張 公，劉承勇，王 帥

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450001)

0 引言

近年來，蘭考縣作為河南省“一級兩圈三層”中原城市群總體構(gòu)架的重要組成部分，城市化進程不斷加快，基礎建設不斷增強，伴隨著建設工程的影響范圍逐步擴大，工程地質(zhì)依賴性隨之增強，對蘭考縣工程地質(zhì)工作提出了更高的要求[1]。對于蘭考縣而言，歷代黃河在縣境內(nèi)曾多次泛濫、決口、改道，遺留的兩條故堤、三條故道東西橫貫全境[2]，存在地下水埋深較淺、砂土液化、地下水腐蝕、地基承載力低等問題，制約了城鎮(zhèn)建設的可持續(xù)發(fā)展。為避免上述問題，開展區(qū)內(nèi)的工程地質(zhì)分區(qū)和工程適宜性評價不僅可以為該區(qū)域的工程建設和城市規(guī)劃工作提供依據(jù)，還能實現(xiàn)對地質(zhì)環(huán)境條件更合理的利用和保護，促使人類活動條件的和諧共處。

因此，本文在前人的研究基礎上，依托蘭考縣城市地質(zhì)調(diào)查中工程地質(zhì)專項工作，通過詳細的工程地質(zhì)條件研究，進行工程地質(zhì)分區(qū)，并在此基礎上根據(jù)多因子加權(quán)指數(shù)和法和GIS技術(shù)，對研究區(qū)進行了工程適宜性分區(qū)評價，為未來城市規(guī)劃建設提供支撐[3-5]。

1 工程地質(zhì)分區(qū)

1.1 工程地質(zhì)分區(qū)

本次分區(qū)首先依據(jù)自然因素(地形地貌、土體的工程性質(zhì)等)成因進行分區(qū)，而后再考慮人為因素綜合成因。研究區(qū)地處黃河沖積平原區(qū)，其總體地貌為沖積平原，但受控于黃河地上懸河，從西向東其地貌類型分別為黃河漫灘和傾斜平原區(qū)兩種。為此，將研究區(qū)劃分為兩個工程地質(zhì)區(qū)和兩個亞區(qū)(圖1)。

1.1.1 黃河漫灘工程地質(zhì)區(qū)(Ⅰ)

主要分布于黃河大堤內(nèi)，其巖性特征上部以黃河沖積的粉土、粉質(zhì)粘土、粉細砂為主，下部以粉細砂為主。受黃河及人為因素的控制，在黃河大堤以內(nèi)，沉積了一套以粘性土和砂類土為主的河灘相地層，該套地層以呈松散—稍密狀態(tài)的粉土、粉砂和軟塑—可塑的粉質(zhì)黏土為主。地基土承載力80～160 kPa，壓縮模量為3～20 MPa，地下水位埋深較淺，一般小于3 m，飽和的砂土和飽和粉土在7度抗震設防烈度下為液化土，屬中等液化等級。同時，黃河的自身特點決定了大堤之內(nèi)不宜進行工程建設，因此，將其專列成單獨的工程地質(zhì)區(qū)。該區(qū)內(nèi)地面平坦，地面標高71～75 m，地勢南高北低、西高東低，受黃河來水條件的控制，部分年份的部分時段，河水淹沒漫灘區(qū)。

1.1.2 傾斜平原工程地質(zhì)區(qū)(Ⅱ)

主要分布于黃河大堤外側(cè)的廣大地區(qū)，地面平坦，地面標高64～73 m，地勢呈西高東低，北高南低。根據(jù)區(qū)內(nèi)建設層內(nèi)有無軟土，將其劃分為兩個亞區(qū)，分述如下：

(1)無軟土分布亞區(qū)(Ⅱ1)

主要分布于范樓村—五里鋪—薛樓村—蔡樓村—新莊戶以東地區(qū)，地面標高66～73 m，地勢呈西高東低，北高南低。20 m以淺地層結(jié)構(gòu)由粉土、粉質(zhì)粘土和粉細砂組成，地基土承載力標準值110～200 kPa，適宜于多層建筑物的建設，高層及荷重較大建(構(gòu))筑物應配合相關的處理措施。20 m以下地層結(jié)構(gòu)由粉質(zhì)粘土和厚層的粉細砂組成，地基土承載力標準值180～300 kPa，適宜作為高層及荷重較大建(構(gòu))筑物的樁端持力層。

