吉烜瑩，張 杰，張生海，王有智，韓明智，原帥帥

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271000；2.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺 264004)

研究區(qū)位于煙臺大沽夾河流域中下游區(qū)域，北臨黃海，面積1 310.00 km2。大沽夾河歷來被煙臺民眾譽為“母親河”，是煙臺市社會經(jīng)濟發(fā)展的“水源命脈”，流域中下游作為煙臺市主要城區(qū)分布地帶，人口密集，經(jīng)濟發(fā)展水平高、基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展快，而工程地質(zhì)條件作為城市發(fā)展用地條件評價中最主要的因素之一[1]，為城市居民生存提供所必需的條件，深入分析工程地質(zhì)條件及特征，將有助于城市規(guī)劃和建設(shè)的合理性與經(jīng)濟性，本文通過資料收集、工程地質(zhì)測繪、工程地質(zhì)鉆探、水化學(xué)調(diào)查等工作手段，綜合分析了研究區(qū)巖土體工程地質(zhì)條件及特征，進(jìn)行了地下水腐蝕性、天然地基承載力及區(qū)域穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評價，為研究區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市總體規(guī)劃、建設(shè)規(guī)劃用地布局等提供重要支撐，對研究區(qū)城市化建設(shè)發(fā)展具有重要意義[2-6]。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

1.1 地層巖性

研究區(qū)位于華北板塊(Ⅰ)膠遼隆起區(qū)(Ⅲ)膠北隆起(Ⅲa)膠北斷隆(Ⅲa1)煙臺凸起(Ⅲa15)地帶，北部主要發(fā)育新生界第四系地層，南部及東部主要發(fā)育古元古界荊山群和粉子山群地層，西部主要發(fā)育新元古界蓬萊群及中生界白堊系地層(見圖1、見表1)。區(qū)內(nèi)西北及東南巖漿活動強烈，發(fā)育有中生代—新太古代的侵入巖，巖性主要花崗巖、閃長巖等。

表1 研究區(qū)地層巖性一覽表

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖

1.2 構(gòu)造

研究區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，走向主要為近東西向和北東向(見圖1)。規(guī)模較大的區(qū)域性斷裂主要有近東西向的吳陽泉斷裂和北東向的肖古家斷裂及桃村斷裂；其中，吳陽泉及桃村斷裂屬于控盆斷裂，前者位于臧家莊盆地北部邊緣，第四紀(jì)以來具有明顯的活動特征，切割了肖谷家斷裂；后者位于萊陽坳陷盆地東北部，中生代活動最強烈，表現(xiàn)為左旋張性正斷活動，最大水平錯動達(dá)30 km，晚更新世以來，斷裂已停止活動[7]。

2 工程地質(zhì)分區(qū)及巖土體工程地質(zhì)特征

2.1 工程地質(zhì)分區(qū)

受地形地貌、地層巖性及構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、內(nèi)外動力地質(zhì)作用和人類活動的影響和控制，將研究區(qū)劃分為六個工程地質(zhì)分區(qū)(見圖2)。

圖2 研究區(qū)工程地質(zhì)分區(qū)圖

2.1.1 堅硬塊狀侵入巖類工程地質(zhì)區(qū)

主要分布于大柳行鎮(zhèn)、大季家鎮(zhèn)及萊山鎮(zhèn)一帶，巖性以花崗巖為主，面積189.16 km2。新鮮巖石堅硬、致密、塊狀結(jié)構(gòu)，抗風(fēng)化能力強，節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，穩(wěn)定性較好。受地質(zhì)構(gòu)造、巖石結(jié)構(gòu)、礦物成分的不同以及地貌形態(tài)差異之影響，風(fēng)化程度及風(fēng)化帶厚度各處不一，地形低緩處10～20 m，地勢較高處厚度1～5 m。剝除上部覆蓋層可作為各種建筑物的天然地基，強風(fēng)化帶地基承載力特征值fak=500～600 kPa，為較穩(wěn)定的良好地基。

2.1.2 堅硬層狀變質(zhì)巖類工程地質(zhì)區(qū)

主要分布于高疃鎮(zhèn)～廟后鎮(zhèn)以南一帶片麻巖、古峴鎮(zhèn)一帶石英巖及黃務(wù)街道一帶變粒巖、石英巖、片麻巖等出露區(qū)，面積372.43 km2，巖石堅硬、致密，具有片麻構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石力學(xué)強度較高，剝除上部覆蓋層及全風(fēng)化帶，可作為各種建筑物的天然地基，強風(fēng)化帶地基承載力特征值fak=400～500 kPa，因地形起伏，地勢不平坦，挖填量較大。

