金沙江流域右岸变电站地基勘察与基础处理措施

黄彪 刘安尧 吕怡桦 王浩雅 龚爱民 赵月亚

【摘 要】 金沙江右岸新滩工程区地质情况复杂，地基处理不得当则会出现工程事故而造成经济损失。文章结合实际工程，提出了针对此场地的勘察及地基处理的方法： 结合传统勘察方法，开展了岩、土物理力学性质分析、场地岩土工程条件评价，探明110 kV新滩变电站的水文地质、工程地质条件，为变电站的岩土工程的设计提供场地的工程地质及水文地质资料，以及设计地基参数，对场区岩土工程进行分析、评价，并对不良地质作用的防治、处理方案作出论证和建议，解决了场地顺向坡的稳定性问题，场地场平开挖困难等问题，为同类工程提供参考。

【关键词】变电站设计; 稳定性评价; 勘察设计; 地基基础处理

变电站选址应遵循“变电站建设应符合国家土地使用政策，节约用地，尽量利用荒地、劣地、坡地，不得将站址建在已有滑坡、泥石流、大型溶洞、矿产采空区等地质灾害地段”[1]和“站址选择应根据电力系统规划设计的网络结构、负荷分布、城乡规划、征地拆迁以及电力通道等要求进行全面综合考虑”[2-3]的规定，对不利地段，应提出避开要求，当无法避开时，应采取有效措施。随着国家电网公司推广实施“资源节约型、环境友好型、工业化”变电站，为了节约土地资源，变电站站址选择越来越复杂，尤其像云南高原地区，高原河流、地质条件复杂[4-8]。

金沙江右岸新滩工程区为本区排泄最低基准面。场地岩、土层主要为第四系覆盖层和下伏基岩。其中覆盖层分为坡积层（Q4dl）粉质黏土;下伏基岩为侏罗系中统沙庙组（J2s2）泥质粉砂岩、砂岩。砂岩主要为粉砂岩和细砂岩，泥质粉砂岩具有一定的崩解性[9-10]，新滩大部分区域均有基岩出露，整个场区基岩埋深较浅，主要的岩土工程问题为场地顺向坡的稳定性问题，场地场平开挖困难[11]。本文通过探明110 kV新滩变电站的水文地质、工程地质条件，为变电站的岩土工程的设计提供场地的工程地质及水文地质资料，以及设计地基参数，对场区岩土工程进行分析、评价，并对不良地质作用的防治、处理方案作出论证和建议。为此本文通过研究金沙江右岸新滩变电站地基进行勘察与基础方案研究，对工程建设有重要的意义，为同类工程提供可靠经验。

1 岩、土物理力学性质

根据勘探揭露情况，本次勘察揭露1层土层，2个基岩层。为查明各岩土层的物理力学特性，本次勘察进行了室内岩、土物理力学试验，其中土样2组，岩样6组。因土层较薄，且多含碎块石，未能进行土的原位测试。

1.1 室内岩土试验成果分析

项目包括岩土物理、力学性质常规试验[12-13]。在取原状土样的过程中，由于场区土层较薄，且多含碎块石，一般在0.5 m，因此本次勘察仅采取到了2组原状土样进行室内实验，其中一组因扰动，未能进行相应的物理、力学试验。本次勘察共采取6组岩样进行室内试验。试验得出的各岩土层物理、力学参数按规范要求进行了汇总统计分析。

1.1.1 室内土工试验

勘察共完成2组土样的常规物理力学实验，见表1。粉质黏土含水量平均值为18.1 %，孔隙比平均值为0.71，液限平均值为29.95 %，压缩系数a0.1～0.2平均值为0.42 MPa-1，系中等压缩性土。

1.1.2 室内岩石试验

根据勘察范围内的岩性差异、岩石空间分布特点及裂隙发育程度，在不同的位置、不同深度选取有代表性的岩块进行岩石的物理、力学性试验，共取岩样6组，主要实验项目有密度、空隙率、吸水率、抗压强度（干、湿抗压）等，但其中的泥质粉砂岩层，因岩体较为破碎，未能采取岩样进行试验。从试验成果看中等风化砂岩为坚硬岩，饱和抗压強度在74.3～136.1 MPa间，平均值为99.51 MPa，软化系数平均值为0.72，见表2。根据以往工程经验类比，泥质粉砂岩属较软岩。

1.2 岩土物理力学参数建议值

根据室内试验成果，结合以往工程经验类比，提出勘察区地基岩土物理力学指标参数成果建议值，见表3。

2 场地岩土工程条件评价

2.1 场地稳定性评价

根据GB/18306-2018《中国地震动参数区划图》双参数修正，勘察区50年超越概率10 %的基岩场地地震动峰值加速度为0.10g，相应地震基基本烈度为Ⅶ度。根据GB50011-2010（2016版）《建筑抗震设计规范》，勘察区的设计地震分组按第二组考虑。场区内地形、地貌简单，地层单一，无特殊岩土;基岩总体埋深较浅，在场区内大面积出露，场地稳定性较好，但场平后场区内为半挖半填地基，故综合判定为场地对建筑抗震不利地段。

