邊立杰 黃小軍

(1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130026; 2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,北京 100024)

安寧水電站深厚覆蓋層工程特性旁壓試驗(yàn)研究

邊立杰1，2黃小軍2

(1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130026; 2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,北京 100024)

針對(duì)安寧水電站的特點(diǎn)，對(duì)深覆蓋層上筑壩的適應(yīng)性進(jìn)行了研究，并對(duì)深厚覆蓋層鉆孔內(nèi)進(jìn)行原位旁壓試驗(yàn)，介紹了具體的試驗(yàn)過(guò)程及方法，為設(shè)計(jì)和計(jì)算提供地基承載力和旁模量等指標(biāo)參數(shù)。

水電工程勘察，深厚覆蓋層，工程特性，旁壓試驗(yàn)

0 引言

安寧水電站以發(fā)電為主，電站采用壩式開發(fā)。預(yù)可行性研究階段樞紐布置推薦采用瀝青混凝土心墻壩和左岸地下廠房方案。電站設(shè)計(jì)水頭40 m，裝機(jī)容量為400 MW，工程規(guī)模為大(2)型。壩址區(qū)河床覆蓋層厚度達(dá)38 m～91.5 m，具多層結(jié)構(gòu)，各層厚度變化較大，且?jiàn)A有砂層透鏡體。為進(jìn)一步落實(shí)深覆蓋層上筑壩的適應(yīng)性研究工作，需有針對(duì)性地進(jìn)行相關(guān)物理和力學(xué)性能試驗(yàn)，為設(shè)計(jì)和計(jì)算提供地基承載力和旁模量等指標(biāo)參數(shù)。

1 覆蓋層旁壓試驗(yàn)的必要性

原位試驗(yàn)是在原位應(yīng)力條件下進(jìn)行試驗(yàn)，避免或減輕了土樣的擾動(dòng)，能反映微觀和宏觀結(jié)構(gòu)對(duì)土性的影響，其缺點(diǎn)是應(yīng)力為天然狀態(tài)所限制，邊界條件也不明確。原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)。覆蓋層基礎(chǔ)的原位結(jié)構(gòu)對(duì)其工程力學(xué)特性有著重要的影響，很難單純依靠取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)的方法來(lái)準(zhǔn)確把握覆蓋層的工程力學(xué)特性，因此有必要采用現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)合的綜合手段，研究覆蓋層的工程力學(xué)特性。

2 旁壓試驗(yàn)原理與方法

2.1 旁壓試驗(yàn)原理

旁壓試驗(yàn)是在預(yù)先鉆好的孔內(nèi)放入旁壓器，通過(guò)壓力—體積控制裝置使旁壓器徑向擴(kuò)張，對(duì)孔壁施加壓力，使土體產(chǎn)生相應(yīng)變形的一種原位測(cè)試方法。由試驗(yàn)得到的旁壓曲線，可用來(lái)確定地基承載力和旁模量等指標(biāo)。旁壓試驗(yàn)運(yùn)用廣泛，適用于粘性土、砂性土和強(qiáng)風(fēng)化巖石等。

2.2 旁壓試驗(yàn)步驟

旁壓試驗(yàn)按照SL237-048-1999土工試驗(yàn)規(guī)程旁壓試驗(yàn)進(jìn)行，試驗(yàn)前要進(jìn)行旁壓器彈性膜約束力和儀器綜合變形值的校準(zhǔn)。試驗(yàn)時(shí)的簡(jiǎn)要操作步驟如下：1)試驗(yàn)前平整試驗(yàn)場(chǎng)地，根據(jù)土的分類和狀態(tài)選擇適宜的鉆頭開孔，要求孔壁垂直呈完整的圓形，盡可能減少孔壁土體擾動(dòng)，鉆孔孔徑應(yīng)略大于旁壓器外徑，注意應(yīng)進(jìn)行護(hù)壁措施。2)試驗(yàn)點(diǎn)布置原則必須保證旁壓器處于同一土層中，試驗(yàn)點(diǎn)垂直間距一般不小于1 m，每層土不少于1個(gè)測(cè)點(diǎn)。3)試驗(yàn)前檢查并接通管路，把旁壓器的快速接頭對(duì)號(hào)插入，把旁壓器豎立于地面并調(diào)零。4)用高壓氮?dú)馄孔鳛閴毫υ矗徛{(diào)節(jié)調(diào)壓閥并調(diào)到所需的試驗(yàn)壓力。5)逐級(jí)加壓，各級(jí)壓力下的相對(duì)穩(wěn)定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為1 min。6)在任何情況下，擴(kuò)張?bào)w積相當(dāng)于量測(cè)腔的固有體積時(shí)，應(yīng)立即終止試驗(yàn)。7)試驗(yàn)結(jié)速后，采取措施使彈性膜恢復(fù)原狀。8)終止試驗(yàn)消壓后，必須等2 min～3 min后才能取出旁壓器，并仔細(xì)檢查擦洗裝箱。9)當(dāng)需進(jìn)行下一試驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)試時(shí)重復(fù)上述步驟進(jìn)行。

2.3 旁壓試驗(yàn)資料整理

1)旁壓模量。

由現(xiàn)場(chǎng)旁壓試驗(yàn)曲線可確定旁壓模量Em：

(1)

