濱州市海岸帶工程地質(zhì)特征分析

田晨

(山東省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院)，山東 德州 253072)

海岸帶是指海洋與陸地的交界地帶，是海岸線向內(nèi)陸，海兩側(cè)擴展一定寬度的帶狀區(qū)域[1]，是人類開發(fā)強度最大的地區(qū)之一。目前全世界約有1/2的人口集中在距海岸線50km的范圍內(nèi)[2-3]。作為人類生存和城市發(fā)展的承載體，海岸帶地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的好壞對沿海城市經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展起著決定性作用[4]。隨著濱州海岸帶大規(guī)模的發(fā)展建設(shè)，工程地質(zhì)問題的研究愈加重要。近年來，我國工程地質(zhì)研究取得了顯著成就，在海岸工程應(yīng)用方面取得了新進展，但陸域、海域多單獨進行調(diào)查研究，海陸聯(lián)合研究的較少[5]。該文在對濱州市海岸帶進行工程地質(zhì)調(diào)查和鉆探的基礎(chǔ)上，結(jié)合收集的大量鉆孔資料，對研究區(qū)內(nèi)陸域、海域工程地質(zhì)層進行了系統(tǒng)的分析研究，為濱州海岸帶開發(fā)利用提供工程地質(zhì)技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

黃河三角洲是一典型扇形三角洲，由黃河填海造陸而形成，屬河流沖積物覆蓋海相層的二元相結(jié)構(gòu)，為世界上最年輕的陸地之一[6]。濱州海域位于黃河三角洲西北部邊緣，黃河在套爾河附近地區(qū)入海，海域岸灘演變受黃河入?？谧冞w控制，使渤海灣南部海域迅速淤淺，岸灘向海延伸，水下岸坡淤長。研究區(qū)海域部分為泥質(zhì)海岸，淺海區(qū)水深多小于10m，其水下地形主要是沿岸河流帶來泥沙逐漸堆積并向海洋運移形成的楔形泥質(zhì)沉積體。地勢自岸向海緩傾，水深逐漸增大，其等深線與岸線基本平行。

陸域地貌類型有黃河三角洲沖積海積平原、濱海海積平原和黃河泛濫沖積平原，微地貌類型主要為濱海平地和緩平坡地，地形自南向北和自西南向東北微微傾斜，漸次過度到大海，地面坡降1/6000～1/8000，地面自然坡降約1/15000。海拔標高約-10～4m。海域地貌以潮間淺灘和淺海平原為主，局部分布有沖刷槽。海底沉積物以粉砂和黏土質(zhì)粉砂為主。

2 鉆探施工概況

該次鉆探工作分為陸域工程地質(zhì)鉆探和海域工程地質(zhì)鉆探，并于2018年12月、2019年3月份施工完成，共施工12個工程地質(zhì)鉆孔(圖1)。陸域工程地質(zhì)鉆孔8個，孔深60～80m，海域工程地質(zhì)鉆孔4個，孔深50m，進行標準貫入試驗344次，采集原狀樣163件，擾動樣177件，收集工程地質(zhì)鉆探孔33個。

1—工程地質(zhì)鉆孔；2—收集鉆孔；3—研究區(qū)范圍圖1 鉆探孔位置示意圖

研究區(qū)位于魯北黃泛平原區(qū)，按照地貌成因，劃分為黃河三角洲平原松軟(散)工程地質(zhì)區(qū)和濱海堆積平原松軟工程地質(zhì)區(qū)。具有相同沉積環(huán)境的工程地層一般具有大致相近的工程地質(zhì)性質(zhì)，其地基土層的物理力學(xué)性質(zhì)也基本相同[7]。在這兩個亞區(qū)內(nèi)，沉積了巨厚的松散堆積物。在研究區(qū)內(nèi)，第四系地層厚度在250～300m，0～80m深度內(nèi)的地層均為第四系全新統(tǒng)，受黃河和海洋交互影響，形成了以細顆粒為主的沉積地層。巖性主要為粉土，其次為粉質(zhì)黏土、粉砂、黏土，局部有細砂(圖2)。

1—淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；2—粉砂；3—粉土；4—粉質(zhì)黏土；5—粉質(zhì)黏土夾粉土；6—細砂；7—雜填土圖2 研究區(qū)陸海聯(lián)合工程地質(zhì)剖面圖

3 研究區(qū)工程地質(zhì)特征

3.1 土體結(jié)構(gòu)特點

區(qū)內(nèi)50m深度范圍，無論是陸域(潮上帶)、潮間帶，還是淺海平原區(qū)，土體以多層結(jié)構(gòu)為主，其次是雙層結(jié)構(gòu)，無單層結(jié)構(gòu)存在。

