窦家排水站土壤物理力学试验及岩土工程性质探讨

李 伟

（盘山县水利事务服务中心，辽宁 盘山 124000）

1 概况

窦家排水站位于辽宁省台安县黄沙坨镇刘家村，站址在辽台排干右岸。该站始建于1965年，安装28ZLB-70轴流泵3台，JSL-127-8电机3台，装机总容量390kW，安装1台SJ－560型变压器，容量560kVA，设计流量5.1m3/s，设计扬程3.88m，流域控制面积12.18km2，排涝受益耕地面积600hm2。

由于年久失修，目前采用砂浆和砖石结构的静水池墙壁倾斜、开裂且砖块脱落，极有可能发生倾覆。为了继续发挥排水站的作用，排除安全风险，急需对静水池进行拆除后重建。

2 水文地质及物理力学试验

2.1 水文地质

根据勘测及调查可知，在一定的勘探深度内，拟选址建筑物的地基分为4层，从上至下，各地层分别为：杂填土层、粉质黏土层［1］、粉砂层、细砂层。各土壤层描述如下：

2.1.1 杂填土层

分布较为广泛，土质颜色混杂，疏松且含水率高。主要以黏土质和砂土为主，同时兼有一些零星的生活和建筑垃圾，厚度一般为2.7～3.7m，层底的标高为-3.1～-2.3m。

2.1.2 粉质黏土层

分布较为广泛，色泽诶灰褐色。土内含有一些铁锰结核和灰色土块［2］，中等韧性，无摇振反应，处于可塑状态。具有中～高可压缩性［3］。厚度为3.3～4.7m，层底标高为-7.3～-5.8m。

2.1.3 粉砂层

广泛分布，为黄褐色，密度中等，近乎饱和［4］。土质主要由石英、长石及少量云母组成，占总质量的50%以上，粒径范围在0.075～0.1mm之间［5］，其中黏粒含量ρc＜3%。厚度为10.5～13m，层底标高为-19.0～-17.5m。

2.1.4 细砂

一般分布，为浅棕色，密度为中等，近乎接近饱和，其成分主要由石英、长石及少量云母构成，一般的颗粒大小是为0.075～0.25mm，其含量超过总重量的85%，黏土粒含量ρc低于3%。层底标高为-34.8～-29.6m。

2.2 场地水文地质条件

调查过程中，在勘探深度范围内的所有孔洞均有地下水［6］，地下水主要供应来源为大气降水，调查期为枯水期，地水位埋深在2.0～2.4m之间，地下水位随季节的变化而变化［7］，年变化范围约为1～1.5m。每年6—9月为汛期，此期间地下水位相较最高。如在枯水期施工，由于地下水位较低，对基础开挖影响较小［8］。

2.3 物理力学试验

在观测期内，从粉质黏土层中采集了6个原状土壤样品，并按常规对每种土壤样品进行了物理和力学性能测试。从粉砂层和细砂层中采集了12个扰动土壤样品并进行了筛选。对粉质黏土层、粉砂层和细砂层的土样进行标准渗透试验［9］，结果如表1～表3。

销蚀侵彻阶段,弹体的u～v关系与Yp

表3 细砂层标准贯入试验统计

淤泥层液化判别（标准贯入法）埋深ds=6.15m。依据水利水电工程地质勘查规范的相关规定，在地下标准贯入点15m以内。

式中 Ncr为液化判据的贯入锤数临界值；ρc为土的黏粒含量质量百分率（%），当ρc＜3%时，ρc取3%；N0为液化判据的贯入锤数基准值；ds为当标准贯入点深度，小于5m时，采用5m；dw为在项目的正常运行，当地下水位（m）在地表以下或地表被淹没时，dw取0；ρc=3%，N0=6，Ncr=10.7～14.3，小于实测的标准贯入锤数N=20～16［4］，则判定粉砂层不会发生液化。

根据建筑抗震技术设计相关规范，在地下20m的深度内。

式中 β为调整系数，取0.80。其他公式中的字母含义同上。

其中N0=7，β=0.8，ρc=3，计算的所得Ncr为9.8～11.4击，比标准N=20～16击小，所以判定粉砂层不液化。

细砂层液化判别（标贯法）埋深ds=17.1～20m。根据建筑抗震技术设计相关规范，在15～20m深度之间。

其中N0=7，β=0.8，ρc=3，代入数值，计算Ncr为12.8～15.9击，它小于实测锤头锤头数的标准贯入N=26～31，因此可以确定细砂层没有液化。

物理力学测试结果表明，粉质黏土层属于中等至高压缩率。粉砂层和细砂层属于低压缩性土壤。

3 岩土工程性质评价

3.1 地层

3.1.1 杂填土

一般分布，稍致密，组成不均，不能用作建筑物的天然基础。

3.1.2 粉质黏土

一般分布，在垂直方向上的厚度和深度变化很小，灰褐色，可塑。 它具有中等至高压缩性。

3.1.3 粉砂

地层分布较为均匀，水平方向较为连续，厚度变化相对较小，密度为稍密状态。

3.1.4 细砂

水平方向相对连续，垂直方向的厚度有较小变化，密度为中密状态，属于低压缩性土。

3.2 天然地基方案

根据每一层土壤的物理性质，现场试验指标和当地施工经验，对每层土天然地基的设计参数确定，如表4。

表4 各层土壤天然地基的设计参数

3.3 桩基方案

根据现场的工程地质条件，可以采用钻孔桩基础类型，建议使用细砂作为桩端承重层，在正式施工前，现场桩试验，确定桩的可行性，以及单桩静载荷试验，确定设计参数，设计参数如表5。

表5 各土层钻孔灌注桩设计参数 单位：kPa

3.4 地下水的评价

地下水地层的主要类型有：杂填土、粉质黏土、粉质砂、细砂层孔隙水。其主要来源为大气降水补给。调查期是旱季，稳定的水位埋在2.0～2.4m的深度，受降水的影响，年变化范围为约1～1.5m。 雨季是每年的7~9月，最高地下水位出现在8月、9月。

4 结语

经以上分析，该场地无不良地质影响，砂层不液化，场地稳定，适合施工，其土壤为中软土类型，覆盖层的厚度远远大于50m，建筑场地类别为III类，使用钻孔桩时，建议使用细砂层作为桩端承重层，在施工之前，现场试钻确定桩的可行性，通过单桩静载试验，确定单桩承载力特征值的设计参数。