(2)有軟土分布亞區(qū)(Ⅱ2)

主要分布于范樓村—五里鋪—薛樓村—蔡樓村—新莊戶以西地區(qū)，地面標高64～73 m，地勢呈西高東低，北高南低。其工程性質(zhì)主要受軟土控制，軟土沉積結(jié)構(gòu)為單層結(jié)構(gòu)，頂板埋深3.7～12.3 m、底板埋深6.8～18.3 m不等，沉積厚度1.7～8.0 m不等，多為淤泥質(zhì)土，土體含水量一般為35%～40%左右，孔隙比大于1。地基土承載力為80～140 kPa。較適宜作一般建筑，作為高層及荷重較大建(構(gòu))筑物時，需要對軟土層進行換填處理以便于達到樁端持力層的要求。

圖1 研究區(qū)工程地質(zhì)分區(qū)圖

1.2 工程地質(zhì)組層劃分

根據(jù)相關資料及工程建設層內(nèi)垂向土體的成因、巖性、物理力學特征，對研究區(qū)無軟土分布亞區(qū)(Ⅱ1)進行工程地質(zhì)層的劃分，50 m深度內(nèi)，共劃分3個工程地質(zhì)組，其中第一工程地質(zhì)組為人工填土，主要包括素填土、雜填土和耕植土，素填土和雜填土主要分布于縣城、村莊等人類建設區(qū)域，素填土主要為回填的含少量雜質(zhì)粉土、粉砂等，雜填土主要以建筑垃圾和生活垃圾為主。第二工程地質(zhì)組主要指分布于厚層粉細砂之上由粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和粉細砂組成的地層，其時代成因為第四系全新統(tǒng)沖積(Q4al)。第三工程地質(zhì)組主要指下部的粉質(zhì)粘土、粉土和厚層細砂，相比其工程性質(zhì)相對較好。其時代成因為第四系上更新統(tǒng)沖積(Q3al)(圖2)。

圖2 研究區(qū)工程典型地質(zhì)剖面

2 場地建設適宜性評價

2.1 評價體系建立

場地建設適宜性評價是在分析研究城市工程地質(zhì)條件的基礎上，結(jié)合現(xiàn)有評價方法，對其進行定性或半定量化評價，選取了單元多因子分級加權(quán)指數(shù)和法進行評價[6-9]。根據(jù)蘭考縣地質(zhì)環(huán)境條件，選取了具有代表性的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等5項作為一級評價因子；地下水腐蝕、軟土、地基土液化、因地下水開采導致的地面沉降等影響工程建設較大的12項因子作為二級評價打分項，組成本次場地適宜性評價指標體系(見表1和表2)，評價模型為：

(1)

2.2 評價指標確定

結(jié)合蘭考縣實際情況，以及前人經(jīng)驗，綜合各影響因子包括影響子因子對城市地質(zhì)環(huán)境適宜性評價影響強弱進行分級，然后根據(jù)評價單元中各項影響因子所處的級別，賦予評價單元上該影響因子的初始分值，劃分適宜(Ⅰ級)、較適宜(Ⅱ級)、基本適宜(Ⅲ級)和不適宜(Ⅳ級)4個等級[10-12](見表1)。

2.3 評價結(jié)果

2.3.1 適宜區(qū)(Ⅰ區(qū))

主要分布在蘭考縣城區(qū)以及北部二壩寨-姜樓村-高場村-盆窯村一帶以及東部韓陵村-梁莊村-獅子堌村一帶的傾斜平原區(qū)域，分布面積約102.46 km2。該區(qū)地形平坦，地下水位埋深適中，無特殊類巖土分布，淺部巖土體工程地質(zhì)條件好，地基承載力特征值較高，區(qū)域穩(wěn)定性好，無典型地質(zhì)災害類型分布，環(huán)境承受能力較強。適宜工業(yè)、民用、企事業(yè)機構(gòu)、交通、綠化等各種類型基礎設施建設(圖3)。

表1 工程建設適宜性評價因子分級表

2.3.2 較適宜區(qū)(Ⅱ區(qū))

