狮子坪水电站坝基砂层液化判别分析

黎昌有，邓卫东，冯建明

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 概述

狮子坪水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县境内岷江右岸一级支流杂谷脑河上，为杂谷脑河梯级水电开发的龙头水库电站，电站主要由拦河大坝、放空洞(导流洞)、泄洪洞、引水隧洞、调压井、压力管道及地下厂房等建筑物组成。正常蓄水位高程2 540 m，最大坝高136 m，总库容1.327 亿 m3，引水隧洞长 18 707.923 m，设计水头390 m，引用流量61.4 m3/s，装机容量195 MW。

拦河大坝采用砾石土心墙堆石坝，坝顶高程为2 544 m，坝顶宽12 m，坝顶总长310.14 m。河床部位心墙底部座落在覆盖层上，坝基覆盖层防渗采用混凝土防渗墙全封闭方案，防渗墙底嵌入基岩，墙顶与心墙底部齐平，墙顶设观测、检修、灌浆廊道并与两岸帷幕灌浆平洞相连。

2 坝基工程地质条件

工程区位于北西向鲜水河断裂带和北东向龙门山断裂带所围限的川青断块的小金～较场弧形构造带之西翼近顶端的次级构造族郎帚状构造带上，在大地构造部位隶属于松潘～甘孜地槽褶皱带范畴，西侧毗连巴颜喀拉冒地槽褶皱带，东邻扬子地台西缘龙门山～大巴山台缘拗陷带，工程场地地震基本烈度为Ⅶ度。

坝址区位于高山峡谷，河谷两岸山体雄厚，区内河道顺直，谷坡地形较完整，河流由西向东流经坝区。枯水期河水位高程为2 412 m(坝轴线)，河面宽19～22 m，谷底宽69～90 m，正常蓄水位高程2 540 m处谷宽285～305 m。河谷横断面为较对称的“V”型峡谷，岩层与岸坡近于正交，为横向谷。两岸谷坡陡峻，高程2 480 m以下平均坡度为35°～40°，高程2 480 m以上平均坡度为45°～50°，临河坡高300 m以上。

坝址区出露基岩为三叠系上统侏倭组(T3zh)和新都桥组(T3x)的浅变质岩，岩石致密坚硬，岩体风化微弱。

坝址区第四系不同成因堆积物主要分布于河床和两岸谷坡坡脚地带。勘探揭示:河床覆盖层厚度为90～101.5 m。根据成因、物质组成、结构特征，由老到新可分为五层:

①含砂漂(块)卵砾石层(Q3gl+fgl):系冰川冰水混合堆积，分布于河床底部，下伏为基岩，厚度一般为14～18 m，最厚处为25.25 m，顶板埋深73～96 m，顶板高程为2 321～2 344.5 m。漂卵石成分以变质砂岩、板岩为主，偶见花岗岩，漂石粒径一般为20～30 cm，卵砾石粒径一般为2～7 cm，充填灰黄或灰色粉砂、粉质土。该层局部架空。

②粉质壤土与粉细砂互层(Q3l):湖相沉积，分布于河床下部，除横Ⅱ勘探线附近缺失外，几乎铺满了整个河床。横Ⅱ线上游厚度一般为7.81～8.50 m，下游一般为10～12 m，顶板埋深66～72 m，顶板高程2 337～2 350 m，结构较紧密。

③－1含砂漂(块)卵砾石层(Q4al):冲积堆积，分布于河床中下部，下伏为②层，厚39～58 m，顶板埋深7～28 m，顶板高程2 383～2 406 m。漂卵石成分为变质砂岩、板岩，漂石粒径一般为20～40 cm，卵砾石粒径一般为5～10 cm，充填灰黄或灰色粉砂、粉质土，结构较密实。该层分布6个砂层透镜体，粗、中、细砂均有，透镜体厚1.16～4.25 m，顶板埋深23.35 ～43 m。

③－2块碎砾石土层(Q4col+dl+al):早期崩坡积与河流冲积的混合堆积，主要沿杂谷脑河两岸分布，厚度变化大，与③－1层同一时期形成，交互沉积。据钻孔揭示，横Ⅰ勘探线左、右两岸厚度分别为27.96 m、44.62 m，顶 板 埋 深 分 别 为20.14、22.60 m，顶 板 高 程 分 别 为 2 429.51、2 408.8 m;横Ⅱ勘探线右岸总厚度为36.66 m，顶板埋深8 m，顶部高程2 406.04 m，左岸缺失该层。碎砾石成分为板岩、砂岩，块石成分为砂岩，块石粒径为20～30 cm、碎石粒径为3～8 cm，砾石粒径为0.5～1 cm，细粒以粉质土为主，含量约20%～40%。该层结构分布不均一，有局部粗颗粒集中、局部细颗粒集中现象。

