張政東

(唐山華鼎工程項(xiàng)目管理有限公司，河北 豐潤 064001)

曹妃甸—南堡地區(qū)工程地質(zhì)特征及工程建筑地基適宜性分析

張政東

(唐山華鼎工程項(xiàng)目管理有限公司，河北 豐潤 064001)

曹妃甸—南堡海域海底的全新世海相層發(fā)育著較厚的粉砂層，為良好的工程地質(zhì)層，經(jīng)過相應(yīng)的地基處理加固，完全滿足中、低層建筑物的設(shè)計(jì)要求，高層及多層建筑物，在樁基礎(chǔ)不發(fā)生刺穿破壞的條件下，可選擇該層作為樁基持力層。晚更新世沉積中強(qiáng)度的粉土、砂質(zhì)粉土、粉砂層分布的層位、厚度是影響樁基適宜性的主要因素之一，該層在樁基不刺穿的條件下，可作為高層建筑樁基持力層。

曹妃甸—南堡；工程地質(zhì)特征；工程建筑地基；適宜性

The Engineering Geological Characteristics and Engineering Construction Foundaton Suitability Analysis in the Area from Caofeidian to Nanpu

1．研究區(qū)概況

渤海位于北緯37°07＇～41°，東經(jīng)117°35＇～121°10＇之間，是深入中國大陸的一個(gè)近封閉型的淺海，其南、北、西三面環(huán)陸，東面以渤海海峽與黃海相通，其間以北起遼東半島南段的老鐵山角、南至山東半島北端的蓬萊角一線與黃海分界。其海洋環(huán)境具有相當(dāng)?shù)奶厥庑?，多動態(tài)要素變化極為活躍，工程條件相當(dāng)復(fù)雜，有著施工難度大成本高的特點(diǎn)。曹妃甸—南堡海域是渤海灣北部海域，處于陸海過渡帶的灘海區(qū)，是潮汐、波浪、風(fēng)暴潮等作用的高能區(qū)域，潮溝廣布、水深變化大，海洋動力環(huán)境復(fù)雜，是地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜和脆弱的地區(qū)，其具體位置如圖1-1。

圖1-1 研究區(qū)地理位置

包括本區(qū)在內(nèi)的唐山地區(qū)是地震多發(fā)區(qū)，震源深度一般在20km左右，最淺的小于5km，最深的33km，均為淺震。調(diào)查區(qū)屬地震Ⅷ烈度區(qū)。

2.區(qū)域地殼穩(wěn)定性及地震

渤海灣盆地位于我國東部東北平原、渤海和下遼河平原，構(gòu)造上處于華北陸塊東部，東界郊廬斷裂，西界太行山東麓斷裂，南北分別為魯西隆起和燕山褶皺帶所限，是一個(gè)以新生代沉積為主體的大型板內(nèi)裂谷盆地，面積約2×104km2。渤海灣盆地以斷裂發(fā)育、斷塊破碎著稱，北北東——北東向和北西西——東西向兩組斷裂是控制盆地構(gòu)造格局的主干斷裂。其中北北東——北東向新裂是新生代的優(yōu)勢構(gòu)造走向線，許多凹陷和凸起沿這些斷裂呈帶狀展布，北西西向斷裂對盆地起分段作用，使渤海灣盆地的總體呈“三帶一區(qū)”展布。北京—渤海強(qiáng)震地震帶與河北平原地震帶與郯廬地震帶相交，在渤海區(qū)形成兩個(gè)高密度和高強(qiáng)度地震發(fā)生區(qū)，成為地殼穩(wěn)定性最具威脅性的地帶.

曹妃甸港南部緊鄰張家口—烽臺地震帶，西部為河北平原地震帶，東部為郯廬地震帶。港口南部分布近東西走向的沙壘田北斷裂，延長50km，斷裂埋深約300m。港區(qū)外圍構(gòu)造活動明顯，強(qiáng)震活躍。唐山-衡水活動斷裂帶的北部第四紀(jì)活動強(qiáng)烈，NNE及NEE向斷裂與NW向及近E-W斷裂相交匯切割成塊體，構(gòu)造復(fù)雜。其中，寧河—昌黎斷裂在全新世中期以來仍有活動的地質(zhì)現(xiàn)象；唐山—古冶斷裂兩側(cè)第四系底界落差達(dá)250m，豐潤—豐臺斷裂兩側(cè)第四系底界落差達(dá)500m，為第四紀(jì)強(qiáng)烈活動斷裂。灤縣—蘆龍斷裂兩側(cè)第四紀(jì)落差大于100m；3000年以來灤河故道由西往東遷說明，灤縣—樂亭斷裂近期仍在活動。綜上所述研究區(qū)屬地殼不穩(wěn)定區(qū)。因此，查明研究區(qū)及周邊活動斷裂分布與活動性，是實(shí)現(xiàn)該區(qū)工程可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工作。