2.2 场地类别

本次勘察未进行波速测试，根据场地工程地质情况（勘察区覆盖层厚度均小于3 m，属中硬土）和以往工程经验类比，初步判定勘察区现状场地类别为Ⅰ1类，但场平后，填土厚度最大达6.03 m，结合以往工程经验判定场平后场地类别为Ⅱ类，场地内无可液化土层。

2.3 构造对地基的影响

勘察区地质构造较简单，无三级以上的断裂构造发育，主要发育两组陡倾角的节理裂隙，故构造对地基的影响甚微。

2.4 地基岩土强度评价

场区内覆盖层为坡积层（Q4dl）粉质黏土，强度评价如下：

含碎砾石粉质黏土：稍湿，可塑状态，局部呈硬塑状。局部含中等风化—强风化砂岩碎砾石。厚度变化不大，一般为0.3～1.0 m，局部达1.9 m。在场区普遍分布，局部缺失，承载力特征值为180 kPa。

强风化泥质粉砂岩岩芯呈碎屑状，总体上属极破碎岩体，岩体基本质量等级为Ⅴ级，承载力一般。中等风化泥质粉砂岩、砂岩岩芯一般呈柱状，短柱状、少量饼状及碎块状，总体上属较完整岩体。根据岩体饱和单轴抗压强度判断，岩石为坚硬岩，但其中的泥质粉砂岩互层属较软岩，因此总体上岩体基本质量等级为Ⅲ级，承载力较高。

2.5 地基均匀性评价

勘察区目前覆盖层厚度较薄，一般在0.5 m左右，局部达1.9 m（ZK05、ZK07），厚度变化不大，在勘察区中南部地段有大面积基岩出露，无可压缩层，总体上场地地基均匀性较好，属均匀地基。

据设计提供的《110kV新滩变电站土方平衡图》，场区场平后为两个平缓的台阶，其中北部主要为填方区，局部为挖方区，场平高程在480.96～481.96 m之间，最大填筑厚度为6.03 m，最大开挖厚度为2.02 m;南部为半挖半填区，场平高程在485.46～487.00 m之间，最大填筑厚度2.82 m，最大挖方厚度7.12 m。

经场平后，从场地存在土岩组合地基等工程地质条件来看，场地地基为岩土组合地基，可压缩层厚度差异较大。故总体上，场地地基均匀性较差，属不均匀地基。

2.6 地基稳定性评价

场地为缓坡地形，地形坡度约为15～20°，不临高大边坡，场区内无滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用，但在场区的东部约50 m处发育一悬崖，在其后缘伴有南北走向，近直立的卸荷裂缝发育，对勘察区具有一定的影响。另外，场区基岩为顺坡向产出，倾角与地形坡度相近，但场区内节理裂隙不发育，岩体完整性较好，岩层层面结合较好，且区内地下水埋深较大（大于20 m），地基岩体存在沿坡滑动的可能性不大，场地地基总体稳定性一般。

场平开挖后，场区后缘开挖边坡高度一般为5.0～5.78 m，均为岩质边坡，尽管为顺向坡，但节理裂隙不发育，岩体完整性较好，岩层层面结合较好，且无地下水，开挖边坡稳定性较好，故开挖坡比建议为1∶0.3～直立。开挖中采用控制爆破，减少爆破对岩体的破坏，由于泥质粉砂岩具有崩解性，应及时对开挖边坡进行锚喷支护，并加强边坡后缘的地表水排水工作。

2.7 场地适宜性评价

从地质构造角度看，场区内无Ⅲ级以上断裂的断裂及活动性断裂穿过，为稳定性稍好的地段;从地形、地貌角度看，场地开阔，无高边坡，无滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地面沉降等地质灾害，场区内主要的不良地质作用为东部约50 m处发育的悬崖，对场地的适宜性存在一定影响，故总体上本场区场地基本适宜建筑。

2.8 场地地基岩土的电阻率成果分析

本次勘察共进行了26点电阻率测试，测试成果见表4，表层土的电阻率一般在58～529 Ω·m之间，平均值为213.95 Ω·m，变异系数较大，为0.63，说明表层土的電阻率存在较大差异，基岩电阻率一般在173～319 Ω·m，平均值为234.85 Ω·m，变异系数为0.16，基岩的电阻率较为稳定。

2.9 地下水、土对地基的影响

2.9.1 地下水对地基的影响

本次勘察未勘测到地下水位，根据初步判断，勘察区地下水位埋深大于30 m，并在基岩内波动，故地下水对建（构）筑物地基影响不大。

2.9.2 水、土的腐蚀性

勘察未揭露到地下水，因此未能采取水样进行地下水的腐蚀性分析。根据电阻率测试结果，土的土壤视电阻率在100.48～376.8 Ω·m之间，见表5。根据土壤视电阻率，初步判断土对钢结构具微腐蚀性，评价方法见表6。

