某電力工程建設(shè)場(chǎng)地的可利用性評(píng)價(jià)研究

摘要：當(dāng)今對(duì)能源的不斷需求及人類生活范圍的大擴(kuò)張，使得電力工程建設(shè)場(chǎng)地條件日益復(fù)雜，使得針對(duì)電力工程建設(shè)場(chǎng)地的評(píng)價(jià)具有重要的意義。本文以西南某電力工程場(chǎng)地的可利用性評(píng)價(jià)來對(duì)其進(jìn)行探討，主要研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面：場(chǎng)地構(gòu)造穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)、場(chǎng)地整體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及場(chǎng)地地基穩(wěn)定評(píng)價(jià)，提出針對(duì)場(chǎng)地建設(shè)中的可利用性問題進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：建設(shè)場(chǎng)地 場(chǎng)地構(gòu)造穩(wěn)定性 場(chǎng)地整體穩(wěn)定性 場(chǎng)地地基穩(wěn)定性

1.工程概況

某變電工程場(chǎng)地位于四川省西部甘孜藏族自治州東南部的瀘定縣，地理位置位于東經(jīng)101°46′-102°25′，北緯29°54′-30°10′之間。且其周邊發(fā)育有鮮水河斷裂及龍門山斷裂兩條活動(dòng)性深大斷裂。變電工程構(gòu)筑物主要建筑采用框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立基礎(chǔ)，單柱荷載25噸/平方米。本文將從區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性、場(chǎng)地穩(wěn)定性及地基穩(wěn)定性三個(gè)方面對(duì)電力工程場(chǎng)地穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并最終得出場(chǎng)地的整體評(píng)價(jià)。

2.場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

場(chǎng)地呈向西吐出的EW向臺(tái)地，臺(tái)地后緣山麓坡腳處發(fā)育有一近南北向展布、規(guī)模較大的洼地-凹槽圈谷地形，北側(cè)及南側(cè)發(fā)育有與之相聯(lián)系的側(cè)緣深切溝及緩坡坳地。西側(cè)前緣為河谷侵蝕基巖臺(tái)地（照片2-1）。

圖2-1 甘谷地斜坡重力堆積地貌（鏡向N）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，顯然，沿甘谷地場(chǎng)地縱向發(fā)育較為典型的圈谷洼地-臺(tái)地-吐出延展地形，配之以兩側(cè)緣溝槽地形，已構(gòu)成較為完整的斜坡重力堆積地貌體系。

2.2 堆積體結(jié)構(gòu)特征及巖性

組成甘谷地臺(tái)地主體的塊狀、巨塊狀及塊碎石狀強(qiáng)~全風(fēng)化花崗巖堆積體，其巖體結(jié)構(gòu)及空間分布呈現(xiàn)出顯著的孤立性。其北側(cè)挖角溝以北、南側(cè)大渡河岸坡、東側(cè)二郎山山麓斜坡及西側(cè)甘露寺臺(tái)地均未見清晰的花崗巖基巖(圖2-2)。

場(chǎng)地下部主體由具有整體性結(jié)構(gòu)的強(qiáng)~全風(fēng)化堆積花崗巖塊體構(gòu)成。巖石內(nèi)部抗風(fēng)化能力較弱的長(zhǎng)石及云母等礦物，已風(fēng)化呈褐黃色粉狀物。

場(chǎng)地淺層巖土主要為具有密實(shí)幢結(jié)構(gòu)的塊碎石及巖屑堆積，其中，巖石及角礫成分為花崗巖，棱角狀、無分選，含量75~98%，粒徑一般0.02~0.35米；充填物主要為褐色巖屑及少量粉粒，含量2~25%，稍濕。

場(chǎng)地表層廣泛發(fā)育有崩坡積塊碎石、巖屑及粘性土混合堆積。

圖2-2 甘谷地場(chǎng)址工程地質(zhì)環(huán)境圖

（Qal-沖積層；Qpl-洪積層；Qdl-坡積層；Qdel-滑坡堆積； Qcdel-墜覆堆積；r2-元古代花崗巖。）

2.3 場(chǎng)地水文條件

甘谷地場(chǎng)地巖土體具有較好的滲透性，即使是在雨季高強(qiáng)度降水期，也未出現(xiàn)地表積水現(xiàn)象。表明地表水通過貫通性良好的垂向裂隙-孔隙體系向深部下滲，導(dǎo)致巖體下部地下水富集。場(chǎng)地北側(cè)深切溝谷內(nèi)，可見地下水常年持續(xù)滲流，豐水期單泉流量約0.2l/s。