主要分布在蘭考縣西南部孟東村一帶背河洼地區(qū)域以及三義寨鄉(xiāng)鄧曼村-香椿營-黃樓村一帶微傾斜平地區(qū)地段，分布面積約9.16 km2。該區(qū)地下水位埋深較淺，地下水水質(zhì)屬輕微污染，對混凝土無腐蝕性，巖土體工程地質(zhì)條件稍差，地基承載力特征值中等，區(qū)域穩(wěn)定性好，部分地段存在地面沉降災害的可能性，環(huán)境承受能力中等。適宜于中小型工業(yè)、民用、企事業(yè)機構(gòu)建筑用地和交通、綠化等基礎設施建設，大型工業(yè)和民用建筑需經(jīng)過地基處理，該區(qū)環(huán)境承受能力較差，對環(huán)境有較大影響的、存在對水土有污染威脅的工業(yè)用地不宜規(guī)劃(圖3)。

表2 工程建設適宜性評價各層評價因子及權(quán)重一覽表

2.3.3 基本適宜區(qū)(Ⅲ區(qū))

主要分布在蘭考縣西部三義寨鄉(xiāng)三義寨東村-管寨村-南馬莊村-宜王村-前尖莊村-羊皮寨村-梓崗村-古寨村一帶微起伏平地區(qū)域以及白云山村-曹新莊村一帶的背河洼地區(qū)，分布面積約82.63 km2。該區(qū)地下水位埋深較小，水質(zhì)污染中等但地下水對混凝土不具腐蝕性，不存在液化沙土特殊巖土，該區(qū)地質(zhì)災害易發(fā)程度低，但巖土體工程地質(zhì)條件較差，地基承載力特征值較低，區(qū)域穩(wěn)定性好，環(huán)境承受能力較差。適宜于中小型工業(yè)、民用和交通、綠化等基礎設施建設，地基特殊處理后可進行高層建筑建設(圖3)。

蘭考縣西部的背河洼地地下水位埋深較小，水質(zhì)污染輕微，存在液化沙土特殊巖土，巖土體工程地質(zhì)條件較差，地基承載力特征值較低，區(qū)域穩(wěn)定性好，環(huán)境承受能力較差。適宜于中小型工業(yè)、民用和交通、綠化等基礎設施建設，不利于大型工礦企業(yè)、有污染的化工企業(yè)。

圖3 蘭考縣工程地質(zhì)適宜性分區(qū)圖

2.3.4 較不適宜區(qū)(Ⅳ區(qū))

主要分布在蘭考縣西北的黃河大堤內(nèi)老文村-夾河灘-楊疙瘩村-張莊村一帶的黃河漫灘區(qū)域，分布面積約13.46 km2。該區(qū)地下水位埋深小，存在液化砂土，巖土體工程地質(zhì)條件較差，地基承載力特征值較低，區(qū)域穩(wěn)定性好，局部地段存在發(fā)生地面沉降可能性；環(huán)境承受能力較差。不適宜大面積的工業(yè)、民用建筑用地，但對于受工程地質(zhì)條件和環(huán)境地質(zhì)條件影響較小的交通、綠化景觀用地基本無影響(圖3)。

3 結(jié)語

(1)根據(jù)蘭考縣地貌特征，劃分了黃河漫灘工程地質(zhì)區(qū)(Ⅰ)和傾斜平原工程地質(zhì)區(qū)(Ⅱ)兩個大區(qū)。根據(jù)地貌成因單元在傾斜平原工程地址去劃分了無軟土分布亞區(qū)(Ⅱ1)和有軟土分布亞區(qū)(Ⅱ2)，最后根據(jù)工程建設層內(nèi)垂向土體的成因、巖性、物理力學特征，將無軟土分布壓區(qū)劃分了3個地質(zhì)分段。

(2)建立了蘭考縣規(guī)劃區(qū)工程建設適宜性評價體系，選取了12項評價因子，采用多因子分級加權(quán)指數(shù)法對研究區(qū)進行了評價，劃分了適宜區(qū)，較適宜區(qū)、基本適宜區(qū)、較不適宜區(qū)4個大區(qū)?？傮w來說，蘭考縣工程地質(zhì)適宜性良好，較不適宜區(qū)主要分布在黃河大堤附近，可滿足近期城鎮(zhèn)規(guī)劃建設用地需求。

(3)研究區(qū)存在砂土液化、地面沉降等不良工程地質(zhì)問題，在城市工程建設規(guī)劃和巖土工程勘查過程中應加以重視。