某电厂含钙质结核粘土的工程特性研究

黄兴怀，吴志海

(安徽省电力设计院，安徽 合肥 230022)

在安徽省的淮北地区，上部第四系松散覆盖土层中，普遍含有钙质结核，常见于粉土、粉质粘土及粘土中，钙质结核的大小、含量不一，由于其分布没有一定的规律，且含量不大，在工程勘察中常被忽视，未进行过系统深入的研究。而实际上，由于钙质结核的存在，采用常规的勘察方法，按常规的经验数据或公式去探求其工程地质及水文地质特性往往带来很大的误差，甚至可能带来工程安全隐患。我院在该地区某电厂中对含钙质结核粘土做了大量勘察工作，采用了室内试验、静力触探试验、静载荷试验、动力触探试验、抽水试验等多种勘察手段，通过对这些勘察成果的对比、总结和分析，得到了一些认识和体会，希望能对含钙质结核土的工程勘察能有一定的借鉴参考作用。

1 厂址处岩土工程条件概述

1.1 地形地貌

厂址区地貌为淮北平原，微地貌为泛滥微高地，厂址区地势呈西高东低，地形略有起伏，场地标高在28.1m～34.6m之间(1956年黄海高程系，下同)，最大高差在6m左右。

1.2 地层结构

根据钻探结果，拟选厂址下伏基岩为寒武系灰岩、泥灰岩及砂质页岩等，上部地层为第四系全新统、上更新统冲积层，现从上至下描述如下：

①层粘土(Q4al)，灰黄色，灰褐色，等级中，湿，可塑偏软状态，混钙质结核，无摇震反应，韧性高，有光泽，干强度高，该层在厂址区均有分布，层厚1.2m～4.0m，层底标高为25.23m ～28.05m。

②层粘土(Q4al)，棕黄色，灰褐色，等级中，湿，可塑状态，局部为可塑偏硬状态，含铁锰结核，混钙质结核，无摇震反应，韧性高，有光泽，干强度高，该层在厂址区均有分布。层厚在5m左右。

②-1层粘土(Q4al)，灰褐色，等级中，湿，可塑偏软状态，无摇震反应，韧性高，有光泽，干强度高，该层呈透镜体状分布在②层粘土中，在部分地段有分布，层厚0.6m～2.2m。

③层粘土(Q3al)，棕黄色，棕褐色，棕红色，等级中—重，湿，硬塑状态，含铁锰结核，混钙质结核，无摇震反应，韧性高，有光泽，干强度高，该层在厂址区均有分布，厚度一般大于20m。层顶标高在22.76m～24.60m之间。

③-1层粘土(Q3al)，棕黄色，棕褐色，棕红色，等级中—重，湿，可塑偏硬状态，局部为可塑状态，含铁锰结核，混钙质结核，无摇震反应，韧性高，有光泽，干强度高，该层分布缺少规律，呈单层或多层透镜体状夹在③层粘土中，层厚在0.4m～4.0m之间。

④层灰岩、砂质页岩及泥灰岩(ε)，灰岩(泥灰岩)：灰色，强风化～中风化，有弱溶蚀现象，可见被风化物充填的小溶洞；砂质页岩：紫红色，全风化～强风化。此层未穿透。该层层顶埋深在28.9m～33.60m之间，层顶标高在-0.18 m～-5.49m之间。

2 钙质结核分布特征

该电厂场地的钙质结核粒径多在10mm～30mm之间，形态各异，磨圆度一般较好。在上部第四系松散覆盖层的各层中均有分布，只是含量不一，①层及②层粘土中含量很少；③层粘土中含量较多，但分布不均，局部深度富集，厚度在0.50～1.50m；特别在③层粘土的顶部，与②层粘土的交界处，一般钙质结核富集，这也是分层标志之一。

3 含钙质结核粘土的工程地质特性分析

③层粘土是电厂主厂房等主要建、构筑物的持力层，为此针对该层含钙质结核粘土做了大量勘察工作，采用了包括室内试验、现场静力触探试验、静载荷试验、重型动力触探试验、标准贯入试验等多种勘测手段进行工程地质特性分析评价。

3.1 静载荷试验成果分析

在③层粘土上布置了3个载荷试验点，e-p曲线见图1。

图1 载荷试验P-S曲线图

图2 典型比贯入阻力试验曲线

从图1可见，3个平板载荷试验的P-S曲线的形状与普通硬塑状态的粘性土类似，可见，含钙质结核对土的破坏性状的影响很小；同时，试验曲线上均未见明显的拐点，但陡降段明显，取破坏前的一级荷载作为极限承载力，均为660kPa，即地基承载力特征值取为330kPa。