3.地形地貌特征

研究區(qū)域?yàn)楹恿鳡I力和海洋營力共同作用塑造的沉積地貌，研究區(qū)域的地貌為Ⅱ2沖海積低平原區(qū)；地勢低洼，地面標(biāo)高小于5m，由沖積、海積而成，地表水體發(fā)育，除東北部(曹妃甸淺灘外)有一較深的凹槽外，其它海域海底地形平緩的呈現(xiàn)自海域西南部向東北方向傾斜。海域水深變化不大，其最淺水深0.6m，出現(xiàn)在曹妃甸淺灘附近，而海灣近岸處水深最淺處為6.7m；最大水深為32.4m，出現(xiàn)在東北部凹槽處；海灣平均水深不大于20m，約為19.4m。海底地形平坦，除個(gè)別海域外，海底地形坡度不大于0.2‰。

研究區(qū)海底地貌形態(tài)和類型，是渤海全新世海侵以來，各種海洋動力因素和沿岸周邊的河流、岸(島)灘進(jìn)入海區(qū)泥沙沉積作用共同長期塑造的結(jié)果，并受海侵前古地形地貌和區(qū)域性構(gòu)造的控制。主要地貌類型為海灣堆積平原和水下岸坡。海灣堆積平原區(qū)水深小于20m，海底地形平坦，灣頂向?yàn)晨诰弮A斜，整個(gè)海灣自西南以東北緩傾斜，等深線走向呈北西一南東向。分布在渤海灣東北部，灤河口至曹妃甸沿岸，東北與遼東灣水下岸坡相連，岸坡西南端內(nèi)側(cè)為曹妃甸淺灘，其端點(diǎn)為槽形潮流凹地。岸坡向東北方至灤河口，岸坡內(nèi)側(cè)為灤河三角洲沖積海積平原，二者間以后者的邊緣沙壩為界?，F(xiàn)代灤河口水下三角洲規(guī)模小，疊置在岸坡之上，可視為岸坡的一部分。

4．研究區(qū)表層沉積物特征

4.1 海底底質(zhì)特征

整個(gè)渤海灣北部表層沉積物主要為粘土質(zhì)粉砂、粉砂、砂質(zhì)粉砂和砂，由于本海區(qū)流系比較復(fù)雜，物質(zhì)來源于黃河和海河各方，所以本海區(qū)底質(zhì)分布帶有明顯的斑塊狀特點(diǎn)，但從整體上來看，這種分布格局還是有一定的規(guī)律性，即從近岸地帶向海區(qū)中部，底質(zhì)由粗逐漸變細(xì)。本海區(qū)表層沉積物底質(zhì)分布?xì)w納起來有如下幾個(gè)特點(diǎn):(1)從整個(gè)海區(qū)來說，本海區(qū)底質(zhì)普遍較細(xì)；(2)粘土質(zhì)粉砂和砂質(zhì)粉砂是本海區(qū)中分布最廣的兩種底質(zhì)；(3)在平面分布上，由岸向海由粗變細(xì)。

4.2 表層沉積物類型分布

對渤海灣北部的600多個(gè)表層樣進(jìn)行粒度分析，得出研究區(qū)沉積物有砂、粉砂、粘土、粘土質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂及礫砂等7種。研究區(qū)表層沉積物以砂和砂質(zhì)粉砂為主，其他沉積物類型零星斑狀分布。砂主要分布在曹妃甸海域，砂質(zhì)粉砂質(zhì)主要分布在南堡東海部海域。(圖4-1)

4-1 表層沉積物沉積類型分布圖

4.3 表層沉積物的抗剪強(qiáng)度

通過對渤海灣北部區(qū)域的大量站位取樣分析，對各個(gè)站位的表層土進(jìn)行了小型的不固結(jié)不排水十字板剪切試驗(yàn)，得出等值線圖4-2。