多層結(jié)構(gòu)是以上部黏性土多層結(jié)構(gòu)分布最廣，在河道帶、河流入海口等局部有上部砂性土多層結(jié)構(gòu)地段。上部黏性土多層結(jié)構(gòu)上部巖性多為粉質(zhì)黏土，中下部為砂性土與黏性土互層；黏性土以粉質(zhì)黏土為主，厚度較大，最大單層厚度可達15m以上。上部砂性土多層結(jié)構(gòu)上部巖性為粉土、粉砂夾薄層黏性土，中下部為黏性土與砂性土互層，厚度變化大。研究區(qū)內(nèi)西部和南部有上部砂性土下部黏性土雙層結(jié)構(gòu)分布，上部、中部巖性為粉砂、粉土夾多層薄層黏性土，底部為粉質(zhì)黏土。

3.2 土體工程地質(zhì)特征

根據(jù)工程鉆孔揭露資料，天然土體類型主要有黏性土(黏土與粉質(zhì)黏土)、粉土和砂土3類(表1)。

表1 工程地質(zhì)層物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計

3.2.1 黏土

褐黃色—棕褐色，軟塑—可塑，干強度，韌性中等—高，無搖振反應(yīng)，有光澤，含鐵錳質(zhì)結(jié)核及大粒徑姜石，局部含少量鐵錳質(zhì)氧化物。成因時代為全新統(tǒng)，沉積環(huán)境為河漫灘、湖泊、沼澤、淺海相。主要分布于德惠河、馬頰河、漳衛(wèi)新河，秦口河的兩側(cè)邊緣地帶，厚度0.5～14.0m，平均厚度為2.85m，揭露層底最大埋深為75m，標貫擊數(shù)4～49擊，平均25.0擊。

3.2.2 粉質(zhì)黏土

黃褐色、褐黃色等顏色，軟塑—硬塑，干強度、韌性中等—高，無搖振反應(yīng)，稍有光澤，含鐵錳質(zhì)結(jié)核及姜石。成因時代為全新統(tǒng)，沉積環(huán)境為河漫灘、湖泊、沼澤、淺海相。研究區(qū)內(nèi)普遍分布，從南向北由1層過渡到16層，總厚度0.3～13.0m，平均厚度3.63m，標貫擊數(shù)4～49擊，平均28.6擊。

3.2.3 粉土

黃褐色、褐黃色、灰褐色等顏色，稍密—密實，稍濕—很濕，干強度、韌性低，有搖振反應(yīng)，無光澤，手捻有砂感，局部含銹斑，成因時代為全新統(tǒng)，沉積環(huán)境為河漫灘、湖泊、沼澤、淺海相。主要分布于研究區(qū)幸福河、朱龍河，厚度0.4～14.5m，平均厚度為2.9m，揭露層底最大埋深為72.0m，標貫擊數(shù)3～50擊，平均26.9擊。

3.2.4 粉砂

灰黃色、黃褐色等顏色，稍密—密實，稍濕—飽和，主要成分為長石、石英，濱海含有少量貝殼碎屑，顆粒級配差，含少量的黏性土，成因時代為全新統(tǒng)，沉積環(huán)境為河漫灘、湖泊、沼澤、淺海相。研究區(qū)范圍內(nèi)普遍分布，厚度為0.4～15m，平均厚度3.34m，一般分布于35m以上深度范圍內(nèi)，標貫擊數(shù)6～50擊，平均31.87擊。

3.3 天然地基承載力

研究區(qū)土體工程地質(zhì)類別有黏性土和砂性土2大類，呈相互重疊的多層結(jié)構(gòu)。根據(jù)土工試驗數(shù)據(jù)，上部0～30m，黏性土呈多層結(jié)構(gòu)，巖性為粉土、粉質(zhì)黏土、黏土，黃褐、褐紅色，稍濕—飽和，稍密—密實，呈軟塑—可塑狀態(tài)；粉細砂稍密—中密，具中—高壓縮性；飽和粉土、粉細砂易產(chǎn)生震動液化；黏性土fak=105～140kPa，砂性土fak=80～140kPa；地面30m以下，黏性土與砂性土呈互層結(jié)構(gòu)，黏性土呈黃褐、褐色，濕—飽和、中密—密實，可塑—硬塑狀態(tài)；粉細砂中密—密實，中—低壓縮性。黏性土fak=135～260kPa，砂性土fak=160～280kPa。

