南通通州湾工程地质条件分析

南通通州湾工程地质条件葛松;张刚;刘群;赵刚【摘要】依托海陆域钻孔岩芯资料,结合南通通州湾区域地质、工程勘察资料,分析了南通通州湾基础地质条件、各土层工程地质结构特征、岩土物理力学参数与不良地质体分布情况,讨论了地面沉降、潮流通道稳定性等因素对工程建设的影响,在此基础上对南通通州湾工程地质适宜性进行评价.指出通州湾工程建设需要考虑地面沉降影响,并注意软土及易液化砂土造成的不均匀沉降和局部砂土液化;潮流通道基本保持稳定,但围堤、引桥建设可能改变局部冲淤平衡,建议加强冲淤监测.期刊名称】《地质学刊》年(卷),期】2018(042)002【总页数】5页(P323-327)【关键词】工程地质条件;适宜性评价;通州湾;江苏南通【作者】葛松;张刚;刘群;赵刚【作者单位】江苏省有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院,江苏南京210007;江苏省有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院,江苏南京210007;江苏省有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院,江苏南京210007;江苏省有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院,江苏南京210007【正文语种】中文中图分类】P6420引言南通通州湾位于辐射沙脊群南翼，中通州湾港区包括腰沙、冷家沙、三沙洪水道和小庙洪水道。南通具有“黄金海岸”与“黄金水道”两大资源优势，是长三角一体化和江苏沿海大开发两大国家级发展战略的交会点，通州湾港区是有待开发的重要而稀缺的深水港口资源，其开发建设对区域经济发展具有重大影响（杨伟等，2015）。通州湾港区的开发建设主要是基于对腰沙的围垦和小庙洪等水道的长期稳定（曹祖德等，2003；黄志扬等，2015）。江苏沿海大开发战略实施以来积累了大量工程勘察和地质勘查资料，利用江苏潮间带水工环地质综合调查取得的海陆域钻孔岩芯资料，综合地质勘查及港口工程勘察资料，对通州湾工程地质条件进行系统分析，重点讨论工程地质特征，评价对工程建设的影响，为港区综合开发和管理提供参考。通州湾地质概况地形地貌通州湾地区海岸带陆域般地形平坦，潮间带地貌总体特征现为2个潮流通道夹辐射沙脊，地势西高东低（图1）。据水下地形实测数据，腰沙平均水深约为-3~-5m（85高程），南西高北东低；潮流通道平均水深约为-5~-10m,最深处位于北部潮流通道，水深约为-25m。图1通州湾示意图Fig.1GeologicalmapoftheTongzhouBay1.2潮流与波浪通州湾平均潮差较大，在2.5~4.0m之间。潮汐类型主要为正规半日潮，潮流日不等现象较明显。平均大潮流速在3kn左右，涨落潮平均流速总的趋势是涨大于落。全年盛行偏北向浪，多为以风浪为主的混合浪，湾内近岸仅能出现越过沙洲的破碎波，因此波高较小，全年平均波高＜2m。1.3沉积物底质类型通州湾底质主要为砂、粉砂质砂、砂质粉砂和黏土质粉砂4大类，沉积物类型相对简单，以砂质沉积物为主体，黏土类沉积物相对缺少。海域近岸浅滩沉积物以粉砂质砂和砂为主，其次为砂质粉砂和黏土质粉砂；小庙洪水道内多粉砂质砂，其次为砂质粉砂和黏土质粉砂；三沙洪水道内沉积物则以砂质粉砂为主；腰沙、冷家沙等沙脊区沉积物以砂为主。1.4地层通州湾大地构造隶属扬子陆块区，地层属扬子地层区。钻孔揭露的地层由老到新为元古界震旦系，古生界寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系，中生界三叠系、侏罗系、白垩系，新生界古近系、新近系。区内除东部海域外，均为第四系覆盖。据地质钻孔揭示，区内第四系为一套砂层与黏性土层交替出现、具韵律变化的松散沉积物，以冲积为主，厚度240~300m。