长河坝水电站坝区砂层液化分析

刘永波，谷江波，陈春文，胡金山

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

长河坝水电站坝区砂层液化分析

刘永波，谷江波，陈春文，胡金山

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

本文依据勘察试验成果，结合技术规范采取多种方法对②-C砂层进行了初判，判别结果该层均为可能液化砂层，采用标贯、相对密度、相对含水量、液性指数、剪应力对比法等方法进行复判，判别结果该层为可液化砂层，建议采取挖除，设计通过计算分析，最终采取挖除措施。

液化砂层；相对密度；相对含水量；液性指数；剪应力对比法

1 工程概况

长河坝水电站是大渡河流域水电梯级近期开发的大型水电工程之一，电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，地处大渡河上游金汤河口以下约4～7 km河段。水库正常蓄水位1 690 m，正常蓄水位以下库容约10.15亿m3，总库容为10.75亿m3，调节库容为4.15亿m3，具有季调节能力。装机容量2 600 MW。

最大坝高240.0 m，坝顶长度502.85 m，坝顶宽度16.0 m，心墙范围内的覆盖层基础进行固结灌浆，心墙下部河床覆盖层设置2道间隔14.0 m的混凝土防渗墙防渗，上游墙厚度1.4 m，下游墙厚度1.2 m，心墙底面高程以下最大墙深约50.0 m。上游防渗墙与心墙间采用廊道式连接，上游防渗墙下接帷幕灌浆，最大深度约117.00 m；下游防渗墙与心墙间采用插入式连接，防渗墙插入心墙深度约15.00 m，基础灌浆廊道及混凝土刺墙周围采用高塑性粘土。

2 工程地质条件

大渡河长河坝水电站地处鲜水河断裂带、龙门山断裂带和安宁河～小江断裂带所切割的川滇菱形块体、巴颜喀拉块体和四川地块交接部位，处于川滇菱形块体东缘外侧，区域地质构造背景复杂。长河坝水电站工程场地50年超越概率10%的基岩水平峰值加速度为172 gal，100年超越概率2%的基岩水平峰值加速度为359 gal，相对应的地震基本烈度为Ⅷ度，区域构造稳定性较差。

坝址区河谷相对开阔，大渡河流经该区，由南东转为南西流向形成一个90°的河湾。河谷两岸自然边坡陡峻，临江坡高700.0 m左右，左岸上缓下陡，坡角65°～40°；右岸上缓下陡坡角60°～35°；枯水期河水面宽110～120 m，水深3.0～5.0 m。岸坡中冲沟较发育，沟谷走向基本垂直岸坡，规模较小，切割较浅，除左坝肩梆梆沟和右岸下游沙场沟有常年流水外，其余冲沟均为季节性沟谷。

坝址区出露岩体为一套晋宁期—澄江期的侵入岩，其岩性以花岗岩、石英闪长岩为主。微风化～新鲜的黑云花岗岩干密度平均值为2.72 g／cm3，湿抗压强度平均值为137.72 MPa，花岗岩、石英闪长岩、辉长岩岩石致密坚硬，力学强度高，为坚硬岩。

钻孔揭示，河床覆盖层结构较复杂，坝址区河床覆盖层厚度60.0～70.0 m，局部达79.3 m。根据河床覆盖层成层结构特征和工程地质特性，自下而上（由老至新）可分为3层：第①层为漂（块）卵（碎）砾石层（fglQ3），分布河床底部，厚3.32～28.50 m；第②层为含泥漂（块）卵（碎）砂砾石层（alQ41），厚5.84～54.49 m，分布在河床覆盖层中部及一级阶地上，②层中上部有②-C砂层分布，②-C砂层在上游、下游均有分布，但不连续；第③层为漂（块）卵砾石层（alQ42），分布河床浅表，厚4.0～25.8 m。其中②-C砂层厚度0.75～12.5 m，埋藏深度3.30～25.7 m，厚度较大，为饱水的少粘性砂土。

3 砂层分布及其液化判别

根据勘探揭示，砂层在平面上主要分布在河床的右岸坝轴线下游侧，向左岸厚度逐渐变薄至尖灭。在平面上呈长条状分布，顺河长度大于650 m，宽度一般为80～120 m，局部呈透镜体分布于坝轴线附近和坝轴线靠下游，厚度较大，且不均匀，埋藏深度3.30～25.7 m，为饱水的少粘性砂土或无粘性砂土。据砂层测年（ESR）资料，砂层形成时间为0.7±0.1万年，为全新世早期。按照现行规范，根据砂层形成年代、颗粒组成、标准贯入锤击数、相对密度、相对含水量、剪切应对比等方法，对该砂层进行液化判别。

