贵州六枝电厂场地工程地质条件分析

刘 希，康小兵，黄 勋，谢怀前

(1.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学)，成都理工大学环境与土木工程学院，成都 610059；2.中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，成都 610021)

0引言

贵州是典型的喀斯特地区，在工程施工中容易遇到复杂的地质结构。对贵州地区工程场地的研究自20世纪末就开始了。杨先寿[1]等人和刘前明[2]分别对贵州地区建筑场地溶洞和红层土工程地质特征进行了分析。方鸿琪、杨闽中[3]总结了工程场地的普遍性特征并提出了场地工程地质分区的不同方式。刘林[4]指出贵州地区工程场地主要的问题是岩溶问题、边坡问题及地下水问题。近年来，随着贵州地区各类工程项目的实施，对实际工程场地的岩土体工程地质研究丰富起来，如王亚明[5]对金矿尾矿库工程地质特征的评价分析，刘超、范文亮[6]等人对矿区岩体工程地质特征及岩石质量的评价等等。

电厂场地一般由两部分组成，一是主要建筑物，如主厂房、灰场、供水和水处理设施等；二是辅助构筑物及附属建筑物，如修配车间、起动锅炉房、办公楼等。贵州地区电厂工程建设中可能遇到的问题[7]主要有：1)崩塌、滑坡、泥石流；2)地面塌陷、地面沉降、地裂缝；3)基坑变形、洞井塌方、突水；4)河、湖、水库塌岸、淤积、渗漏等。

六枝电厂属贵州省“西电东送”重点建设项目，是依托毕节地区丰富的煤炭资源建设的坑口电厂，规划火电装机容量4×1 000MW，配套建设坑口煤矿。其中火电一期工程(2×1 000MW)已于2010年建成投产，所发电量以“点对网”方式直送重庆市。电厂配套矿区主要为无烟煤及贫煤，采用公路运输，能稳定有效的保障六枝电厂的燃煤需要。本文基于前人研究成果，依托实际岩土工程勘察资料，对电厂的场地工程地质进行了多方面分析，为后续设计施工提供参考。

1 厂区地质条件

电厂位于贵州省六枝特区西北面30km的岩脚镇老坡底村附近，东、西、南三面环山，北临三岔河。区域东西宽约850m，南北长约1 400m。场地地处三岔河南岸相对较开阔的地段。三岔河由西向东在厂址东北侧经过，临河地段为河漫滩地和台地，中部为缓坡旱地，总体地势平坦开阔。场地自然高程为1 172.9～1 225.9m，相对高差53m，河岸高出河面约20m。场地内居民点较为分散，土地主要为荒坡、旱地和稻田。厂址西面现有岩脚镇至仓边的二级公路南北向通过。

场地上覆人工填土、第四系红粘土和残积土层，下伏三叠系，其中第四系土层厚0～6.5m，普遍厚1～3m，以粉质粘土、淤泥、杂填土为主。场地从上到下分为4层：①层为人工填土，主要由可塑状红粘土、碎石、角砾及少量的碎砖瓦片组成，以松散-稍密为主；②层为冲积、坡积层，以红粘土为主；③层为残积土层，是可溶岩经强烈溶蚀和风化形成；④层为三叠系中统关岭组的白云质灰岩、白云岩、灰岩、泥灰岩和角砾状灰岩，呈互层或夹层状。场地地基土主要有②层红粘土、③层下部残积土，基岩层则是④层可溶岩。通过野外鉴定和室内试验，查明的各岩土层的物理力学性质如下：②层红粘土各项物理力学参数变化较大，其上部红粘土孔隙比较小，属于中等压缩性土，具有弱膨胀潜势；下部红粘土孔隙比大，是高压缩性土。③层残积土属于中等压缩性土，其力学性质在横向及纵向上均表现出极不均匀性。④层基岩完整性整体较差，节理裂隙发育。其中泥灰岩和角砾状灰岩岩质较软，属软岩。白云质灰岩饱和单轴抗压强度为61～107MPa，属于坚硬岩石。为查明场地岩土的物理力学性质指标，西南电力设计院勘测分公司在前期勘测的基础上于2014年7月进行了原状土及岩石试样室内的物理力学试验。取原状土样15件，利用前期所取原状土样8件，扰动土样1件进行室内土工试验，场地各层岩土体主要物理力学参数统计见表1。

厂区处在岩脚向斜盆地隐伏溶蚀槽谷与宽缓溶丘坡脚前缘过渡地带，位于向斜核部。其中汽车衡、卸煤沟、干煤棚西侧、#4运煤转运站、全厂空压机房及碎煤机室等地段岩层倾向100°～110°，倾角20°～35°，干煤棚中部、启动锅炉房、燃油泵房、灰库及输煤综合楼地段岩层产状近水平方向，干煤棚东侧、#3运煤转运站等地段岩层倾向310°～320°，倾角15°～25°。场地内无断层通过，地震动峰值加速度为0.052 9g，相应地震基本烈度为Ⅵ。场地土整体均匀性较差，局部地段均匀性较好，场地类别为Ⅱ类。