沉积物层序复杂，相变频繁。根据沉积时序的差异，第四系又可分为下中上更新统和全新统。①下更新统海门组总体为一套河流层序，中段局部地区受海侵影响而显示河口沉积特征，完整的基本层序由下部含砾粗砂、中细砂向上过渡为粉砂及粉质黏土，显示完整的河流相二元结构。②中更新统启东组岩性分为上下2段：下段岩性以粉砂、细砂、中粗砂、含砾中粗砂为主，海相发现有孔虫化石，存在海侵层；上段岩性以粉砂质黏土、粉砂、细砂为主。③上更新统分为昆山组、隔湖组：昆山组岩性特征以灰色、灰绿色粉细砂为主，沉积环境以河流相为主，后期表现为泛滥平原相；隔湖组岩性存在海相性较强的海侵层。④全新统如东组为一套以粉砂、黏土质粉砂及淤泥质黏土为主的细碎屑组合，主体属三角洲相和滨-浅海相沉积。1.5构造与地震活动受断裂构造影响（图2），通州湾及临近区域地震活动较为活跃，主要地震活动发生在研究区北部临近海域，该区地震活动的特征是地震强度较弱、频度偏低（吴志强等，2014）。图2南通沿海主要断裂构造分布图1-研究区；2-Ms=6.2区域（1984-05-21）;3-Ms=5.0区域（1975-09-02）；4-活动断裂带Fig.2DistributionofmainfaultedstructuresofcoastalNantongarea通州湾地震在空间分布上主要集中在通州湾东北黄海海域。从近期发生的地震资料看，紧邻东北侧的海域是地震易发区，其中大于5级地震超过4次，对通州湾工程建设有重大影响。按历史地震破坏程度，通州湾地震基本烈度为7度区，陆域为稳定区，海域为较稳定区。工程地质条件工程地质结构根据钻探施工成果并结合研究区已有资料，选择区域上具有代表性的钻孔6个，对区内50m以浅工程地质层进行分析。根据沉积年代、地层的沉积环境以及沉积物岩性组合、土的物理力学性质，进行工程地质层与亚层划分（冯小铭等，1992）。将研究区内50m以浅土层划分为6个工程地质层，岩性主要为粉土、粉质黏土、粉砂、粉质黏土与粉砂互层、粉质黏土与粉土互层、粉砂与粉土互层，并绘制了由陆向海底典型工程地质剖面图（图3）。各工程地质层的特征如下。图3通州湾由陆向海（兵房—腰沙）工程地质剖面图1-填土；2-粉质黏土；3-粉土；粉砂；5-粉质黏土与粉砂互层；6-粉质黏土与粉土互层；7-粉砂与粉土互层；8-标贯击数Fig.3EngineeringgeologyprofileofBingfang-Yaoshaarea（fromlandtosea）intheTongzhouBay第1工程地质层1层：粉质黏土（素填土），灰黄色，成分以黏性土、粉土为主，上部稍湿，新近堆积，含大量植物根系，均匀性较差，松散。层底标高1~4m，层厚0.5~2m。该工程地质层陆域地区普遍分布，海域地层不发育。其土质不均匀，工程性质差，工程建设中属于开挖土层，未经处理，一般不宜选作天然浅基础持力层。第2工程地质层2-1层：粉质黏土，灰黄色、灰黑色，软塑至流塑，摇震反应无，干强度中等，韧性中等，夹少量粉土薄层。层底标高-12--10m,层厚1~5m，标贯击数5~6击。该层工程性质较差，不宜作为持力层。2层：粉质黏土，灰黄色，软塑至流塑，夹少量粉土薄层，局部夹层分布。该层工程性质较差，不宜作为持力层。2.1.3第3工程地质层3-1层：粉土夹粉砂，灰色,夹粉砂薄层,很湿,稍密,摇震反应迅速,无光泽，干强度低,韧性低。层底标高-14~-10m,层厚10-14m,标贯击数7~12击。该层在区内广泛分布，工程性质较好，可作为桩基础持力层。2层：粉砂夹粉土,灰色,夹粉土薄层,水平层理十分发育,饱和,松散至稍密。层底标高-16--13m,层厚8-12m,中等压缩性土，标贯击数12~15击。该层在区内分布广泛,工程性质较好,可作为多层居住建筑及一般轻型工业建筑物的桩基础持力层。2.1.4第4工程地质层4-1层：粉砂,灰色,饱和,稍密,局部夹少量粉质黏土薄层,局部可见大量生物贝壳碎屑。