3.1 ②-C砂层初判

根据勘探和试验②-C砂层为第四纪全新世Q4地层，年代晚于第四纪晚更新世Q3；砂层粒径小于5 mm颗粒含量为77.55%～100%；粒径小于0.005 mm的颗粒ρC含量百分率为0%～15.08%，小于相应地震设防烈度七度、八度和九度含量为16%、18%和20%；正常运行情况下为水下饱和砂层；砂层的剪切波速度小于上限剪切波速度（见表1）。综合上述初判可能为液化砂。

表1 长河坝坝址区砂层剪切波速液化判别

3.2 ②-C砂层复判

按照《水力发电工程地质勘察规范》（GB50287 -2006）以及《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）标贯复判：根据勘察规范，在埋深20 m内利用公式计算标准贯入锤击数临界值和实测值进行比较（见表2）。②-C砂层在七度、八度地震均有液化的可能。

根据相对密度复判：根据钻孔及其颗分试验XZK02、XZK20、XZK17-1和XZK94孔的粘粒含量在7.17%～10.93%，属少粘性土，不适于该判别法。而XZK93、XZK17-4孔的粘粒含量均为0%，属无粘性土，相对密度D r为0.61～0.64，小于地震设防烈度七度、八度和九度时的液化临界相对密度（D r）cr为0. 7、0.75和0.85，判为可液化砂（见表3）。

表2 长河坝水电站坝址区②-C层砂层标贯成果统计

表3 长河坝坝址区相对密度试验成果

根据相对含水量、液性指数复判：XZK01孔的粘粒含量在3.98%～9.30%，属少粘性土。试验结果表明砂层的相对含水量为1.03%，大于0.9%。砂层的液性指数为1.09，大于0.75均判为可液化砂（见表4）。

根据《水电水利工程坝址区工程地质勘察技术规程》（DL／T 5414-2009）附录Y收录剪应力对比法，利用振动液化试验复判：见振动液化试验表5、6、7。

表4 长河坝坝址区砂层相对含水量、液性指数试验成果及液化判别

表5 长河坝坝址区砂层液化试验成果

表6 长河坝坝址区砂层动剪应力比试验成果

表7 长河坝坝址区砂层及动强度指标成果

根据XZK02、XZK20剪应力对比判别：②-C砂层室内动三轴振动液化试验表明，取KC＝1、振次为10和KC＝1、振次为20时，其砂层②-C现场抗液化剪应力分别为0.104～0.113、0.091～0.101，当地震加速度为0.1 g时，其引起的等效剪应力比为0.067～0.068，砂层不液化；当地震加速度为0.15 g时，其引起的等效剪应力比为0.10～0.102，砂层液化处于临界状态；当取地震加速度为0.20 g时，其引起的等效剪应力比为0.133～0.136，砂层处于液化状态。

根据XZK93、XZK94剪应力对比判别：②-C砂层室内动三轴振动液化试验表明，取KC＝1时砂层②-C现场抗液化剪应力分别为18.16kPa和21.48kPa，大于地震设防烈度七度时的地震引起等效剪应力13.41kPa和15.7kPa，砂层不液化；当地震设防烈度为八度时，小于引起的等效剪应力为26.83 kPa和31.39 kPa，砂层处于液化状态。

3.3 开挖揭示后②-C砂层复判

技施阶段施工开挖后新增了标准贯入试验，判定结果见表8。经标贯复判，②-C砂层在八度、九度地震烈度下大部为可能液化砂，与可研阶段基本一致。

表8 长河坝水电站坝址区②-C层砂层技施阶段标贯成果统计

通过标贯、相对密度、相对含水量、液性指数、剪应力对比法等方法进行复判，复判结果②-C砂层均液化。

综上所述，②-C砂层埋藏较浅，结构较松散，初判和复判以及开挖后复判均为可液化砂层，因此建议采取挖除或专门的工程处理措施。

4 小 结

长河坝水电站地处区域地质构造背景复杂。相对应的地震基本烈度为Ⅷ度，区域构造稳定性较差。在深厚覆盖层上建240 m高的土石坝为世界第一，超越现有规范，因此对大坝基础承载力、抗渗等指标要求高。坝基河床覆盖层深厚，层次结构复杂，②-C砂层埋藏较浅，结构较松散，本文采取测龄、特性、标贯、相对密度、相对含水量、液性指数、剪应力对比法等多种方法进行初判和复判，结果均为可液化砂层。设计通过计算复核，最终采取挖除方案。

［1]彭土标，袁建新，王惠明.水力发电工程地质手册［M］.中国水利水电出版社，2011.

［2]GB5011-2010建筑抗震设计规范［S］.中国建筑出版社，2010.

［3]黎昌有，邓卫东，冯建明.狮子坪水电站坝基砂层液化判别分析［J］.四川水力发电，2010，29（4）.

TV221.2

B

1003-9805（2015）04-0009-04

2014-11-24

刘永波（1981-），男，河南许昌人，工程师，从事水电工程地质勘察设计工作。