2.1.3 堅硬—較堅硬變質(zhì)巖夾大理巖類工程地質(zhì)區(qū)

主要分布于南部山區(qū)及西北部沿海一帶，巖性以大理巖為主，巖石致密、層狀結(jié)構(gòu)，淺部巖溶、裂隙較發(fā)育，面積330.15 km2。巖石飽和單抽抗壓強度50～100 MPa，因多與片巖形成相互夾層，工程地質(zhì)性質(zhì)不均，總體工程地質(zhì)條件一般。剝除上部覆蓋層及全風(fēng)化帶，可作為建筑物的天然地基，強風(fēng)化帶地基承載力特征值fak=300～500 kPa，軟弱結(jié)構(gòu)面易產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)，工程活動需作必要處理。

2.1.4 塊狀-似層狀噴出巖類工程地質(zhì)區(qū)

主要分布于高疃鎮(zhèn)以北，巖性以安山巖、角礫巖、凝灰?guī)r為主，面積為78.57 km2。強風(fēng)化帶地基承載力特征值fak=300～500 kPa，一般可作為多層建筑物地基基礎(chǔ)。

2.1.5 松散巖類工程地質(zhì)區(qū)

主要分布于山前平原地帶，主要為砂性土、粘性土，總體工程地質(zhì)條件較差。地基承載力特征值fak=120～260 kPa，一般可作為多層建筑物地基基礎(chǔ)。

2.2 巖土體工程地質(zhì)特征

根據(jù)李相然等[8]研究成果，區(qū)內(nèi)巖土體的立體結(jié)構(gòu)主要以雙層結(jié)構(gòu)區(qū)和四層結(jié)構(gòu)區(qū)為主。研究區(qū)河流流域土體主要呈單層、雙層及多層結(jié)構(gòu)，單層結(jié)構(gòu)主要分布于河床河谷地帶，巖性以砂性土為主；雙層結(jié)構(gòu)主要分布于山間河谷沖洪積層及河流階地地帶，呈上層黏性土、下層砂性土，由上而下粒徑逐漸變粗；多層結(jié)構(gòu)主要分布于河流中下游濱海平原地帶，自上而下整體呈細(xì)粒砂土、淤泥質(zhì)軟土、粗粒砂土、黏性土層狀分布，粒徑由上而下逐漸變粗。本文重點以大沽夾河河流多層結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行巖土體工程地質(zhì)特征介紹。

2.2.1 雜填土(Q4ml)

夾河流域東北部普遍分布，厚度1.00～2.20 m，平均厚度1.50 m，主要因人為生產(chǎn)生活所形成，地基承載力較差。

2.2.2 粉砂(Q4al+pl)

主要分布于幸福街道近海一帶，中密，飽和，局部夾有貝殼碎屑，磨圓度較好，分選性較差，顆粒級配一般，厚度2.00～14.60 m，平均厚度5.00 m，地基承載力特征值fak=120～180 kPa。

2.2.3 粉質(zhì)黏土(Q4al+pl)

流域大范圍分布，為區(qū)內(nèi)第一層粉質(zhì)黏土，根據(jù)收集的鉆孔資料，厚度1.10～15.00 m，平均厚度3.60 m，天然含水率19.10%～45.60%；天然重度17.00～20.60 KN/m3；天然孔隙比0.60～1.30；飽和度86.00%～100.00%；塑性指數(shù)11.10～16.80，液性指數(shù)0.10～1.30；粘聚力6.00～53.90 kPa，內(nèi)摩擦角6.00°～19.80°；地基承載力特征值fak=130～260 kPa。

2.2.4 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(Q4al+pl)

主要分布于河流流域中下游一帶，流塑～軟塑，壓縮系數(shù)大于0.80 MPa-1，具有高壓縮性，容易引起建筑物的不均勻沉降，力學(xué)強度較低，厚度3.00～8.60 m，平均厚度4.60 m，地基承載力特征值fak=100～150 kPa，屬不良工程土體。

2.2.5 中砂(Q4al+pl)

流域普遍分布，多位于第一層粉質(zhì)黏土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土之下，中密～密實，稍濕～飽和，厚度為2.00～9.80 m，平均厚度4.98 m，地基承載力特征值fak=150～240 kPa。