3.場(chǎng)地構(gòu)造穩(wěn)定性分析

擬建場(chǎng)址區(qū)均位于川滇棱形斷塊與川西北三角形斷塊的交接復(fù)合部位。喜山運(yùn)動(dòng)期以來，伴隨青藏高原的強(qiáng)烈隆升，地殼巖體持續(xù)承受較為強(qiáng)烈的近EW向水平推擠作用。在該區(qū)域特定的地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境條件下，新構(gòu)造活動(dòng)的基本特征表現(xiàn)在以下幾方面：

3.1 大面積間歇性急速抬升

喜山運(yùn)動(dòng)第一幕之后，大致中新世時(shí)期，區(qū)域范圍內(nèi)經(jīng)歷剝蝕夷平作用，形成統(tǒng)一的剝夷準(zhǔn)臺(tái)原。上新世以來，伴隨青藏高原的大規(guī)模強(qiáng)烈隆起，準(zhǔn)臺(tái)原大面積間歇急速抬升并逐漸解體，自NW向SE抬升幅度達(dá)3500~1500米不等。

3.2 斷塊抬升運(yùn)動(dòng)的不均一性

區(qū)域SN向、NW向和NE向活動(dòng)性斷裂構(gòu)造將地殼巖體分割成若干斷塊。喜山運(yùn)動(dòng)以來各斷塊抬升的強(qiáng)度和幅度各異。總的趨勢(shì)是西北部強(qiáng)東南部弱，區(qū)域地貌明顯也表現(xiàn)為階梯式下降的特點(diǎn)，顯示出明顯的分區(qū)性。形成西部強(qiáng)烈隆起區(qū)和東部抬升區(qū)的現(xiàn)代地質(zhì)-地貌格局。

3.3 斷裂活動(dòng)的差異性特征

區(qū)內(nèi)各主要斷裂的新構(gòu)造活動(dòng)均表現(xiàn)出不同程度的差異性。這種差異性主要表現(xiàn)在活動(dòng)強(qiáng)度、幅度和活動(dòng)形式及時(shí)限等方面。

NW向磨西斷裂的活動(dòng)性最強(qiáng)，活動(dòng)性質(zhì)為左旋走滑型，至今仍保持5~8mm/a左右的滑動(dòng)速率，屬全新世活動(dòng)斷裂，是影響場(chǎng)地地震效應(yīng)的主要因素；

北東向龍門山斷裂帶（南西段）活動(dòng)性次之，活動(dòng)形式為右旋走滑兼有一定的逆沖分量，最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世晚期至全新世初期，對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性的影響較小；

南北向大渡河斷裂帶，以擠壓為主兼有一定的左旋走滑性質(zhì)，主要活動(dòng)期在中更新世中期至晚更新世早期，無新活動(dòng)性。

4.場(chǎng)地整體穩(wěn)定性分析

4.1 場(chǎng)地穩(wěn)定性計(jì)算模型及參數(shù)

圖4-1 甘谷地場(chǎng)地Ⅰ-Ⅰ/ 工程地質(zhì)剖面圖

（Qal-沖積層；Qpl-洪積層；Qdl-坡積層；Qdel-滑坡堆積；Qcdel -墜覆堆積； r2-元古代花崗巖。）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)研確定的地質(zhì)剖面（圖4-1），確定甘谷地場(chǎng)地抗滑穩(wěn)定分析的邊界條件。圖4-2及4-3為場(chǎng)地總體模型和各種潛在破壞模式的極限平衡計(jì)算模型。

綜合考慮場(chǎng)地巖土條件的工程類比經(jīng)驗(yàn)和分析試算，獲得表4-1所示模型計(jì)算參數(shù)。地震峰值加速度0.3g。

根據(jù)已確定的計(jì)算模型及巖土介質(zhì)參數(shù)，其中飽水參數(shù)按0.9折減。采用適用于復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)模型的Mogenstern-price法計(jì)算進(jìn)行場(chǎng)地穩(wěn)定性分析。工程環(huán)境狀況考慮天然、暴雨、地震和暴雨+地震等四種情況。