3.2 静力触探试验成果分析

本场地典型比贯入阻力试验曲线见图2。从比贯入试验曲线可见，线型具有明显的峰值，说明此处探头接触到钙质结核；局部深度处数值整体很大，同时曲线呈锯齿状，与粘土的曲线形态迥异，反映了该段钙质结核富集。从整个场地静力触探试验结果的统计看，③层粘土的比贯入阻力数据一般在3.65MPa ～13.35 MPa之间，厚度加权平均值为5.55MPa；如果去掉每个勘探孔中明显钙质结核富集处的数据，厚度加权平均值为4.25MPa。根据静探经验公式f0=0.104Ps+26.9，可计算出两种厚度加权法的地基承载力基本值f0分别约为604kPa及467 kPa。

3.3 室内试验成果分析

表1为主厂房地段初设阶段土工试验成果统计，从试验成果统计看，无论是物理指标还是力学指标，数据离差均较大，表现为极差大，变异系数大；这主要是开土过程中要去掉土中钙质结核，试验数据受人为影响较大缘故。

3.4 动力触探试验成果分析

在初设阶段主厂房地段完成标准贯入试验135次，标准贯入击数为9～35击(未经杆长修正)，平均为20击；经杆长修正后，标准贯入击数为8～26击，平均为16.5击，标准值为16击。同时在初设阶段主厂房地段还完成了重型动力触探试验30段次，主要集中在③层粘土的顶部，即钙质结核分布相对密集段，经统计，动力触探击数一般为5～7击，经杆长修正平均为6击。

分析动力触探试验成果数据，标准贯入试验数据均偏大，同时离差也较大，用该数据去查承载力经验表格，数值将很大。而重型动力触探试验数据相对平稳，可以与静载荷试验相比照，建立经验关系。

4 含钙质结核土的水文地质特性分析

4.1 水文地质条件

4.1.1 地下水类型及埋深

厂址区的浅层地下水类型为孔隙性潜水，勘测期间地下水位埋深在0.6m～1.0m之间，该水位随季节变化较大，由大气降水及地表水渗入的。

4.1.2 地下水的化学成分

根据水质分析结果，浅层地下水的化学成分见表2。

表1 主厂房地段③层粘土土工试验成果统计

表2 浅层地下水化学成分

从试验分析成果看，浅层地下水水化学类型为HCO3-Ca型，地下水的化学成分随季节变化不大。

4.2 含钙质结核土的渗透性能分析

由于厂址位于山间冲积平原，排水不畅，水量极为丰富，而场地内主厂房地段开挖深度在6m左右，循环水泵房开挖深度在12m，一号转运站开挖深度约为18m，因此，施工降水成为制约基础施工的重要因素之一，准确掌握提供场地土层的渗透参数，才能满足施工安全、经济的需要。

为此，我们首先选取了20个土样，进行了渗透系数试验， ③层粘土平均渗透系数为6.30×10-7cm/s，同时考虑到室内试验难以模拟现场的水文地质边界条件，我们专门进行了现场抽水试验。在主厂房地段布置3个单孔抽水试验。每个抽水试验进行3次降深，各次降深的稳定时间均不小于4h～8h。试验结果表明，本工程场地地下水影响半径为68.4m，渗透系数为6.3×10-3cm/s。

分析室内实验与现场抽水试验的结果看。两者差距悬殊，主要因为在室内试验制样过程中，剔除了钙质结核，或选取的是钙质结核含量少的土样，基本反映的是粘土本身的渗透性能；而从现场的勘探看，①、②层粘土相对松散，③层粘土的竖向裂隙较发育，更为主要的是，间或分布的钙质结核富集层，相当于富含水层，同时也大大提高了土层的透水能力。

5 结语

⑴ 含钙质结核土，由于其中含有钙质结核，其工程地质及水文地质特性都有一定的特殊性，应给予重视。

⑵ 对于含钙质结核土，由于钙质结核的存在，无论是室内试验还是现场标准贯入试验等，数据均具有离散性较大、可靠性低的特点。

⑶ 静力触探试验具有灵敏度高的特点，能较清楚地反映钙质结核的分布，但数据利用时应剔除因钙质结核引起的畸高数据。静载荷试验是查清岩土工程特性可靠的手段，而重型动力触探从应用结果看，具有数据稳定可靠的特点，但用该手段需要与静载荷试验的结果相对照，同时还需要经验的积累。

⑷ 含钙质结核土所处场地的地下水一般PH值较高，具弱碱性，其渗透性能比常规粘性土大得多，在地下水丰富地段，考虑到深基坑开挖和支护的需要，必要时应采用抽水试验等现场试验手段，以提供土层的水文地质参数。

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