某電廠含鈣質結核粘土的工程特性研究

黃興懷，吳志海

(安徽省電力設計院，安徽 合肥 230022)

在安徽省的淮北地區，上部第四系松散覆蓋土層中，普遍含有鈣質結核，常見于粉土、粉質粘土及粘土中，鈣質結核的大小、含量不一，由于其分布沒有一定的規律，且含量不大，在工程勘察中常被忽視，未進行過系統深入的研究。而實際上，由于鈣質結核的存在，采用常規的勘察方法，按常規的經驗數據或公式去探求其工程地質及水文地質特性往往帶來很大的誤差，甚至可能帶來工程安全隱患。我院在該地區某電廠中對含鈣質結核粘土做了大量勘察工作，采用了室內試驗、靜力觸探試驗、靜載荷試驗、動力觸探試驗、抽水試驗等多種勘察手段，通過對這些勘察成果的對比、總結和分析，得到了一些認識和體會，希望能對含鈣質結核土的工程勘察能有一定的借鑒參考作用。

1 廠址處巖土工程條件概述

1.1 地形地貌

廠址區地貌為淮北平原，微地貌為泛濫微高地，廠址區地勢呈西高東低，地形略有起伏，場地標高在28.1m～34.6m之間(1956年黃海高程系，下同)，最大高差在6m左右。

1.2 地層結構

根據鉆探結果，擬選廠址下伏基巖為寒武系灰巖、泥灰巖及砂質頁巖等，上部地層為第四系全新統、上更新統沖積層，現從上至下描述如下：

①層粘土(Q4al)，灰黃色，灰褐色，等級中，濕，可塑偏軟狀態，混鈣質結核，無搖震反應，韌性高，有光澤，干強度高，該層在廠址區均有分布，層厚1.2m～4.0m，層底標高為25.23m ～28.05m。

②層粘土(Q4al)，棕黃色，灰褐色，等級中，濕，可塑狀態，局部為可塑偏硬狀態，含鐵錳結核，混鈣質結核，無搖震反應，韌性高，有光澤，干強度高，該層在廠址區均有分布。層厚在5m左右。

②-1層粘土(Q4al)，灰褐色，等級中，濕，可塑偏軟狀態，無搖震反應，韌性高，有光澤，干強度高，該層呈透鏡體狀分布在②層粘土中，在部分地段有分布，層厚0.6m～2.2m。

③層粘土(Q3al)，棕黃色，棕褐色，棕紅色，等級中—重，濕，硬塑狀態，含鐵錳結核，混鈣質結核，無搖震反應，韌性高，有光澤，干強度高，該層在廠址區均有分布，厚度一般大于20m。層頂標高在22.76m～24.60m之間。

③-1層粘土(Q3al)，棕黃色，棕褐色，棕紅色，等級中—重，濕，可塑偏硬狀態，局部為可塑狀態，含鐵錳結核，混鈣質結核，無搖震反應，韌性高，有光澤，干強度高，該層分布缺少規律，呈單層或多層透鏡體狀夾在③層粘土中，層厚在0.4m～4.0m之間。

④層灰巖、砂質頁巖及泥灰巖(ε)，灰巖(泥灰巖)：灰色，強風化～中風化，有弱溶蝕現象，可見被風化物充填的小溶洞；砂質頁巖：紫紅色，全風化～強風化。此層未穿透。該層層頂埋深在28.9m～33.60m之間，層頂標高在-0.18 m～-5.49m之間。

2 鈣質結核分布特征

該電廠場地的鈣質結核粒徑多在10mm～30mm之間，形態各異，磨圓度一般較好。在上部第四系松散覆蓋層的各層中均有分布，只是含量不一，①層及②層粘土中含量很少；③層粘土中含量較多，但分布不均，局部深度富集，厚度在0.50～1.50m；特別在③層粘土的頂部，與②層粘土的交界處，一般鈣質結核富集，這也是分層標志之一。

3 含鈣質結核粘土的工程地質特性分析

③層粘土是電廠主廠房等主要建、構筑物的持力層，為此針對該層含鈣質結核粘土做了大量勘察工作，采用了包括室內試驗、現場靜力觸探試驗、靜載荷試驗、重型動力觸探試驗、標準貫入試驗等多種勘測手段進行工程地質特性分析評價。

3.1 靜載荷試驗成果分析

在③層粘土上布置了3個載荷試驗點，e-p曲線見圖1。

圖1 載荷試驗P-S曲線圖

圖2 典型比貫入阻力試驗曲線

從圖1可見，3個平板載荷試驗的P-S曲線的形狀與普通硬塑狀態的粘性土類似，可見，含鈣質結核對土的破壞性狀的影響很小；同時，試驗曲線上均未見明顯的拐點，但陡降段明顯，取破壞前的一級荷載作為極限承載力，均為660kPa，即地基承載力特征值取為330kPa。