圖4-2 甘谷地站址場(chǎng)地穩(wěn)定性極限平衡分析總體模型

[ 計(jì)算模式1\\ 計(jì)算模式2\\ 計(jì)算模式3\\ 計(jì)算模式4\\]

圖4-3 甘谷地場(chǎng)地穩(wěn)定性極限平衡計(jì)算模式圖

（模式1-整體模型；模式2-中前部A＋B塊體模型；3-前部A塊體模型；模式4-后緣崩坡積模型。）

表4-1 模型計(jì)算參數(shù)

[ \\內(nèi)聚力（Kpa）\\內(nèi)摩擦角( °)\\容重/飽和（MN/m3）\\地震系數(shù)\\塊石堆積體\\0\\30\\0.020 / 0.022\\

0.30\\強(qiáng)風(fēng)化花崗巖堆積體\\15000\\42\\0.0255 / 0.0260\\花崗巖基巖\\35000\\50\\0.0268 / 0.0274\\潛在滑移控制面\\350\\35\\\\]

4.2 穩(wěn)定性計(jì)算成果分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)研確定的巖體力學(xué)計(jì)算模型及參數(shù)，考慮各種工況條件的計(jì)算成果見表4-2。據(jù)此，對(duì)場(chǎng)地的穩(wěn)定性狀況作出如下分析評(píng)價(jià)。

a.場(chǎng)地整體穩(wěn)定性（模式1）

根據(jù)變電所巖土工程勘測(cè)技術(shù)規(guī)程8.4.3條：對(duì)已有工程邊坡，其安全系數(shù)FS=1.10~1.25。表4-2計(jì)算成果表明，甘谷地場(chǎng)地整體穩(wěn)定性狀況良好。

天然狀況下的穩(wěn)定性系數(shù)K≥3.53；暴雨飽水極限水文地質(zhì)狀況下，穩(wěn)定性系數(shù)K≥2.50；最強(qiáng)地震荷載與極限水文地質(zhì)同時(shí)疊加的最惡劣工況下，穩(wěn)定性系數(shù)K≥2.25。

顯然，各種極限工況條件下場(chǎng)地的整體穩(wěn)定性均具有較高的安全儲(chǔ)備。計(jì)算成果與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查資料吻合。

b.場(chǎng)地中前部巖體穩(wěn)定性（模式2）

表4-2計(jì)算成果顯示，場(chǎng)地中-前部巖體天然狀況下的穩(wěn)定性系數(shù)K≥3.50，具有較高的安全儲(chǔ)備；暴雨飽水極限水文地質(zhì)狀況下，穩(wěn)定性系數(shù)有所降低K≥2.74，仍具有較高的安全儲(chǔ)備；最強(qiáng)地震荷載與極限水文地質(zhì)同時(shí)疊加的最惡劣工況下，穩(wěn)定性系數(shù)K≥2.50，巖體穩(wěn)定性狀況良好。

c.場(chǎng)地前部巖體穩(wěn)定性（模式3）

表4-2計(jì)算成果顯示，場(chǎng)地前部巖體天然狀況下的穩(wěn)定性系數(shù)K≥3.42，具有較高的安全儲(chǔ)備；暴雨飽水極限水文地質(zhì)狀況下，穩(wěn)定性系數(shù)有所降低K≥2.80，仍具有較高的安全儲(chǔ)備；最強(qiáng)地震荷載與極限水文地質(zhì)同時(shí)疊加的最惡劣工況下，巖體穩(wěn)定性系數(shù)K≥2.58，仍保持良好的穩(wěn)定性。

d.場(chǎng)地后緣崩坡積體的穩(wěn)定性（模式4）

表4-2計(jì)算成果顯示，場(chǎng)地后緣崩坡積體天然狀況下的穩(wěn)定性系數(shù)K≥1.66，具有較好的穩(wěn)定性；暴雨巖體飽水極限水文地質(zhì)狀況下的穩(wěn)定性系數(shù)降低至K≥1.24，仍可保持穩(wěn)定性；最強(qiáng)地震荷載與極限水文條件同時(shí)疊加的最惡劣工況下，巖體穩(wěn)定性系數(shù)K≥1.14，具有一定的穩(wěn)定性，但安全儲(chǔ)備較低。

