水库粗粒土回填区移民安置场地地基土特性研究——以大渡河长河坝水电站野坝移民安置点为例
黄晨
水库粗粒土回填区移民安置场地地基土特性研究——以大渡河长河坝水电站野坝移民安置点为例
黄晨
（中国电建成都勘测设计研究院有限公司，成都 611130）
通过对大渡河长河坝水电站野坝移民安置场地地基土特性的研究分析，并横向类比多个同类型粗粒土回填垫高区移民安置场地，总结出粗粒回填土场地地基土岩土工程特征，提出了回填块碎石土物理力学参数建议值，并给出了地基基础形式的建议，对其它类似工程起到了一定的借鉴作用。
回填垫高区；
洞渣料；
地基土特性；
不均匀沉降
我国西部地区高山峡谷地貌发育，近年来新建开发了许多大中型水电站。由于新建水电站的水库淹没导致大量当地居民需要整体搬迁安置。大渡河流域猴子岩、长河坝、黄金坪水电站均位于“V”形峡谷地带，受地形限制，难以找到能直接安置移民的场地。为了满足移民需求，利用水电站施工隧洞洞渣料等就近取材的方式，将河谷两岸低阶地或河漫滩平台整体回填垫高，通过压实并经过多年自然沉降后作为移民安置场地。本文主要依据大渡河长河坝水电站野坝移民安置点房屋工程的场地及房建详细勘察成果，类比黄金坪水电站江咀左岸、江咀右岸、长坝以及猴子岩水电站菩提河坝、泥洛河坝等移民安置场地勘察成果，对粗粒回填土场地地基工程特征进行分析和总结。
1.1 区域地质及地震
根据区域地质报告和区域地质图，拟建安置场地区域上位于川滇南北向构造带北端与北东向龙门山断褶带、北西向鲜水河断褶带和金汤弧形构造带的交接复合部位，岩浆岩出露较广，岩性以斜长花岗岩、花岗岩、闪长岩为主。第四系各类不同成因的堆积层沿谷坡及河谷分布，残积、崩坡积、冰川、冰水堆积主要分布于山顶平台及缓坡地带，冲洪积广泛分布于沟口、河床及两岸阶地。
区域地质构造背景复杂，区域断裂带规模宏大、发育历史悠久，北西向鲜水河断裂带和北东向龙门山断裂带具有发生M=7.0～8.0级潜在地震的危险性。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），工程区地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱特征周期为0.40s，相对应地震基本烈度为Ⅷ度，区域构造稳定性较差。
1.2 场地地形地貌
拟建野坝移民安置场地位于大渡河右岸，行政区划隶属于康定市舍联乡，省道S211紧邻拟规划场地东侧通过，交通便利。
场地位于黄金坪水电站库区内，距离黄金坪大坝约12km，场地垫高前为大渡河Ⅰ级阶地，黄金坪水电站蓄水至正常蓄水位1476m后，回填13～15m，回填后拟规划建设场地平面上呈南北向长条形展布，南北长近600m，东西宽约100m，地形总体平缓，地面高程1479.45～1482.98m ，场地总体为东高西低，北高南低。
1.3 场地土工程地质特性
根据地质调查和勘探表明，在勘探深度内揭示的地基土为第四系人工堆积块碎石，下伏冲积漂卵石，各土层的性质特征及分布情况自上而下分述如下①国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，长河坝水电站野坝移民安置点房屋工程岩土工程勘察报告（详细勘察），2019（图1）。
图1 典型工程地质剖面图
1.3.1 第四系人工填土（Q4ml）
场地内人工填土已堆积8年以上，平均回填厚度大于10m，根据成分的不同分为杂填土（①）（含建筑垃圾）和块碎石（②）。
（1）杂填土（①）
为后期堆积于地表的孤块石，块径1.0～2.0m，可见最大块径约2.60m，厚0.5～1.0m，夹有砼块和砖。
（2）（块）碎石（②）
灰褐色，为隧洞施工的洞渣料、边坡开挖的土石料。成分主要为花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩，块碎石呈次棱角状—棱角状，粒径以5～20cm碎石为主，含20%～30%粒径20～50cm的块石。根据现场钻探、N120超重型动力触探和坑槽探揭示，场地内（块）碎石土在整个场地内连续分布。
块石呈透镜体分布于碎石层中，块石之间以及块石底部多出现空洞，现场取芯钻进过程中出现掉钻现象，动力触探原位测试成果显示击数小于1击或出现1锤击数贯入深度大于20cm的现象。