3.2 靜力觸探試驗成果分析

本場地典型比貫入阻力試驗曲線見圖2。從比貫入試驗曲線可見，線型具有明顯的峰值，說明此處探頭接觸到鈣質結核；局部深度處數值整體很大，同時曲線呈鋸齒狀，與粘土的曲線形態迥異，反映了該段鈣質結核富集。從整個場地靜力觸探試驗結果的統計看，③層粘土的比貫入阻力數據一般在3.65MPa ～13.35 MPa之間，厚度加權平均值為5.55MPa；如果去掉每個勘探孔中明顯鈣質結核富集處的數據，厚度加權平均值為4.25MPa。根據靜探經驗公式f0=0.104Ps+26.9，可計算出兩種厚度加權法的地基承載力基本值f0分別約為604kPa及467 kPa。

3.3 室內試驗成果分析

表1為主廠房地段初設階段土工試驗成果統計，從試驗成果統計看，無論是物理指標還是力學指標，數據離差均較大，表現為極差大，變異系數大；這主要是開土過程中要去掉土中鈣質結核，試驗數據受人為影響較大緣故。

3.4 動力觸探試驗成果分析

在初設階段主廠房地段完成標準貫入試驗135次，標準貫入擊數為9～35擊(未經桿長修正)，平均為20擊；經桿長修正后，標準貫入擊數為8～26擊，平均為16.5擊，標準值為16擊。同時在初設階段主廠房地段還完成了重型動力觸探試驗30段次，主要集中在③層粘土的頂部，即鈣質結核分布相對密集段，經統計，動力觸探擊數一般為5～7擊，經桿長修正平均為6擊。

分析動力觸探試驗成果數據，標準貫入試驗數據均偏大，同時離差也較大，用該數據去查承載力經驗表格，數值將很大。而重型動力觸探試驗數據相對平穩，可以與靜載荷試驗相比照，建立經驗關系。

4 含鈣質結核土的水文地質特性分析

4.1 水文地質條件

4.1.1 地下水類型及埋深

廠址區的淺層地下水類型為孔隙性潛水，勘測期間地下水位埋深在0.6m～1.0m之間，該水位隨季節變化較大，由大氣降水及地表水滲入的。

4.1.2 地下水的化學成分

根據水質分析結果，淺層地下水的化學成分見表2。

表1 主廠房地段③層粘土土工試驗成果統計

表2 淺層地下水化學成分

從試驗分析成果看，淺層地下水水化學類型為HCO3-Ca型，地下水的化學成分隨季節變化不大。

4.2 含鈣質結核土的滲透性能分析

由于廠址位于山間沖積平原，排水不暢，水量極為豐富，而場地內主廠房地段開挖深度在6m左右，循環水泵房開挖深度在12m，一號轉運站開挖深度約為18m，因此，施工降水成為制約基礎施工的重要因素之一，準確掌握提供場地土層的滲透參數，才能滿足施工安全、經濟的需要。

為此，我們首先選取了20個土樣，進行了滲透系數試驗， ③層粘土平均滲透系數為6.30×10-7cm/s，同時考慮到室內試驗難以模擬現場的水文地質邊界條件，我們專門進行了現場抽水試驗。在主廠房地段布置3個單孔抽水試驗。每個抽水試驗進行3次降深，各次降深的穩定時間均不小于4h～8h。試驗結果表明，本工程場地地下水影響半徑為68.4m，滲透系數為6.3×10-3cm/s。

分析室內實驗與現場抽水試驗的結果看。兩者差距懸殊，主要因為在室內試驗制樣過程中，剔除了鈣質結核，或選取的是鈣質結核含量少的土樣，基本反映的是粘土本身的滲透性能；而從現場的勘探看，①、②層粘土相對松散，③層粘土的豎向裂隙較發育，更為主要的是，間或分布的鈣質結核富集層，相當于富含水層，同時也大大提高了土層的透水能力。

5 結語

⑴ 含鈣質結核土，由于其中含有鈣質結核，其工程地質及水文地質特性都有一定的特殊性，應給予重視。

⑵ 對于含鈣質結核土，由于鈣質結核的存在，無論是室內試驗還是現場標準貫入試驗等，數據均具有離散性較大、可靠性低的特點。

⑶ 靜力觸探試驗具有靈敏度高的特點，能較清楚地反映鈣質結核的分布，但數據利用時應剔除因鈣質結核引起的畸高數據。靜載荷試驗是查清巖土工程特性可靠的手段，而重型動力觸探從應用結果看，具有數據穩定可靠的特點，但用該手段需要與靜載荷試驗的結果相對照，同時還需要經驗的積累。

⑷ 含鈣質結核土所處場地的地下水一般PH值較高，具弱堿性，其滲透性能比常規粘性土大得多，在地下水豐富地段，考慮到深基坑開挖和支護的需要，必要時應采用抽水試驗等現場試驗手段，以提供土層的水文地質參數。

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