表1 主要地基岩土层物理力学参数统计

图1 水城-六枝区域地质略图(据戴传固[8])Figure 1 Geological sketch of Shuicheng-Luzhi region(after Dai Chuangu, [8])1.地质界线； 2.地质符号； 3.断层； 4.场地位置；Pβμ.峨眉山玄武岩

2 岩溶发育及水文地质条件

电厂场地处于岩脚向斜盆地大型隐伏岩溶溶蚀槽谷中，为隐伏岩溶，溶蚀槽谷两侧边缘下伏基岩表面起伏巨大，基岩溶蚀现象十分发育。场地地层岩性主要由白云质灰岩、灰岩组成，基岩表层溶蚀小孔及溶沟(槽)十分发育。西南电力设计院勘测分公司于2014年6月在场地上进行了物探和钻探。所完成的116个钻孔中，钻进基岩的孔遇溶洞6个，遇洞率约5.2%，基岩钻进552m，溶洞(隙)总高度8.2m，线岩溶率约1.49%。卸煤沟一带、推煤机及运灰车检修及停车场一带、运煤栈桥一带的钻孔揭露基岩面起伏剧烈，呈隐伏溶峰或溶槽。虽然该场地钻孔遇溶洞(隙)数量不多，规模不大，但隐伏基岩面起伏剧烈，故综合判定本场地岩溶为中等-强烈发育。根据物探电法解析图及勘测钻探揭露，场地下基岩未发现大型厅式、廊道式溶洞，地下岩溶发育以浅部(发育深度地表以下0～20m)土洞以及小规模溶洞为主。场地的基岩岩溶裂隙比较发育，在深部形成了一系列不均匀分布的溶洞(隙)，对工程施工造成了隐患。

场地地下水主要有两种类型：第四系孔隙水和岩溶裂隙水。厂房地段主要揭露孔隙水，赋存于残积土中，受大气降水补给，埋藏深度为1.30～15.60m，地下水变化幅度为1～3m，水位受三岔河河水位升降变化影响，水量不丰富。地下水通过下部基岩溶(裂)隙向三岔河排泄或直接蒸发。基岩中地下水主要为岩溶裂隙水，埋藏较深，受大气降水以及上部孔隙潜水补给，水量较丰富，变化幅度较大。岩溶水部分通过岩溶管道在场地西侧等区域以岩溶泉的形式排泄后汇入厂区北侧的落水洞；部分通过深部岩溶管道(溶隙或岩石裂隙)径流，最终朝侵蚀基准面(三岔河)排泄。据贵州省水利水电勘测设计研究院《华润电力(六枝)有限公司2×660MW新建工程水资源论证报告》，雨季三岔河河水位标高约为1 176m，场地地下水标高为1 171～1 185m，故场地地下水主要受大气降水和三岔河河水抬升的补给，而场地地下水变化幅度也受三岔河河水升降影响。根据厂区水样的水质分析[9]，按Ⅱ类环境和弱透水层考虑，根据干湿交替判定地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性，地下水化学类型为HCO3—Ca ·Mg型水。

3 工程地质问题分区

根据前述场地地质条件及厂区各建筑段地层岩土体物理力学性质，结合实际工况，将研究场地工程地质问题分为一般岩土体变形区、超挖深基坑区、软弱岩土地面沉降区、岩溶发育区和地下水引起基坑边坡失稳区等五个区域，如图2所示。

图2 场地工程地质分区Figure 2 Site engineering geological partitioning

1)一般岩土体变形区。该区的基岩土体主要为①层填土和②层上部可塑—硬塑状红粘土，稳定性较好，施工开挖时无需特殊处理，基坑正常开挖即可。

2)超挖深基坑区。该区范围较大，主要分布①层填土层，部分分布②层上部红粘土，该层土较其它区域稳定性差，且岩体应力比较集中，为了防止出现失稳，基坑应超挖至下层的②层上部红粘土和③层残积土层，部分地方甚至应挖至④层基岩层。

3)软弱岩土地面沉降区。该区地基分布②层软塑状红粘土，且分布不均，土层稳定性较差，岩土体比较软弱，基坑开挖破坏岩土体原有结构后极易引起地基差异沉降，设计应进行软弱下卧层验算。

4)岩溶问题区。该区实际浅表并不发育可溶岩，但其深埋地层中不均匀分布大小不一的溶洞，在进行基坑开挖施工时大部分直接被挖除，少部分埋深较大不会影响表层地基，故实际影响不大。

5)地下水引起基坑边坡失稳区。该区处在场地中部(向斜核部)，以③层残积土为主。残积土中分布碎(块)石层，地下水较为丰富。由于场地位于岩脚向斜盆地隐伏溶蚀槽谷中，周边地下水均汇集到向斜核部溶槽谷地中径流，加之北侧为三岔河水位抬升，导致场地地下水水位在该区出现抬升现象。考虑到场地标高及基础埋深，该区进行基坑开挖施工时，会遇到地下水渗入，在地下水和围岩应力、土压力的作用下容易引起边坡失稳。因此，施工时要在基坑周边及基坑内挖集水井和排水沟进行集中抽排。