根据N120动力触探成果，分为松散碎石（②1）、稍密碎石(②2)、中密碎石土(②3)、密实碎石土(②4)、块石（②5）。
松散碎石（②1），厚度一般为0.3～2.4m，钻探揭示最厚3.4m，埋深分布无规律，顶面埋深在0～7.70m之间，多呈透镜体分布，透镜体厚度一般为0.5m～1.0m，钻探揭示透镜体最厚为3.40m。
稍密碎石（②2），厚度一般为0.5～4.0m，钻探揭示最厚达5.10m，埋深0～7.0m，最大埋深10.10m。
中密碎石（②3），厚度一般为0.5～6.8m，钻探揭示最厚为7.30m，埋深一般为0～8.5m，钻探揭示最大埋深为11.20m。
密实碎石（②4），厚度一般为0.50～5.20m，埋深一般为0.40～9.70m。
块石（②5），灰色—灰褐色，成份为花岗岩、闪长岩，块径一般为0.30～1.00m，钻探揭示最大块径约1.8m，埋深0～9.60m。块石呈透镜状随机分布于填土层中。
1.3.2 第四系冲积物（Q4al）
漂卵石：灰色—灰褐色，灰白色，以卵石层为主，砂层或圆砾或漂石呈透境体分布于卵石中，卵石成份主要为闪长岩、花岗闪长岩等，湿—饱和，粒径一般6～15cm，呈圆状—次圆状，约占50%～70%；
砾石粒径以0.5～1.5cm为主，约占10%～20%；
粒径一般为20～40cm的漂石约占10%～15%，卵石、漂石间局部有架空现象；
充填物为中细砂。分布于人工回填土之下，钻孔未揭穿该层。
1.4 场地土体物理力学特性
场地地基土层主要为第四系人工堆积块碎石，下伏冲洪积漂卵石，为了查清回填土地基物理及力学特性，项目采取了N120超重型动力触探原位测试、现场载荷试验和室内物理力学试验等手段。
（1）动力触探
本项目详细勘察阶段对地基共进行了148孔N120超重型动力触探原位测试，成果统计时，根据《岩土工程勘察规范》，剔除了临界深度内的数据、超前和滞后影响范围内的异常值，各土层N120动力触探成果见表1。
表1 地基土层N120动力触探成果统计表
（2）载荷试验
对野坝安置场地分上、中、下游不同位置随机选3点进行现场载荷试验，承压板面积采用0.25m2。根据试验成果（表2），3条p~s曲线均为缓变曲线，承载力按s/b=0.01所对应的荷载值。YB-1、YB-2两试验点地表为密实碎石，其承载力特征值为>700kPa，变形模量为54.2～85.4MPa，具低压缩性，高承载力；
YB-3试验点为稍密碎石，其承载力特征值为300kPa，变形模量为43.2MPa，具低压缩性，中等—高承载力。
载荷试验结果表明，场地地基土具低压缩性，中等—高承载力，但由于回填块石间存在架空，局部承载力较低，存在较大不均匀性。
表2 野坝地基土现场载荷试验成果
（3）室内试验
本阶段地质勘察对场地区回填压实填土现场取样10件进行室内物性试验，各土层物理力学性质试验成果见表3。根据试验成果，天然干密度范围为2.26～2.32 g/cm3，平均2.29g/cm3；
含水率范围为0.7%～1.5%，平均1.2%；
孔隙比范围为0.18～0.23，平均0.20。
在颗粒级配组成中，>200mm块石含量范围为7.7%～44.8%，平均22.8%；
200～20mm碎石含量范围为35.7%～70.6%，平均49.7%；
20～2mm角砾含量范围为14.0%～31.7%，平均19.1%；
2～0.075mm砂粒含量范围为4.1%～9.5%，平均6.9%；
<0.075mm细粒含量范围为0.8%～2.4%，平均1.5%。平均线颗分曲线不均匀系数为32.0，曲率系数为2.1，级配良好。其颗分曲线见图1。
图1 YB-1现场载荷试验P－S关系曲线
图2 YB-2现场载荷试验P-S关系曲线
图3 YB-3现场载荷试验P-S关系曲线
1.5 物理力学参数建议