层底标高-16--11m，层厚一般在5-10m之间，标贯击数14-18击,低压缩性。该层沉积环境为滨海相,在研究区分布较广泛,层厚较厚，分布较稳定，承载力特征值165kPa，具有一定的强度和厚度，工程性质较好,可作为桩基础持力层。2层：粉质黏土与粉砂互层，灰色，粉质黏土与粉砂互层，二者比例1:1至1:2,粉质黏土软塑,摇震反应无,切面稍光滑,干强度中等,韧性中等,局部可见大量生物贝壳碎屑。层底标高-25--16m，层厚一般在2-10m之间，标贯击数13-19击，低压缩性。该层沉积环境为滨海相,在研究区分布较广泛,层厚较厚,分布较稳定,工程地质条件较好,可作为桩基础持力层或下卧层。3层：粉砂，灰色，饱和，中密。层底标高-34~-20m,层厚一般在2~20m之间，标贯击数22-33击，中低压缩性。该层沉积环境为滨海相，在研究区分布较广泛，层厚较厚，分布较稳定，承载力较高，工程地质条件较好，可作为桩基础持力层。2.1.5第5工程地质层5-1层：粉质黏土，灰黄色、灰色，可塑至软塑，摇震反应无，切面稍光滑，干强度中等，韧性中等。层底标高-30--24m,层厚一般在2-20m之间，标贯击数20-24击，中压缩性。该层承载力较高，压缩性中等，工程性质较好,可作为桩基础持力层下卧层。2层：粉质黏土夹粉土,灰色、灰黄色,粉质黏土软塑,摇震反应无,切面稍光滑，干强度中等。层底标高-40--25m,层厚一般在3-5m之间，中压缩性。该层零星分布,工程性质一般。2.1.6第6工程地质层6-1层：粉砂,灰黄色、灰色,发育水平层理,饱和,密实。该层层底标高-60--35m，层厚一般在3-25m之间，标贯击数30-40击，中低压缩性。该土层在研究区海域、陆域均广泛分布,厚度分布不均匀,工程性质较好,可作为桩基础持力层。2层：粉砂,灰黄色,饱和,密实,局部夹细砂薄层。该层层底标高-60--35m，层厚一般在10-25m之间，标贯击数＞40击，低压缩性。该土层在研究区局部分布,可作为桩基础持力层。2.2物理力学指标结合以往工程勘察成果,对研究区不同区域各土层的物理力学性质进行了统计（表1）。表1各工程地质层物理力学性质指标Table1Physicalandmechanicalpropertyindexesofeachengineeringgeologicstratum层号岩土名称含水率W/%孔隙比e塑性指数IP液性指数IL黏聚力c/kPa内摩擦角申/（。）系数a1-2/MPa-1模量Es1-2/MPa2-1淤泥质粉质黏土34.30.97312.11.2015.08.50.504.783-1粉土夹粉砂28.10.7926.90.999.026.40.209.763-2粉砂夹粉土26.50.7446.60.916.929.40.1711.074-1粉砂27.90.7887.328.20.2110.524-2粉质黏土与粉砂互层32.00.90910.91.0912.316.60.416.264-3粉砂26.00.7237.129.50.1911.175-1粉质黏土29.50.82213.40.6825.313.90.345.915-2粉质黏土夹粉土30.40.87511.20.9715.715.30.395.276-1粉砂26.00.7336.529.90.1810.876-2粉砂23.60.663--5.532.80.1412.752.3不良地质体分布研究区软土主要赋存在第2工程地质层，以淤泥质粉质黏土夹粉土为主，土质不均匀，区内主要分布于陆域大豫镇、三余镇一带和海域腰沙中北、小庙洪以南区域。层顶标高1~5m,层厚一般在1~5m之间。根据标贯试验数据统计分析，地面以下20m深度范围第3-1、4-1工程地质层轻微液化，局部中等液化，工程建设时需采取合适的抗液化措施。其他影响工程建设的因素地面沉降2012—2015年沉降监测结果显示，研究区大部分陆域范围仍处于沉降状态，年平均沉降量为7mm，最大年沉降量8mm。