4 典型工程地质问题分析

场地工程地质问题主要是地下水、岩溶和基坑边坡问题。地下水和岩溶问题对场地的施工建设的影响都相对较小。因厂区场地位于三岔河的河漫滩和台地上，整体地势较为平坦，没有单独的边坡工程，但由于各建筑地段开挖基坑，导致产生了大量基坑边坡，因此基坑边坡问题成为研究场地最典型的工程地质问题。据西南电力设计院《华润电力(六枝)有限公司2×660MW新建工程厂区岩土工程勘测报告》，场地的基坑边坡情况见表2。

其中，截洪沟边坡、厂外公路边坡是前期已开挖的，稳定性好。卸煤沟及#1运煤转运站深基坑边坡由于所处地段岩土体的特殊性及建筑在电厂中的重要性，是整个工程中最重要的两个边坡。厂区截洪沟边坡由②层红粘土和③层残积土组成，按1∶1放坡，坡高约10m。厂外公路边坡由③层残积土组成，边坡按1∶0.5放坡，坡高约12m。两个边坡都是土质边坡，开挖后坡面均未做任何处理，边坡基本稳定。参考截洪沟及公路边坡的相关经验，对具有代表性的#1运煤转运站基坑边坡工程进行评价分析。

表2 场地基坑边坡

#1运煤转运站拟建场地位于干煤棚西侧，处于隐伏溶蚀槽谷西侧边缘地段，地面标高为1 182.80～1 186.31m，高差约3.5m，地形较平坦。场地设计标高为1 187.50m。基坑坑壁由①层填土、②层上部红粘土、③层下部残积土及④层基岩组成，基坑开挖边坡高10～17m，相应基底标高为1 175.50、1 170.50m。基坑所在地段的典型地质剖面如图3。

分析剖面图发现基坑边坡可采用③层残积土、④层基岩作为天然地基持力层，但③层残积土本身存在不均匀性和土岩组合地基问题，因此在施工时应该考虑削掉基岩一定厚度，铺设一定厚度碎石褥垫层来进行调节。另外从剖面图可以看出，该地段由于基础埋深较大，地下水水位接近基底标高，而场地地下水水位受大气降水和三岔河河水升降影响从而产生季节性变化，因此该地段应进行抗浮设计。施工时在基坑周边及基坑内挖集水井和排水沟进行集中抽排，施工过程中应加强施工排水和地基土的保护措施，并预留0.30m的保护层，采用人工清底至基底标高时及时封闭基底。

图3 #1运煤转运站典型地质剖面Figure 3 Typical geological section of coal haulage transfer station No.1

结合各岩土层的物理力学性质和工程设计情况，以基坑的剖面图为准，采用圆弧法[10-13]计算基坑边坡的稳定性。选取典型剖面进行计算基坑边坡的稳定性。根据西南电力设计院《华润电力(六枝)有限公司2×660MW新建工程厂区岩土工程勘测报告》室内土工试验及原位试验并参考当地建设经验，计算采用的参数见表3。基坑边坡按开挖坡高17m考虑，分别计算放坡比1∶1、1∶1.25、1∶1.5和1∶1.75时的最小稳定系数。计算时同时考虑正常情况和暴雨工况[14-17]，采用不同的地下水埋深。计算情况见表4。

表3 基坑边坡稳定性计算采用参数

计算结果表明，对于基坑的各种情况来说，①层填土和③层下部残积土都可能发生剪切破坏，而②层上部红粘土不会。基坑边坡在1∶1、1∶1.25两个放坡比下，基坑边坡失稳；而1∶1.5和1∶1.75两个放坡比在理论上是可行的。

综合考虑施工场地放坡条件和工程布置情况，为确保基坑边坡的稳定，要作好深基坑降排水的措施，如果施工时上述条件变化较大，应该对临时基坑的稳定性进行复核，或对基坑采取必要的支护措施，以此确保基坑稳定及施工安全。而#1运煤转运站深基坑边坡高达17m，考虑按照1∶1.75放坡仍无法满足要求，故需进行专门的基坑支护设计。基坑的开挖要尽量避开雨季，同时要避免在基坑顶部附近堆砌弃土和建材设施导致基坑边坡上部荷载增加而出现边坡失稳[18-20]。

表4 基坑边坡稳定性计算结果

5 结论

1)场地覆盖层内存在孔隙潜水，水量较小，但对深基坑的设计和施工会产生影响。场地处于隐伏溶蚀槽谷地带，地下隐伏基岩面呈溶峰状，基岩面陡降剧烈，为岩溶强烈发育区。但溶洞规模不大且分布在深层，对场地地基稳定性无影响。

2)结合实际工况，根据厂区各建筑段岩土工程地质条件及综合评价情况，将研究区按岩土工程地质问题分为：一般岩土体变形区地下水引起基坑边坡失稳区、岩溶发育区、超挖深基坑区和软弱岩土地面沉降区等五个区域。

3)#1运煤转运站深基坑边坡作为研究区场地工程中最典型的边坡，在结合稳定性计算结果的基础上，结合施工场地放坡条件，认为该边坡需按照1∶1.75的放坡比放坡，同时应进行专门的基坑支护设计，且开挖时需同时进行降排水。