圖4-2 研究區(qū)表層土不排水抗剪強(qiáng)度等值線圖(小型十字板剪切試驗(yàn)結(jié)果)

在本區(qū)淺層土中，內(nèi)聚力普遍較小，而且細(xì)粒土的內(nèi)聚力隨著含水量的減少而增大。土的內(nèi)聚力主要由土粒間結(jié)合水形成的水膠連結(jié)，有時(shí)由土的膠結(jié)連接或毛細(xì)水連接形成。由于土粒周圍結(jié)合水膜的影響，細(xì)粒土的內(nèi)摩擦角較小，加之含水量很高，因此細(xì)粒土的抗剪強(qiáng)度很低，由于本區(qū)細(xì)粒土層均一性較好，因此抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相差不大。粗粒土的內(nèi)摩擦角較大，抗剪強(qiáng)度較高。

從圖4—2中可以看出，整個(gè)渤海灣北部表層上不排水抗剪強(qiáng)度值的大小及分布是有一定規(guī)律的，該區(qū)域中部沉積物抗剪強(qiáng)度明顯較高，抗剪強(qiáng)度值大小主要為10～18kPa，局部達(dá)到20kPa以上；東部區(qū)域最低，抗剪強(qiáng)度值在0～7kPa左右；西部差異較大，大部分區(qū)域抗剪強(qiáng)度在6kPa左右，局部地方能達(dá)到13kPa左右，這些強(qiáng)度較高的地區(qū)呈斑狀分布。研究區(qū)曹甸妃一南堡海域表層沉積物整體抗剪強(qiáng)度較低，在4～5kPa左右。

5．地層結(jié)構(gòu)特征及分區(qū)

通過對鉆孔資料的分析，得出曹妃甸—南堡海域地層結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)特點(diǎn)：

(1)研究區(qū)海底表層普遍發(fā)育著約12～27m左右厚的全新世海相層，上部4～15m左右普遍覆蓋著青灰色粉砂層，部分區(qū)域夾有粉土或粉質(zhì)粘土層。下部主要為青灰色粉土及粉質(zhì)粘土。(2)通常埋深12～27以下為晚更新世沉積層。一般為黃褐色粉土、粉砂、粉質(zhì)粘土層，含鈣質(zhì)結(jié)核。土層明顯經(jīng)受氧化，粘性土一般為可塑狀態(tài)，砂土呈稍密一密實(shí)狀態(tài)，中低壓縮性，強(qiáng)度較高。

通過研究區(qū)大量鉆孔對比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)全新世海相層有以下三種情況：(1)上部粉砂層較厚，最厚處可達(dá)10m以上，下部為粉質(zhì)粘上；(2)表層覆蓋一層軟土，中部為粉砂層，下部為粉質(zhì)粘土；(3)表層粉砂層較薄，下部為粉質(zhì)粘土或粉土層。

根據(jù)以上三種情況，我們將南堡—曹妃甸海區(qū)分為以下三個(gè)區(qū)域。Ⅰ區(qū)：位于南堡以西及以南海域，上部粉砂層厚4～15m不等，局部夾有粘質(zhì)粉土薄層。其下部為灰黑色粉質(zhì)粘上及黃褐色粉土。Ⅱ區(qū)：位于曹妃甸淺灘中部地區(qū)，其表層覆蓋很薄一層淤泥或粉質(zhì)粘土，層厚1m左右，局部此層缺失。其下為層厚4～7m的青灰色中密粉砂層。下部為粉質(zhì)粘土及粘質(zhì)粉土互層。Ⅲ區(qū):位于曹妃甸東部區(qū)域，表層普遍發(fā)育著3～5m左右的青灰色粉砂層。其下為青灰—灰黃色的砂質(zhì)粉土或粉質(zhì)粘土及粉土層。

6．建筑地基適宜性分析

不同區(qū)塊的地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工程地質(zhì)條件的差異是導(dǎo)致各區(qū)塊的建筑地基適宜性不同的主要原因。建筑地基的適宜性取決于地基所在地區(qū)的地質(zhì)條件，如水深、土質(zhì)分布、土質(zhì)性質(zhì)、強(qiáng)度、厚度等，此外還要受環(huán)境條件等的影響。