④层(Q4al):该层分布于河床上部，几乎铺满河谷，根据其性状的差异分为三个亚层。

④－1层:含碎砾石砂层、粉质壤土层，分布于④层下部，下伏为③－1层、③－2层，除横Ⅴ线附近、下游围堰下游及局部地段缺失外，河床均有分布。该层厚1.80 ～4.74 m，底板埋深12.39 ～32.28 m，底 板 高 程 为 2 384.60 ～2 402.41 m，结构较松散。

④－2层:含漂砂卵砾石层，分布于④层中部，除横Ⅴ线附近及下游围堰附近缺失外，河床均有分布，层厚0 ～11.81 m，底板埋深7.45 ～27.55 m，底板高程为2 386.9 ～2 397.2 m，结构松散。

④－3层:含碎砾石砂层、粉质壤土层，分布于④层上部。除横Ⅳ线上、下游各90 m范围内及局部地段缺失外，河床均有分布。该层厚2.13～11.95 m，底板埋深5.91 ～22.70 m，底板高 程 为2 392.82 ～2 406.50 m，结构松散。

⑤含漂卵砾石层(Q4al):现代河床冲积堆积，分布于河床顶部，厚度一般为3～7 m，在横Ⅱ线最厚11 m，顶板高程为2 405～2 416.36 m。漂卵砾石成分主要为变质砂岩，偶见板岩，小砾石粒径0.5～1 cm，卵砾石粒径一般为3～7 cm，漂石粒径为20～40 cm，充填物为中细砂，结构松散。

谷坡坡脚广泛分布崩坡积(Q4dl+col)的块碎石土，该层颗粒大小悬殊，分布不均匀、局部细颗粒相对集中，具架空结构，厚度变化大，一般介于5～30 m，结构松散。

3 坝基砂层分布及地震液化判别

坝基覆盖层中存在第②层粉质壤土与粉细砂互层、第④－1和④－3层含碎砾石砂层以及第③－1层中随机分布的砂层透镜体。按照现行规范技术要求，依据砂层的颗粒组成、沉积年代、标贯击数等标准，分别对以上各层进行了砂(土)层液化判别。

3.1 砂层液化初判

②层粉质壤土与粉细砂互层厚度一般为7.81～8.50 m，埋深 66 ～72 m，为晚更新世堰塞形成的湖相沉积层。按照现行规范，地层年代为第四纪晚更新世Q3或以前可判为不液化的原则，该层属不液化砂土层。

③－1层砂层透镜体厚约4 m，埋深达41～44 m，分布随机，粒径小于5 mm含量为95.41%，粘粒平均含量达18.21%，而规程规范要求的地震设防烈度八度标准值为18%，故可将其判为不液化砂层。

④－1和④－3层含碎砾石砂层、粉质壤土层，d＜5 mm 含量为 41.30% ～99.50%，平均值为77.1%，粘粒平均含量为2.85%，对应于地震设防烈度八度，初判有液化的可能性。地震液化动三轴试验成果表明:振次为10周、20周时现场应力比均大于最大地面加速度0.1 g时设计地震引起的应力比，表明在七度地震时不发生液化，但在八度地震时可能发生液化现象。

3.2 砂层液化复判

复判采用标准贯入锤击法、相对含水量和液性指数法。

标贯试验复判成果表明:在地震烈度为八度时，5组试验中的4组属液化范畴，1组属不液化;在地震烈度为七度时，5组试验中的1组属液化临界值，4组属不液化。

相对含水量及液性指数(钻孔取样)试验复判成果表明:4组试验中的3组属可能液化范畴，1组属不液化。

复判试验结果表明:④－1和④－3层在地震烈度为八度时有液化的可能性。

4 结语

狮子坪水电站河谷覆盖层深厚，结构层次复杂，坝基中存在第②层粉质壤土与粉细砂互层、第④－1和④－3层含碎砾石砂层以及第③－1层中随机分布的砂层透镜体。笔者采取多种方法对砂层的液化情况进行初判和复判，为坝基下砂层是否进行加固处理提供地质建议依据。