2.2.6 粗砂(Q3-4al+pl)

主要分布于河流沖積層地帶，稍密～密實，稍濕～飽和，厚度為1.60～10.50 m，平均厚度5.90 m，地基承載力特征值fak=130～300 kPa。

2.2.7 角礫(Q3-4al)

局部分布于河流沖積層地帶，中密，飽和，厚度為2.00～11.80 m，平均厚度6.30 m，地基承載力特征值約fak=300～400 kPa。

2.2.8 礫砂(Q3-4al+pl)

河流流域普遍分布，稍密～密實，稍濕～飽和，厚度為1.00～24.00 m，平均厚度8.40 m，地基承載力特征值fak=230～500 kPa。

2.2.9 卵石(Q3-4al+pl)

主要分布于該流域河床沖積層地帶，密實，飽和，磨圓度一般，厚度為1.00～7.10 m，平均厚度3.00 m，地基承載力特征值fak=400～500 kPa。

2.2.10 粉質(zhì)黏土(Q3-4al+pl)

主要分布于近海平原地帶，為區(qū)內(nèi)第二層粉質(zhì)黏土，厚度3.00～26.50 m，平均厚度7.50 m，天然含水率22.5%～33.60%；天然重度19.70～20.20 KN/m3；天然孔隙比0.627～0.667；飽和度94.00%～99.00%；塑性指數(shù)12.40～15.60，液性指數(shù)0.13～0.44；粘聚力32.00～46.00 kPa，內(nèi)摩擦角17.20°～24.60°；地基承載力特征值fak=300～500 kPa。

2.2.11 古元古代粉子山群崗崳組片巖(Htg)

大范圍隱伏流域，風(fēng)化層厚度5.00～18.00 m，強風(fēng)化片巖，裂隙發(fā)育，飽和單軸抗壓強度3.57～7.83 MPa，屬極軟巖～軟巖，地基承載力特征值fak=300～400 kPa；中風(fēng)化片巖，變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，飽和單軸抗壓強度4.00～15.30 MPa，屬極軟巖～較軟巖，地基承載力特征值fak=300～800 kPa。

3 特殊巖土分布及工程地質(zhì)特征

3.1 軟土

軟土是指天然孔隙比≥1.00，且天然含水量大于液限的細(xì)粒土，包括淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭等。研究區(qū)軟土主要為分布于大沽夾河中下游一帶的濱海湖沼相沉積的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，面積67.63 km2(見圖3)，厚度1.20～12.00 m，具有高壓縮性(見表2)，容易引起建筑物不均勻沉降，地基承載力特征值fak=70～90 kPa，不宜進(jìn)行大型、特殊工程的建設(shè)。

圖3 研究區(qū)軟土及砂土液化分布圖 圖4 研究區(qū)地下水對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性評價圖

表2 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的主要物理力學(xué)指標(biāo)一覽表

3.2 砂土液化

研究區(qū)為抗震設(shè)防烈度Ⅶ度及以上地區(qū)，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)，Ⅶ度以上地區(qū)應(yīng)判定飽和砂土發(fā)生液化的可能性。

根據(jù)收集工程勘察孔資料②，研究區(qū)砂土液化土層主要分布于大沽夾河流中下游沿海沖積海積平原、河流入?？诩把睾記_積平原地帶，面積46.30 km2(見圖3)，飽和粉土液化層埋深0.90～9.00 m，飽和粉砂液化層埋深2.00～12.00 m，飽和細(xì)砂液化層埋深0～18.00 m。

4 地下水腐蝕性評價

研究區(qū)整體環(huán)境類型較好，但因人類生活生產(chǎn)活動，使部分地區(qū)地下水硫酸鹽、鎂鹽等不同程度超標(biāo)，對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕作用，影響工程穩(wěn)定性。

4.1 地下水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價

研究區(qū)場地類型屬半濕潤區(qū)，土層特征為直接臨水，強透水土層的地下水，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)，場地環(huán)境類型為Ⅱ類。依據(jù)地下水水質(zhì)分析結(jié)果，區(qū)內(nèi)大部分地下水對混凝土腐蝕性整體為微腐蝕。

