長河壩水電站壩區砂層液化分析

劉永波，谷江波，陳春文，胡金山

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

長河壩水電站壩區砂層液化分析

劉永波，谷江波，陳春文，胡金山

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

本文依據勘察試驗成果，結合技術規范采取多種方法對②-C砂層進行了初判，判別結果該層均為可能液化砂層，采用標貫、相對密度、相對含水量、液性指數、剪應力對比法等方法進行復判，判別結果該層為可液化砂層，建議采取挖除，設計通過計算分析，最終采取挖除措施。

液化砂層；相對密度；相對含水量；液性指數；剪應力對比法

1 工程概況

長河壩水電站是大渡河流域水電梯級近期開發的大型水電工程之一，電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，地處大渡河上游金湯河口以下約4～7 km河段。水庫正常蓄水位1 690 m，正常蓄水位以下庫容約10.15億m3，總庫容為10.75億m3，調節庫容為4.15億m3，具有季調節能力。裝機容量2 600 MW。

最大壩高240.0 m，壩頂長度502.85 m，壩頂寬度16.0 m，心墻范圍內的覆蓋層基礎進行固結灌漿，心墻下部河床覆蓋層設置2道間隔14.0 m的混凝土防滲墻防滲，上游墻厚度1.4 m，下游墻厚度1.2 m，心墻底面高程以下最大墻深約50.0 m。上游防滲墻與心墻間采用廊道式連接，上游防滲墻下接帷幕灌漿，最大深度約117.00 m；下游防滲墻與心墻間采用插入式連接，防滲墻插入心墻深度約15.00 m，基礎灌漿廊道及混凝土刺墻周圍采用高塑性粘土。

2 工程地質條件

大渡河長河壩水電站地處鮮水河斷裂帶、龍門山斷裂帶和安寧河～小江斷裂帶所切割的川滇菱形塊體、巴顏喀拉塊體和四川地塊交接部位，處于川滇菱形塊體東緣外側，區域地質構造背景復雜。長河壩水電站工程場地50年超越概率10%的基巖水平峰值加速度為172 gal，100年超越概率2%的基巖水平峰值加速度為359 gal，相對應的地震基本烈度為Ⅷ度，區域構造穩定性較差。

壩址區河谷相對開闊，大渡河流經該區，由南東轉為南西流向形成一個90°的河灣。河谷兩岸自然邊坡陡峻，臨江坡高700.0 m左右，左岸上緩下陡，坡角65°～40°；右岸上緩下陡坡角60°～35°；枯水期河水面寬110～120 m，水深3.0～5.0 m。岸坡中沖溝較發育，溝谷走向基本垂直岸坡，規模較小，切割較淺，除左壩肩梆梆溝和右岸下游沙場溝有常年流水外，其余沖溝均為季節性溝谷。

壩址區出露巖體為一套晉寧期—澄江期的侵入巖，其巖性以花崗巖、石英閃長巖為主。微風化～新鮮的黑云花崗巖干密度平均值為2.72 g／cm3，濕抗壓強度平均值為137.72 MPa，花崗巖、石英閃長巖、輝長巖巖石致密堅硬，力學強度高，為堅硬巖。

鉆孔揭示，河床覆蓋層結構較復雜，壩址區河床覆蓋層厚度60.0～70.0 m，局部達79.3 m。根據河床覆蓋層成層結構特征和工程地質特性，自下而上（由老至新）可分為3層：第①層為漂（塊）卵（碎）礫石層（fglQ3），分布河床底部，厚3.32～28.50 m；第②層為含泥漂（塊）卵（碎）砂礫石層（alQ41），厚5.84～54.49 m，分布在河床覆蓋層中部及一級階地上，②層中上部有②-C砂層分布，②-C砂層在上游、下游均有分布，但不連續；第③層為漂（塊）卵礫石層（alQ42），分布河床淺表，厚4.0～25.8 m。其中②-C砂層厚度0.75～12.5 m，埋藏深度3.30～25.7 m，厚度較大，為飽水的少粘性砂土。

3 砂層分布及其液化判別

根據勘探揭示，砂層在平面上主要分布在河床的右岸壩軸線下游側，向左岸厚度逐漸變薄至尖滅。在平面上呈長條狀分布，順河長度大于650 m，寬度一般為80～120 m，局部呈透鏡體分布于壩軸線附近和壩軸線靠下游，厚度較大，且不均勻，埋藏深度3.30～25.7 m，為飽水的少粘性砂土或無粘性砂土。據砂層測年（ESR）資料，砂層形成時間為0.7±0.1萬年，為全新世早期。按照現行規范，根據砂層形成年代、顆粒組成、標準貫入錘擊數、相對密度、相對含水量、剪切應對比等方法，對該砂層進行液化判別。