地面沉降的发展会使地面更加低洼，导致抵御风暴潮能力大大降低。主要工程建设区域为新围垦滩涂区，受土体自身固结沉降、开发建设的人类活动影响，后期的地面沉降问不容忽视（付延玲等，2017）。滩涂围垦与潮流通道稳定性通州湾工程地质条件除受海洋动力等自然因素影响外，还受滩涂围垦、港航建设等大规模人类活动的影响。对潮间带的开发造成了大范围的地形地貌变化，并改变局部海洋动力条件，破坏原有的冲淤平衡状态，冲淤变化又反过来影响人类对海岸带的开发活动（哈长伟等，2009；陶建峰等，2011）。区域潮流动力的影响分析认为（吴淑雄，2014），在现阶段规划造成的地形影响下，到2030年,冷家沙围填港区根部以北附近及港区堤头南侧将造成一定的淤积,在港区以东造成一定的冲刷；腰沙港区中部以南位置造成一定的淤积，其余各处冲淤情况不明显。工程建设适宜性评价综合分析研究区内各工程地质层特性，通州湾50m以浅主要持力层为第3、4、6等工程地质层，可根据工程建设的不同需要选择合适的持力层作为拟建建筑的天然地基、桩基础持力层。其余工程地质层因分布厚度不均且不连续、压缩性高等特征，不宜作为工程建设的持力层。软土主要赋存在第2工程地质层，以粉质黏土、淤泥质粉质黏土为主，土质不均匀，在围填区域分布较普遍，开发建设中可采用换填法、抛石挤淤法、砂井排水固结法及深层搅拌法等多种成熟手段处理地基（刘建等，2017）。区内3-1、3-2层为轻微液化，部分区域达到中度液化，工程建设时宜根据工程类型采取合适的抗液化措施。由于通州湾主要工程建设区域为新围垦滩涂区，后期的地面沉降问题不容忽视，大面积围垦会改变局部海洋动力条件，需加强对冲淤平衡的监测。5结论（1）研究了2013—2017年间的地质调查资料，对通州湾工程地质条件要素和不良地质体分布情况进行了分析和。研究区软土主要赋存在第2工程地质层；地面向下20m深度范围第3-1、4-1工程地质层轻微液化，局部中等液化，工程建设时需采取合适的抗液化措施。（2）讨论了地面沉降等其他因素对工程建设的影响，并对通州湾工程建设适宜性进行了评价。通州湾工程建设需要考虑地面沉降影响，并注意软土及易液化砂土造成的不均匀沉降和局部砂土液化。潮流通道基本保持稳定，但围堤、引桥建设可能改变局部冲淤平衡，建议加强冲淤监测。致谢文中使用了“南通沿海地区地质调查评价”项目调查数据，特此致谢。参考文献【相关文献】曹祖德，杨树森,杨华，2003.粉沙质海岸的界定及其泥沙运动特点[J].水运工程(5):1-4,24.冯小铭，韩子章，黄家柱，1992.南通地区江海岸线近40年之变迁：江海岸的侵蚀和淤积[J].海洋地质与第四纪地质,12(2):65-77.付延玲，骆祖江,金玮泽，等，2017.南通市高层建筑荷载对地面沉降的影响[J].江苏大学学报(自然科学版),38(3)：336-342,360.哈长伟，陈沈良,张文祥，等，2009.江苏吕四海岸沉积动力特征及侵蚀过程[J].海洋通报,28(3):53-61.黄志扬，刘红，张建锋，等,2015.苏北辐射沙洲小庙洪水道人工深水航道建设条件分析[J].水运工程(12)：86-91.刘建，刘培贵,吴月龙，等,2017.通州湾新区工程地质特征及地基预处理技术研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),36(12)：58-66.陶建峰，张长宽，姚静,2011.江苏沿海大规模围垦对近海潮汐潮流的影响[J].河海大学学报(自然科学版),39(2)：225-230.吴淑雄,2014.辐射沙洲区域围填工程对水沙环境稳定性影响[D].天津：天津大学.吴志强，肖国林，张训华，等,2014.南黄海区域地质构造背景与地震勘探部署及试验成果[J].海洋地质前沿,30(10)：62-70.杨伟，陈蔓生,2015.南通陆海统筹发展中的若干问题[J].南通职业大学学报,29(3):1-6.