4 研究區(qū)工程地質(zhì)問題

研究區(qū)內(nèi)存在的工程地質(zhì)問題主要有飽和砂土液化、軟土等。

4.1 砂土液化

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2016年版)》(GB50011—2010)[8]，濱州市海岸帶抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g。海域規(guī)范中未規(guī)定，因此海域抗震設(shè)防烈度和設(shè)計基本地震加速度陸域。地基土液化評價到20m以內(nèi)。首先對區(qū)內(nèi)飽和砂土進行初步液化判別，認為需進一步進行液化判別時，采用標準貫入試驗判別法判別地面下20m范圍內(nèi)飽和砂土的液化[9-10]。

根據(jù)收集資料及該次工程地質(zhì)鉆探原位測試及室內(nèi)土試驗數(shù)據(jù)進行飽和粉土、砂土液化計算。研究區(qū)內(nèi)20m深度范圍內(nèi)液化飽和砂土普遍分布(圖3)，其中海域范圍液化指數(shù)在0～39.1，為不液化-嚴重液化，大部分區(qū)域液化程度為中等以上。陸域范圍液化指數(shù)在0～72.2之間，為不液化—嚴重液化，僅陸域西側(cè)沙家堡一帶為不液化區(qū)域，其余均為輕微液化—嚴重液化區(qū)。

1—嚴重液化區(qū)；2—中等液化區(qū)；3—輕微液化區(qū)；4—不液化區(qū)；5—研究區(qū)范圍圖3 研究區(qū)砂土液化程度分區(qū)圖

4.2 軟土

軟土一般是指天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的軟塑到流塑狀態(tài)的黏性土，如淤泥、淤泥質(zhì)土以及其他高壓縮性飽和黏性土、粉土等[11]。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(2009年版)(GB50021—2001)將孔隙比大于等于1，且天然含水率大于液限細粒土判定為軟土[12]。

研究區(qū)地處黃河三角洲，具有軟土的沉積環(huán)境[13]。研究區(qū)大部分區(qū)域存在淤泥質(zhì)軟土層，其中海域范圍軟土分布深度在15m以內(nèi)(表2、表3)，軟土層厚度相差較大，海域西部、東部軟土層厚度約2m左右，海域中部軟土層厚度9～12m的淤泥質(zhì)軟土層(圖4)，該層為全新世后期(近代)淺海相沉積，飽和狀態(tài)，濕密度小，含水量大，不排水抗剪強度低，屬高壓縮性海相淤泥土，承載力低，工程力學(xué)性質(zhì)差，沉降變形差異大。陸域軟土除南部馬山子鎮(zhèn)至新戶鄉(xiāng)以南區(qū)域均有分布，軟土深度大部分在15m之內(nèi)，層厚約2～4m。

表2 海域鉆孔軟土判定統(tǒng)計

表3 陸域鉆孔軟土判定統(tǒng)計

5 結(jié)論

(1)根據(jù)收集的資料和鉆探資料分析，研究區(qū)劃分為黃河三角洲平原松軟(散)工程地質(zhì)區(qū)和濱海堆積平原松軟工程地質(zhì)區(qū)，沉積了巨厚的松散堆積物。0～80m深度內(nèi)的地層均為第四系全新統(tǒng)，受黃河和海洋交互影響，形成了以細顆粒為主的沉積地層。巖性主要為粉土，其次為粉質(zhì)黏土、粉砂、黏土，局部有細砂。全區(qū)土體以多層結(jié)構(gòu)為主，其次是雙層結(jié)構(gòu)，無單層結(jié)構(gòu)存在。

(2)研究區(qū)內(nèi)主要的工程地質(zhì)環(huán)境問題為飽和砂土液化、軟土等。20m深度范圍內(nèi)液化飽和砂土普遍分布，液化程度為輕微液化-嚴重液化。大部分區(qū)域存在淤泥質(zhì)軟土層，其中海域范圍軟土分布深度在15m以內(nèi)，軟土層厚度相差較大，西部、東部軟土層厚度約2m左右，中部軟土層厚度9～12m的淤泥質(zhì)軟土層；陸域軟土除南部馬山子鎮(zhèn)至新戶鄉(xiāng)以南區(qū)域均有分布，軟土深度大部分在15m之內(nèi)，層厚約2～4m。

1—軟土分布區(qū)；2—研究區(qū)范圍圖4 研究區(qū)軟土分布圖

(3)在進行海岸帶規(guī)劃、開發(fā)利用時，應(yīng)充分考慮研究區(qū)內(nèi)存在的飽和砂土液化、軟土等工程地質(zhì)問題，及早做好相關(guān)的防范工作。