3.1 ②-C砂層初判

根據勘探和試驗②-C砂層為第四紀全新世Q4地層，年代晚于第四紀晚更新世Q3；砂層粒徑小于5 mm顆粒含量為77.55%～100%；粒徑小于0.005 mm的顆粒ρC含量百分率為0%～15.08%，小于相應地震設防烈度七度、八度和九度含量為16%、18%和20%；正常運行情況下為水下飽和砂層；砂層的剪切波速度小于上限剪切波速度（見表1）。綜合上述初判可能為液化砂。

表1 長河壩壩址區砂層剪切波速液化判別

3.2 ②-C砂層復判

按照《水力發電工程地質勘察規范》（GB50287 -2006）以及《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）標貫復判：根據勘察規范，在埋深20 m內利用公式計算標準貫入錘擊數臨界值和實測值進行比較（見表2）。②-C砂層在七度、八度地震均有液化的可能。

根據相對密度復判：根據鉆孔及其顆分試驗XZK02、XZK20、XZK17-1和XZK94孔的粘粒含量在7.17%～10.93%，屬少粘性土，不適于該判別法。而XZK93、XZK17-4孔的粘粒含量均為0%，屬無粘性土，相對密度D r為0.61～0.64，小于地震設防烈度七度、八度和九度時的液化臨界相對密度（D r）cr為0. 7、0.75和0.85，判為可液化砂（見表3）。

表2 長河壩水電站壩址區②-C層砂層標貫成果統計

表3 長河壩壩址區相對密度試驗成果

根據相對含水量、液性指數復判：XZK01孔的粘粒含量在3.98%～9.30%，屬少粘性土。試驗結果表明砂層的相對含水量為1.03%，大于0.9%。砂層的液性指數為1.09，大于0.75均判為可液化砂（見表4）。

根據《水電水利工程壩址區工程地質勘察技術規程》（DL／T 5414-2009）附錄Y收錄剪應力對比法，利用振動液化試驗復判：見振動液化試驗表5、6、7。

表4 長河壩壩址區砂層相對含水量、液性指數試驗成果及液化判別

表5 長河壩壩址區砂層液化試驗成果

表6 長河壩壩址區砂層動剪應力比試驗成果

表7 長河壩壩址區砂層及動強度指標成果

根據XZK02、XZK20剪應力對比判別：②-C砂層室內動三軸振動液化試驗表明，取KC＝1、振次為10和KC＝1、振次為20時，其砂層②-C現場抗液化剪應力分別為0.104～0.113、0.091～0.101，當地震加速度為0.1 g時，其引起的等效剪應力比為0.067～0.068，砂層不液化；當地震加速度為0.15 g時，其引起的等效剪應力比為0.10～0.102，砂層液化處于臨界狀態；當取地震加速度為0.20 g時，其引起的等效剪應力比為0.133～0.136，砂層處于液化狀態。

根據XZK93、XZK94剪應力對比判別：②-C砂層室內動三軸振動液化試驗表明，取KC＝1時砂層②-C現場抗液化剪應力分別為18.16kPa和21.48kPa，大于地震設防烈度七度時的地震引起等效剪應力13.41kPa和15.7kPa，砂層不液化；當地震設防烈度為八度時，小于引起的等效剪應力為26.83 kPa和31.39 kPa，砂層處于液化狀態。

3.3 開挖揭示后②-C砂層復判

技施階段施工開挖后新增了標準貫入試驗，判定結果見表8。經標貫復判，②-C砂層在八度、九度地震烈度下大部為可能液化砂，與可研階段基本一致。

表8 長河壩水電站壩址區②-C層砂層技施階段標貫成果統計

通過標貫、相對密度、相對含水量、液性指數、剪應力對比法等方法進行復判，復判結果②-C砂層均液化。

綜上所述，②-C砂層埋藏較淺，結構較松散，初判和復判以及開挖后復判均為可液化砂層，因此建議采取挖除或專門的工程處理措施。

4 小 結

長河壩水電站地處區域地質構造背景復雜。相對應的地震基本烈度為Ⅷ度，區域構造穩定性較差。在深厚覆蓋層上建240 m高的土石壩為世界第一，超越現有規范，因此對大壩基礎承載力、抗滲等指標要求高。壩基河床覆蓋層深厚，層次結構復雜，②-C砂層埋藏較淺，結構較松散，本文采取測齡、特性、標貫、相對密度、相對含水量、液性指數、剪應力對比法等多種方法進行初判和復判，結果均為可液化砂層。設計通過計算復核，最終采取挖除方案。

［1]彭土標，袁建新，王惠明.水力發電工程地質手冊［M］.中國水利水電出版社，2011.

［2]GB5011-2010建筑抗震設計規范［S］.中國建筑出版社，2010.

［3]黎昌有，鄧衛東，馮建明.獅子坪水電站壩基砂層液化判別分析［J］.四川水力發電，2010，29（4）.

TV221.2

B

1003-9805（2015）04-0009-04

2014-11-24

劉永波（1981-），男，河南許昌人，工程師，從事水電工程地質勘察設計工作。