根据对本工程现场钻探、原位测试和各土层室内物理力学试验成果整理及分析，并结合江咀左岸②长河坝水电站江咀左岸居民点房屋建筑工程岩土工程勘察报告（详细勘察阶段），中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，2020.、江咀右岸③长河坝水电站江咀右岸居民点房屋建筑工程岩土工程勘察报告（详细勘察阶段），中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，2020.、长坝④黄金坪水电站长坝移民安置点房屋工程岩土工程勘察报告（详细勘察），中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，2020.、泥洛河坝⑤猴子岩水电站泥洛河坝移民安置点房屋建筑岩土工程勘察报告（详细勘察阶段），中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，2019.和菩提河坝⑥猴子岩水电站菩堤河坝居民点房屋建筑工程岩土工程勘察报告（详细勘察阶段），中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，2020.等5个场地工程经验类比，按照可靠性和适用性的基本要求，提出粗粒回填土地基土物理力学参数建议值指标（表4）。
图4 场地压实填土（②）颗分曲线
由于该类场地回填土多为未经处理的洞渣块石料，其级配不均，大块石较多，存在少量孤石，且堆填分布不均，地基土层存在局部架空，建筑物地基存在不均匀沉降问题。场地人工回填厚度较大，边缘地带往往压实度不足，又因大渡河两岸经常存在有细砂层透镜体等软弱层，导致场地前缘易发生边坡失稳等问题。
2.1 不均匀沉降
根据现场钻探及探坑揭示，回填场地地基基础持力层深度范围内土体主要为杂填土和块碎石土层，块石粒径一般为200～500mm，最大达到1300mm，占比为15%～35%。由于回填块石形状多变，分布不均，占比较大等特点，场地经整平压实后虽然整体稳定，满足地基承载力要求，但多处存在架空现象。且由于土层变化，场地地基土在水平和垂直方向上其压缩模量差异较大，整个场地地基土具不均匀性，单体建筑物存在不均匀沉降的可能。因此，设计时应加密勘探，查清各栋建筑物地基土特性，有针对性的设计各单体地基类型，对不均匀地基，建议以筏板基础为主，并验算下卧层的稳定性。
2.2 边坡失稳
场地人工回填厚度较大，最高达15m，边缘地带不易压实，且大渡河两岸经常存在有细砂层透镜体等软弱层，在大渡河冲刷、掏蚀或地震等作用下前缘边坡易失稳破坏。因此，设计时需对场地前缘进行防护处理措施，修筑必要的防护工程设施，以确保边坡的稳定性。
目前，移民安置房多采用砖混结构，建筑物层数为2～3层，无地下室。移民安置房单位面积荷载相对较小，对地基土承载力要求较低，根据移民安置场地地层结构特征和地基土物理力学性质，结合建筑物荷载特征，对场地内基础形式进行了分类比选。
3.1 天然地基
（1）条形基础
根据设计要求，当采用条形基础时地基土承载力特征值fak需200kPa，稍密碎石土层（②2）承载力特征值fak约为260kPa，压缩模量Es约为20MPa，满足设计要求。地基此时可选用以②2稍密碎石及下伏更密实的碎石层作为其持力层。
（2）筏板基础
当采用筏式基础时地基土承载力特征值fak需150kPa，松散碎石层（②1）承载力特征值fak约为150kPa，压缩模量Es约为12MPa，可满足设计要求。地基持力层此时可选用松散碎石土层（②1）。
3.2 桩基础
经勘探成果分析，拟建场地建筑物基础形式也可以采用桩基础，穿过松散碎石，桩端进入稍密碎石层（②2）及以上更好的碎石层，桩基础建议采用钻（冲）孔灌注桩或人工挖孔灌注桩，以稍密碎石层（②2）作桩端持力层。场地内稍密碎石层厚度0.5～4.0m，钻探揭示最厚达5.10m，埋深0m～7.0m，最大埋深10.10m，若采用该地基基础方案，因场地内块石分布较多，施工难点大、基础费用较高，经济适用性差。当采用人工挖孔桩，容易引发安全事故，现场安全管理难度大。因此拟建场地不建议采用桩基础方案。
3.3 地基处理
拟建场地为回填垫高场地，地基土为压实填土，但其密实度不均，广泛分布有松散碎石，局地有架空现象，为改善松散碎石的工程特性，需进行地基处理，可采用的方法有换填法、压实和夯实法。
（1）换填法
根据设计要求，在基础范围内松散碎石层（②1）挖至设计标高以下需换填的深度，然后选用粒径＜20cm级配良好的碎石垫层分层压实至设计标高。此方法操作简便，便于施工，降低了地基土不均匀沉降，提高了松散碎石层（②1）的承载力，但工程量较大。