3 地基基础方案评价

（1）综合楼。根据设计资料，综合楼占地134.02 m2，大部分处于填方区，填方厚度在0～3 m之间，仅ZK04钻孔附近为挖方区，开挖厚度在约0.2 m。场平后，地面高程在481 m左右，基岩埋深在0.3～4 m之间，压缩层厚度变化较大，在填土较浅的地段采用浅基础，基础底面将置于基岩之上，在填土较厚的地段建议采用墩基础形式，并以基岩作为持力层，这样可以消除地基不均匀对建筑物带来的不良影响，而且该区域基岩埋深不大，无地下水的影响，施工难度不大。

（2）配电装置室。根据设计资料，配电装置室为地上二层，占地307.45 m2，全部处于填方区，填方厚度在0.7～4 m之间。场平后，地面高程在481 m左右，基岩埋深在1～6 m之间，压缩层厚度变化较大。因此建议在填土较浅的地段采用浅基础，基础底面将置于基岩之上，在填土较厚的地段建议采用墩基础形式，并以基岩作为持力层。

（3）1号、2号主变压器。根据设计资料，1号、2号主变压器，处于挖、填方区分界线附近，最大填方厚度在1 m左右，最大挖方厚度也在1 m左右。场平后，地面高程在481.5 m左右，基岩埋深在0～1 m之间，可采用浅基础，并以基岩作为持力层。

（4）1#组～ 4#组组合式电容器组。根据设计资料，1#组～ 4#组组合式电容器组均处于挖方区，挖方厚度在0.6～3.8 m之间。场平后，地面高程在485 m左右，地基全部为基岩，可采用浅基础，并以基岩作为持力层。

（5）变电构架。根据设计资料，场区内的所有变电构架均处于挖方区，挖方厚度在0～5 m之间。场平后，地基全部为基岩，可采用浅基础，并以基岩作为持力层。

4 地基处理建议

场地在场平过程中会有大量的土石方开挖、回填。对于填方区域，应严格控制填土的质量，以减小填土沉降带来的不利影响;对于挖方区域，挖方深度范围内多为坚硬岩体，开挖具有一定的难度，建议不要采用大规模爆破开挖，以免破坏岩体完整性，并造成不必要的超挖，对超挖的部分，应采用级配碎石回填，并压实后方可作为浅基础持力层[14-17]。

5 结论及建议

5.1 结论

（1）勘察区为中等复杂场地。岩土工程勘察等级为乙级地震基本烈度为Ⅶ度。综合判断为场地对建筑抗震不利地段。

（2）场内无滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝等地质灾害，不良的地质作用主要是场区东部约50 m处发育的悬崖和岩体风化，对于东部的悬崖，建议对其做进一步的稳定性分析和评价，并加强观测;强风化岩体分布范围有限，其对工程的影响较小。

（3）场地地基主要为含碎块石粉质粘土和强风化、中等风化泥质粉砂岩、砂岩。场区内最大开挖厚度为7.12 m，最大填方厚度为6.03 m，场平后地基为不均匀地基。

（4）根据土壤视电阻率测试结果，可以判断场区内的土层对钢结构具有微腐蚀性。

（5）场地水文地质条件简单，地下水埋深大于30 m，无基础抗浮稳定问题。

（6）场区基岩为顺坡向产出，倾角与地形坡度相近，但场区内节理裂隙不发育，岩体完整性较好，岩层层面结合较好，且区内地下水埋深较大（大于20 m），地基岩体存在沿坡滑动的可能性不大，场地地基总体稳定性一般。

（7）场区后缘开挖边坡高度一般为5.0～5.78 m，均为岩质边坡，尽管为顺向坡，但节理裂隙不发育，岩体完整性较好，岩层层面结合较好，且无地下水，开挖边坡稳定性较好，故开挖坡比建议为1∶0.3～直立。

（8）根据工程特点并结合现场地质条件，建议在综合楼处浅基础和墩基础相结合的基础形式;配电装置室可采用浅基础（以基岩作为持力层）和墩（桩）基础（以基岩作为持力层）相结合的基础形式;其余各建（构）筑物可采用浅基础，并以基岩作为持力层。

5.2 建议

（1）基础开挖过程中应加强验槽工作，对开挖揭露到的异常情况应及时进行相应工程处理，必要时进行适当补充勘察。

（2）场区内主要建筑物均处于填方区，地基均匀性等相对较差，而挖方区场平后大部分区域为基岩，地基均匀性较好。建议在不影响建筑物使用功能的前提下，对场区内的各单体建筑物进行重新布置，将主要建筑物调整至挖方区，这样更利于主要建筑物的稳定。

（3）对具体的基础形式应从工程造价、上部结构要求等方面比较研究确定。

（4）开挖边坡的稳定性应结合结构面特征进行进一步的验算，并进行锚喷支护。

（5）由于场区处于顺向坡上，建议在填土层的下侧增设支档结构，并先对填方区的原地基开挖成台阶式后再进行回填[18-20]。

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