4.2 地下水對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價

區(qū)內(nèi)地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐性在長期侵水狀態(tài)整體為微腐蝕；在干濕交替狀態(tài)腐性評價結(jié)果(見圖4)。腐蝕性強區(qū)主要分布在北沿海區(qū)域，面積約2.10 km2；腐蝕性中區(qū)主要分于古現(xiàn)街道至福萊山街道間，面積約17.87 km2；腐蝕性弱區(qū)主要分布于大沽夾河河流中下游地帶，面積約238.39 km2；腐蝕性微區(qū)分布于調(diào)查區(qū)其他區(qū)域，面積約1 051.64 km2。

5 天然地基承載力分區(qū)評價

基土地基承載力在不同位置、層位有較大變化。天然地基承載力是表征工程地質(zhì)條件的一個重要因素。承載力的確定主要依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)并結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探ㄖ?jīng)驗確定，利用區(qū)內(nèi)50余個工程地質(zhì)勘探資料，對第一或第二層基土(當(dāng)?shù)谝粚雍穸刃∮?m，且第二層基土承載力高于第一層時，取第二層承載力數(shù)據(jù))的承載力進(jìn)行了歸類(見表3)，并將研究區(qū)天然地基承載力劃分為強、中、較低和低四個分區(qū)(見圖5)。

圖5 研究區(qū)天然地基承載力分區(qū)圖

表3 天然地基承載力級分區(qū)特征一覽表

天然地基承載力強區(qū)主要分布在西北部，持力層以花崗巖為主，天然地基承載力400～900 kPa；天然承載力中等區(qū)在研究區(qū)大面積分布，持力層主要為大理巖、灰?guī)r、變粒巖等，天然地基承載力特征值200～450 kPa，對高層建筑可采用淺基礎(chǔ)；天然地基承載力較低區(qū)多分布于第四系覆蓋區(qū)，持力層多為粉質(zhì)粘土、粉土、細(xì)砂，天然地基承載力特征值120～200 kPa，滿足一般工業(yè)及民用建筑要求，對高層建筑基礎(chǔ)可采用樁基礎(chǔ)；天然地基承載力低區(qū)主要分布于北部海灣及東南部及近海洼地，持力層多為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及海陸交互相沉積的淤泥質(zhì)砂、淤泥質(zhì)砂礫石等，地基承載力特征值40～100 kPa，工程建設(shè)時需進(jìn)行地基處理。

6 區(qū)域穩(wěn)定性分析評價

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(GB18306-2001)》，并結(jié)合田德培等[9]對環(huán)渤海地區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性分區(qū)與評價研究及相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)少有發(fā)生3級以上地震，雖有多條NE向新近紀(jì)活動斷裂通過，但弱震密度小，地震動峰值加速度0.10 g，地震區(qū)劃烈度Ⅶ度，整體屬于較穩(wěn)定區(qū)。

7 結(jié)語

(1)地下水對處于干濕交替的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕性中、強區(qū)主要集中在沿海地區(qū)，主要因海(咸)入侵引起Cl-含量升高所致。建議進(jìn)一步開展海(咸)入侵監(jiān)測，區(qū)內(nèi)進(jìn)行大型、特殊工程建設(shè)必須考慮地下水對建筑物混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕作用，進(jìn)一步查明建設(shè)場地工程地質(zhì)條件，并對地下水腐蝕性采取相應(yīng)的工程措施，確保建設(shè)工程安全。

(2)研究區(qū)軟弱土層分布區(qū)進(jìn)行大、中型工程建設(shè)時，應(yīng)加強其處理措施研究，應(yīng)盡量避開軟弱土層分布區(qū)，無法避開時必須采取相關(guān)換土、壓實、加筋、注漿、排水固結(jié)等方式進(jìn)行地基處理。

(3)研究區(qū)基巖出露區(qū)整體工程地質(zhì)條件較好，天然地基承載力較高，可直接作為天然建筑地基基礎(chǔ)持力層或高層建筑可采用淺基礎(chǔ)；第四系分布區(qū)，天然地基承載力可滿足一般工業(yè)及民用建筑要求，對高層建筑基礎(chǔ)可采用樁基礎(chǔ)；特殊巖土分布區(qū)，天然地基承載力低，工程建設(shè)時需進(jìn)行地基處理。

(4)研究區(qū)屬區(qū)域較穩(wěn)定區(qū)，但受斷裂影響，邊界區(qū)域基巖破碎、風(fēng)化較為嚴(yán)重，建議在其附近進(jìn)行工程建設(shè)時，盡量避免跨越斷層面，若建筑地基坐落斷裂上，建議按照相關(guān)規(guī)定采取相應(yīng)措施。