在工程建設(shè)中，不同的建筑物又對應(yīng)著不同的基礎(chǔ)類型，就是同一地區(qū)，不同的建筑物還是可能要利用不同基礎(chǔ)形式(天然淺基礎(chǔ)、片筏基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ))，因而，考慮不同工程建筑物可能采用的基礎(chǔ)形式，對不同深度的地基土進(jìn)行巖性和強(qiáng)度分析。對于1～3層的非重要性低層建筑，基礎(chǔ)埋深一般不超過2m，因而可利用表層的硬殼層，進(jìn)行簡單處理，作為低層建筑的地基；對于4～6層的多層建筑，基礎(chǔ)埋深一般不超過3m，但由于工作區(qū)軟土層的存在，一般需進(jìn)行地基處理；對6以上多層建筑和高層建筑物，則必須以4、5層以下土層作為持力層。

曹妃甸—南堡海域地層埋深12～27m以上的地層，系全新世海相層，以青灰色粉砂，粉細(xì)砂，粉質(zhì)粘土，粉土為主。粉砂層較厚，但厚度差異較大。地基承載力呈緩慢增大趨勢，承載力特征值為100～170kpa不等。在100kpa以內(nèi)作低層1～3層建筑淺層基礎(chǔ)和筏基或者進(jìn)行簡單的處理；在大于100kpa區(qū)可以作為4～6層建筑物淺基礎(chǔ)的天然地基，或?qū)ο浠M(jìn)行簡單的地基處理或加固處理；局部地區(qū)夾較薄的軟土層。軟土由于有觸變性、流變性、高壓縮性、低強(qiáng)度、低透水性和不均勻性，易造成建筑物的不均勻沉降、側(cè)向滑移、堤岸、邊坡不穩(wěn)等，給工程建設(shè)造成危害。本海區(qū)的軟弱地層和易液化土層，地震效應(yīng)顯著，通常稱為不良工程地質(zhì)層。

埋深12～27m以下地層為全新世底部和更新世頂部，一般為黃褐色粉土、粉砂、粉質(zhì)粘土層，粘性土一般為可塑狀態(tài)，砂土呈稍密一密實(shí)狀態(tài)，中低壓縮性，承載力特征值為190kpa左右，可以作為多層、中高層建筑物淺基、筏基的天然地基的區(qū)域，對天然土稍加處理，就可以滿足6層以上的建筑對地基的基本要求(表6-1)；下部的晚更新世地層頂部27.7～33.9m的粉土和粉砂層位承載力出現(xiàn)大的峰值，若該層較厚且經(jīng)刺穿驗(yàn)算后不刺穿，可作為樁基持力層。

表6-1 不同建筑物承載力對照表

7．結(jié)論

曹妃甸—南堡海域地區(qū)表層普遍分布全新世海相厚度不均一的粉砂層，承載力呈緩慢增大趨勢，總體來說該粉砂層較厚，為較好的工程地質(zhì)層。對于中、低層建筑物經(jīng)過相應(yīng)的地基處理加固，是適合修建的；對于高層及多層建筑物，樁基礎(chǔ)如果經(jīng)過驗(yàn)算不會發(fā)生刺穿破壞的話，可選擇該層作為樁基持力層。

晚更新世沉積的粉土、砂質(zhì)粉土、粉砂層分布的層位、厚度是影響樁基適宜性的主要因素。不同工程地質(zhì)區(qū)中粉土和粉砂層位承載力曲線出現(xiàn)很大的峰值，如果該層較厚且經(jīng)刺穿驗(yàn)算后不刺穿，可作為樁基持力層。

ZHANG Zheng-dong

(Tangshan Huading Engineering Project Management Co., Ltd, Fengrun Hebei, 064001)

There is a thicker layer of silty sand developing from Holocene Marine bed in the bottom of Caofeidian - Nanpu sea area, which is good engineering geological layer and can fully meet the design requirements of medium and low-rise buildings after the foundation treatment of corresponding reinforcement, and for high-rise and multi-storey buildings, which can be chosen as pile foundation bearing layer if the puncture failure does not occur in the pile foundation. For the distribution of strata of moderate strength silt, sandy silt and silty sand layer deposited in the late pleistocene epoch, thickness is one of the main factors influencing the suitability of pile foundation, the layer can be used as a high-rise building pile foundation bearing layer if the pile foundation is not pierced.

Caofeidian - Nanpu; engineering geological characteristics; engineering construction foundation; suitability

2015-11-12

張政東(1974- )，男，大專，唐山華鼎工程項(xiàng)目管理有限公司土建工程師，從事工程總監(jiān)工作。

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1671-3974(2016)01-0071-04