排泄方式主要為地下徑流及人工開(kāi)采,水位隨季節(jié)變幅約為1 ~2 m。
3.5.2 場(chǎng)區(qū)巖土體滲透特性
場(chǎng)地內(nèi)圓礫層為主要含水層。受季節(jié)變幅影響,砂土和粉質(zhì)黏土層也可能賦水(見(jiàn)表3),其中粉砂、圓礫、卵石及粉質(zhì)黏土層的滲透系數(shù)系根據(jù)地方經(jīng)驗(yàn)給出,其他砂土層的滲透系數(shù)是依據(jù)滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式給出:
k= Cd210(0.7+0.03t)
式中,k 為滲透系數(shù)(m/d),d10為顆粒的有效粒徑,t 為滲透水的溫度(℃),C 為常數(shù),黏土質(zhì)砂取500 ~700,純砂取700 ~1 000。
表3含水層滲透系數(shù)
3.5.3 場(chǎng)區(qū)地下水化學(xué)特征
依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2009)評(píng)價(jià)水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性;依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487—2008)評(píng)價(jià)水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性(干濕交替),對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性(見(jiàn)表4)。
表4環(huán)境水腐蝕性分析統(tǒng)計(jì)
3.6.1 邊坡穩(wěn)定性
場(chǎng)地東側(cè)和西南角為山前坡地,局部坡度較陡,如果進(jìn)行開(kāi)挖,為滿足開(kāi)挖后的邊坡穩(wěn)定性,建議設(shè)計(jì)根據(jù)地下水埋深情況及開(kāi)挖巖土體狀態(tài),采取相應(yīng)的地下水控制措施;同時(shí)對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算,以選取合理的開(kāi)挖形式和支護(hù)方式[4-6](見(jiàn)表5)。表5 中數(shù)據(jù)為邊坡坡頂無(wú)堆載,且地下水位降至基坑底面0.5 m 以下的坡率值。
表5邊坡開(kāi)挖坡率允許值
3.6.2 場(chǎng)地地震效應(yīng)及砂土地震液化判別
依據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015),擬建場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g,對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為7 度,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。
本場(chǎng)地的砂類土地層多位于地下水位以上,僅局部位于地下水位以下,考慮地下水位季節(jié)變幅和不利工況,為可能出現(xiàn)液化的地層,需進(jìn)行液化判別。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)初步判定該層為可能液化土層,采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法進(jìn)一步進(jìn)行判別,按下式計(jì)算:
Ncr= N0β[ln(0.6ds+1.5)-0.1dw](3/ρc)0.5
式中,Ncr為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值;N0為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值;ds為飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度(m);dw為地下水位(m);ρc為黏粒含量百分率,當(dāng)小于3 或?yàn)樯巴習(xí)r,應(yīng)采用3;β為調(diào)整系數(shù),設(shè)計(jì)地震第一組區(qū)0.80,第二組取0.95,第三組取1.05。
當(dāng)某地層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)N 大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值Ncr時(shí),可判別該地層不液化。本場(chǎng)地的砂類土均為非液化土層,結(jié)果如下所示(見(jiàn)表6)。
表6液化判別計(jì)算
(1)場(chǎng)地內(nèi)砂土層無(wú)地震液化問(wèn)題。
(2)中砂、圓礫、礫砂和卵石層為強(qiáng)透水地層,如施工過(guò)程中建議采取適宜的降水、排水處理措施。
(3)環(huán)境水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性,對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性(干濕交替),對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。
(4)擬建場(chǎng)地位于柴河水庫(kù)大壩下游,施工時(shí)要避免對(duì)壩腳一定范圍內(nèi)的巖土體進(jìn)行開(kāi)挖或擾動(dòng),并做好監(jiān)測(cè)工作,當(dāng)雨季或者汛期施工時(shí),要做好排水工作,并加強(qiáng)觀測(cè)。
(5)場(chǎng)地東側(cè)山前坡地基巖埋深較淺,局部直接出露風(fēng)化基巖,不適宜采用樁基礎(chǔ)施工。另外,場(chǎng)地普遍分布有圓礫、角礫等碎石土地層,局部為密實(shí)狀態(tài),對(duì)靜壓預(yù)制樁施工有較大影響。
(7)施工時(shí)如果涉及開(kāi)挖基槽須進(jìn)行驗(yàn)槽工作。
(8)場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度1.40 m。