其中，μ為泊松比；Vc為旁壓器中腔初始體積；Vm為平均體積增量，取旁壓器試驗(yàn)曲線直線段兩點(diǎn)間壓力所對(duì)應(yīng)的體積之和的一半；Δp為旁壓試驗(yàn)曲線上直線段的壓力增量；ΔV為相對(duì)應(yīng)于Δp的體積變化增量。

2)其他參數(shù)。

地基土的承載力基本值f0=(pl-p0)/F，其中,F為安全系數(shù)。

2.4 旁壓試驗(yàn)設(shè)備

旁壓試驗(yàn)設(shè)備為英國(guó)劍橋旁壓儀。由旁壓器、控制系統(tǒng)、壓力與變形測(cè)量系統(tǒng)、壓力施加裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。劍橋旁壓器直徑為83mm(金屬鎧型)，旁壓器總長(zhǎng)1 200mm，測(cè)量腔有效長(zhǎng)度500mm，試驗(yàn)額定壓力4MPa，試驗(yàn)深度50m；自動(dòng)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)旁壓試驗(yàn)

3.1 成孔過(guò)程

安寧水電站壩址區(qū)覆蓋層最大厚度達(dá)94m，具多層結(jié)構(gòu)，從下至上總體可分6層。旁壓試驗(yàn)成果的可靠性和準(zhǔn)確性與試驗(yàn)成孔質(zhì)量密切相關(guān)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成孔過(guò)程按照?qǐng)D1進(jìn)行，具體步驟如下：

1)先以較大的鉆頭鉆孔至要求進(jìn)行旁壓試驗(yàn)的土層A處，下套管護(hù)壁。

2)根據(jù)旁壓儀的試驗(yàn)測(cè)頭尺寸，采用83/94(mm)鉆頭進(jìn)行旁壓試驗(yàn)孔鉆孔。試驗(yàn)土層鉆進(jìn)深度為1.5m～2.0m。鉆旁壓孔時(shí)采取植物膠護(hù)壁措施，以保證成孔完好。

3)要求鉆孔垂直，孔壁完整，套管護(hù)壁。

3.2 旁壓試驗(yàn)成果

現(xiàn)場(chǎng)原位旁壓試驗(yàn)典型的試驗(yàn)成果曲線見(jiàn)圖2及表1，由曲線可以看出，其膨脹體積與壓力關(guān)系與理論曲線比較接近，說(shuō)明鉆孔孔壁比較完整，擾動(dòng)很小，成果可以直接反映原始地層的力學(xué)狀態(tài)。

表1 部分旁壓試驗(yàn)成果

由表1可知，旁壓試驗(yàn)與土層性質(zhì)密切相關(guān)。砂層的旁壓模量、旁壓剪切模量、地基承載力、變形模量、壓縮模量要小，含礫漂卵石層較大。

4 結(jié)語(yǔ)

1)覆蓋層基礎(chǔ)的原位結(jié)構(gòu)對(duì)其工程力學(xué)特性有著重要的影響。為研究深厚覆蓋層上筑壩的適應(yīng)性，采用現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試方法，研究覆蓋層的工程力學(xué)特性。

2)進(jìn)行了4個(gè)孔的現(xiàn)場(chǎng)旁壓試驗(yàn)，共計(jì)成功取得23點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)最大深度為57.7m，最大試驗(yàn)壓力接近4MPa。覆蓋層旁壓模量與土層性質(zhì)、試驗(yàn)點(diǎn)深度等有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明，砂層的旁壓模量最小，漂卵石、砂礫石層較大。這表明了本次旁壓試驗(yàn)成果是合理的。

3)旁壓試驗(yàn)成果的合理性和準(zhǔn)確性主要取決于成孔質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境非常復(fù)雜，影響試驗(yàn)因素眾多，因此建議旁壓試驗(yàn)的成果應(yīng)結(jié)合其他已有試驗(yàn)結(jié)果綜合運(yùn)用。

[1] 熊德全.其宗水電站深厚鉆孔旁壓試驗(yàn)[J].云南水力發(fā)電，2009(6)：16-19.

[2] 韓 信.旁壓試驗(yàn)有關(guān)問(wèn)題的探討[J].公路，2008(9)：287-300.

[3] 蘇兆峰.旁壓試驗(yàn)在濱海相地區(qū)港口勘察中的應(yīng)用研究[J].工程勘察，2010(S1)：867-871.

[4] 劉怡林.旁壓試驗(yàn)在黃土地區(qū)地基承載力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中的應(yīng)用[J].公路交通科技，2004(6)：17-19.

[5] 盧曉倉(cāng).旁壓試驗(yàn)在河床深厚覆蓋層勘察中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2013(8)：54-59.

StudyonAnninghydropowerengineeringpropertiesofdeepoverburdenlateralpressuretest

BIANLi-jie1,2HUANGXiao-jun2

(1.CollegeofConstructionEngineering,JilinUniversity,Changchun130026,China;2.BeijingResearchInstituteofSurveyandDesignofCHECC,Beijing100024,China)

According to the features of Anning Hydropower Station, the paper researches the adaptability of the damming at the deep overburden layer, undertakes the in-situ lateral loading test in the drilled holes of the deep overburden layer, and introduces the factual test process and method, so as to provide some index parameter for the foundation loading force and lateral modulus in the design and calculation.

hydropower engineering survey, deep overburden layer, engineering feature, lateral pressure test

1009-6825(2014)36-0048-02

2014-10-19

邊立杰(1979- )，男，在讀工程碩士，工程師； 黃小軍(1981- )，男，工程師

TU412

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