表4-2 甘谷地場(chǎng)地穩(wěn)定性計(jì)算成果

[計(jì)算方法

潛在破壞模式\\Mogenstern-price法\\天然狀態(tài)\\蓄水\\地震\\蓄水+地震\\模式1\\3.536\\2.506\\2.897\\2.253\\模式2\\3.506\\2.743\\3.075\\2.507\\模式3\\3.427\\2.806\\3.144\\2.582\\模式4\\1.667\\1.242\\1.513\\1.142\\]

5.場(chǎng)地地基穩(wěn)定性分析

5.1 地基承載力分析

地基承載力的確定可按塑性狀態(tài)計(jì)算、極限狀態(tài)計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定。在本文所研究的場(chǎng)地受調(diào)查時(shí)間及建筑物基礎(chǔ)類型的限制，采用塑性狀態(tài)計(jì)算確定地基承力。

允許地基中存在一定深度的塑性變形區(qū)域z（z=b/4），則按《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版），可采用以下公式計(jì)算地基承載力特征值：

[fa=Mbrb+Mdrmd+mcck] （1）

5.2 地基沉降變形分析

a.沉降計(jì)算

本文中采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法確定地基的沉降變形，由于場(chǎng)地為碎石土，可不考慮地基瞬時(shí)沉降，同時(shí)次固結(jié)沉降不考慮，于是場(chǎng)地沉降僅考慮地基的固結(jié)沉降。按規(guī)范規(guī)定，由下式（2）計(jì)算得到的沉降s＇尚應(yīng)乘以一個(gè)沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs，以提高計(jì)算精確度。ψs定義為根據(jù)地基沉降觀測(cè)資料推算的最終沉降量s∞。

[s''=i=1nΔs''i=i-1nP0Esi(zia-zi-1ai-1)] （2）

[s∞=ψs×s'']

b.沉降計(jì)算深度Zn的確定

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）用符號(hào)Zn表示沉降計(jì)算深度，并規(guī)定Zn應(yīng)符合下列要求：

[Δs''≤0.025i=1nΔs''i] （3）

5.3 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果見表5-1。計(jì)算結(jié)果顯示：甘谷地場(chǎng)址和海子場(chǎng)址的地基承載力滿足構(gòu)筑物所需承載力（fa=408>250KPa）;地基沉降變形以構(gòu)筑物最大荷載進(jìn)行計(jì)算，得到甘谷地場(chǎng)址最大沉降量為7.5毫米。表明，兩場(chǎng)地地基處于穩(wěn)定。

表5-1 地基承載力及變形計(jì)算結(jié)果

[項(xiàng)目

建（構(gòu)）筑 物 名 稱\\基礎(chǔ)埋深（米）\\單柱荷載（kN）\\甘谷地場(chǎng)址地基\\備注

\\fa/KPa\\s∞/mm\\Zn\\主控制樓\\2.5\\25T/m2\\408\\7.5\\7.8\\b=4\\10kV配電室裝置室\\2.5\\25T/m2\\408\\7.5\\7.8\\電容器場(chǎng)地基礎(chǔ)\\2.5\\12T/m2\\408\\2.5\\7.8\\構(gòu)支架\\2.5\\25T/m2\\408\\7.5\\7.8\\主變壓器構(gòu)架及基礎(chǔ)\\2.5\\12T/m2\\408\\2.5\\7.8\\附屬建筑\\\\\\\\\\]

6.結(jié)論及建議

（1）本文針對(duì)西南某電力工程建設(shè)場(chǎng)地的可利用性，提出分別從場(chǎng)地的構(gòu)造穩(wěn)定性、場(chǎng)地整體穩(wěn)定性及場(chǎng)地地基穩(wěn)定性三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行分析評(píng)價(jià)；

（2）通過場(chǎng)地構(gòu)造穩(wěn)定性分析，場(chǎng)地周邊主要活動(dòng)期在中更新世中期至晚更新世早期，無新活動(dòng)性，處于穩(wěn)定狀態(tài)，主要受周邊地震波及影響；

（3）場(chǎng)地整體穩(wěn)定性安全儲(chǔ)備較高，處于穩(wěn)定狀態(tài)；

（4）地基承載力大于電力工程構(gòu)筑物荷載，且沉降滿足要求，場(chǎng)地地基處于穩(wěn)定狀態(tài)

參考文獻(xiàn)：

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