（2）夯实法
对于场地内表层连续分布，范围较广的松散碎石层（②1），可采用夯实法，施工前，清除表层的杂填土，大块石，平整施工场地。野坝安置场地周边建筑物除残留的长河坝水电站施工时的临时建筑外，当地村民房屋较少，场地开阔，可以进行强夯施工。但由于场地内建筑物较分散，对场地进行整片处理并经济适用性差。综上所述，根据野坝移民安置场地内各建筑物基础持力层分布情况，场地内部分地段个别建筑物地基土为较均匀地基土，绝大部分建筑物地基土为不均匀地基土，建议根据实际情况统筹考虑，基础型式与周边相同，统一采用筏板基础。
根据粗粒回填土场地特点，上述6个移民安置场地均采用筏板基础设计，目前建筑物已修筑1～3年，未发现有裂缝、沉降变形等迹象。
（1）水库粗粒土回填区移民安置场地土层主要为由回填洞渣、矿渣等组成的杂填土，下伏松散—密实块碎石土，局部夹砂层或粉土层透镜体。
（2）场地内分布有松散碎石层，饱和细砂层或粉土层，局部有架空现象，将产生不均匀沉降，边坡失稳等问题，设计时应考虑相应处理措施。
（3）建筑地基为填土地基，为不均匀地基，建筑物基础型式建议以筏板基础为主，松散碎石不能直接作为地基持力层。基础持力层以内的应进行适当处理，作为下卧层时应进行验算。
Study on Characteristic of Foundation Soil of Coarse-grained Soil Backfill Resettlement Site of Reservior, Taking the Yeba Resettlement Site of the Changheba Hydropower Station of Dadu River as an Example
HUANG Cheng
(Power China Chengdu Survey and Design Institute Co., LTD, Chengdu 611130)
Based on the research and analysis of the subsoil characteristics of the resettlement site of the Yeba of Changheba hydropower Station in Dadu River, the geotechnical engineering characteristics of the subsoil of the subsoil of the coarse-grained backfill site are summarized by horizontal analogy with the resettlement sites of the same type of coarse-grained backfill high area.This paper puts forward the suggested values of the physical and mechanical parameters of the backfill gravel soil, and gives the suggestions of the foundation form, which can be used as a reference for other similar projects.
Backfill pad-high region; slags; characteristics of foundation soil; unevenness settlement
P642.3
A
1006-0995（2022）04-0615-06
10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.014
2021-12-23
黄晨（1985—），男，四川成都人，硕士，高级工程师，主要从事水利水电工程地质勘察设计，岩土工程，地质灾害防治
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