江蘇新沂經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)工程地質(zhì)條件研究

王 毅,郭炳躍，戴俊成，吳峰俊

(江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，江蘇 南京 210049)

工程地質(zhì)條件研究是城市建設(shè)規(guī)劃或重大工程選址的前提[1]，可靠詳實(shí)的工程地質(zhì)資料是科學(xué)論證項(xiàng)目可行性和建設(shè)方案的重要支撐[2-3]。江蘇新沂經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)位于新沂市西側(cè)，是新沂中心城區(qū)向西拓展的主要空間載體，規(guī)劃用地面積44.39 km2。開發(fā)區(qū)擬構(gòu)建醫(yī)藥健康、新材料、綠色化工、冶金裝備制造等四大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，開展商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施、工業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)、道路與交通設(shè)施等多項(xiàng)建設(shè)工程。

區(qū)域上新沂市雖然曾開展過(guò)許多基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)調(diào)查工作，但在工程地質(zhì)條件方面缺少系統(tǒng)性的調(diào)查和分析。本文通過(guò)資料收集、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、工程地質(zhì)鉆探等手段，開展區(qū)域工程地質(zhì)條件研究，分析存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，對(duì)科學(xué)規(guī)劃區(qū)內(nèi)工程建設(shè)活動(dòng)具有重要意義。

1 工程地質(zhì)特征

1.1 地形地貌

江蘇新沂經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)地處沂沭河沖積平原，地勢(shì)平坦開闊，地勢(shì)高差小，自北向南微傾斜，地面高程28 m～35 m，地表主要為道路、廠房及農(nóng)田(見圖1)。

1.2 地層巖性

本區(qū)地層屬華北地層區(qū)，自下而上發(fā)育有晚太古代-早元古代變質(zhì)巖，中生代斷陷盆地白堊紀(jì)火山巖及紅色碎屑巖，新生代沂沭河堆積的新近紀(jì)和第四紀(jì)松散層。全區(qū)無(wú)基巖出露，新近紀(jì)和第四紀(jì)松散層覆蓋全區(qū)，厚度70 m～80 m。區(qū)內(nèi)新近紀(jì)地層僅發(fā)育上新世宿遷組(N2s)，廣泛分布于郯廬斷裂帶斷陷盆地中。巖性為灰綠色、灰白色中粗砂為主，夾灰綠色含砂黏土，最大厚度約49 m。早更新世發(fā)育地層為王圩組(Qp1w)，巖性底部為褐黃色卵、礫石層，中上部以褐黃色、淡黃色含礫中粗砂，最大厚度約45 m。中更新世發(fā)育地層為泊崗組(Qp2b)，巖性為棕紅色黏土質(zhì)中砂、含礫亞黏土，區(qū)內(nèi)未見分布。晚更新世發(fā)育地層為戚咀組(Qp3q)，巖性為褐黃色、灰黃色黏土、粉質(zhì)黏土，含鈣質(zhì)結(jié)核，與淡黃色中粗砂、粉細(xì)砂交替出現(xiàn)，最大厚度約30 m。全新世發(fā)育地層為新店組(Qhx)，主要分布在現(xiàn)代河流沿岸地區(qū)，巖性主要為灰黃色～青灰色黏土，厚度約1 m～2 m。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地殼穩(wěn)定性

調(diào)查區(qū)主要構(gòu)造為郯廬斷裂帶。郯廬斷裂帶是我國(guó)東部一條著名的深大斷裂帶，呈NNE向切穿由太古代結(jié)晶基底。新沂段由四條主干斷裂組成，大致相互平行，分別為F1,F2,F3,F4[4-5]。其中調(diào)查區(qū)內(nèi)發(fā)育的為F2斷裂，呈NNE向橫穿本區(qū)。除郯廬斷裂帶以外，區(qū)內(nèi)尚發(fā)育有多個(gè)NNE向和NW向次級(jí)斷裂,包括F30,F32和F33等斷裂。

據(jù)史料記載，調(diào)查區(qū)及周邊未曾發(fā)生過(guò)5級(jí)以上地震，震害皆來(lái)自鄰區(qū)影響。據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)，調(diào)查區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組屬第一組[6]。

1.4 水文地質(zhì)條件

調(diào)查區(qū)主要地下水類型為松散巖類孔隙水，根據(jù)含水地層的形成時(shí)代、巖性及埋藏特征，可進(jìn)一步分成三個(gè)含水巖組。全新統(tǒng)-上更新統(tǒng)孔隙潛水含水巖組，由全新統(tǒng)沖積粉土、上更新統(tǒng)中細(xì)砂組成，含水層厚度5 m～15 m，賦存地下水類型為潛水，下部砂層具有微承壓性質(zhì)，水位埋深0.5 m～3.0 m。中-下更新統(tǒng)孔隙承壓含水巖組，由中、下更新統(tǒng)中粗砂組成，含水層頂板埋深20 m～30 m，厚度10 m～20 m。上新統(tǒng)孔隙承壓含水巖組，由上新統(tǒng)含礫中粗砂組成，含水層頂板埋深50 m～60 m，厚度20 m～30 m。中-下更新統(tǒng)孔隙承壓含水巖組與上新統(tǒng)孔隙承壓含水巖組為新沂市地下水主要開采層位，一般為混合開采，平均水位埋深6 m～13 m。

1.5 巖土體類型及特征

根據(jù)本次工作施工的鉆孔和收集的巖土工程勘察資料，開發(fā)區(qū)30 m以淺地層為全新統(tǒng)黏土、更新統(tǒng)黏土和中粗砂，可分為6個(gè)工程地質(zhì)層：

①層填土：淺黃色～黃褐色、填土成分以黏土為主，局部夾建筑垃圾和植物根莖，工程性質(zhì)差。

②層黏土：黃色～灰黃色，可塑，偶含鐵錳結(jié)核，土質(zhì)均勻，切面有光澤，中等壓縮性，干強(qiáng)度高，韌性高。為全新世地層，主要分布在沭河沿線，厚度0.7 m～4.8 m，平均厚度1.6 m。頂板埋深0.3 m～1.6 m，平均1.7 m，地基承載力特征值fak=120 kPa。

③-1層含砂姜黏土：黃色～黃褐色，硬塑，局部可塑有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高，壓縮性低，含砂姜，局部較富集，礫徑1 cm～5 cm。為上更新統(tǒng)地層，場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度一般4 m～15 m，平均厚度5.7 m，頂板埋深1.2 m～6.0 m，平均2.2 m。該層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)良好，地基承載力特征值fak=240 kPa，是良好的天然地基持力層。

③-2層黏土：棕黃色，硬塑。土質(zhì)不均勻，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，結(jié)核粒徑約0.5 cm～1 cm，干強(qiáng)度高，韌性高。為上更新統(tǒng)地層，場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度變化較大，約4 m～16 m，平均厚度約9 m，頂板埋深6.7 m～13.5 m，平均9.4 m。該層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)良好，地基承載力特征值fak=250 kPa，是良好的天然地基持力層。

③-3中砂：黃色，飽和，中密～密實(shí)，礦物成分以石英、長(zhǎng)石、云母碎屑為主。為上更新統(tǒng)地層，分布于開發(fā)區(qū)東側(cè)墨河沿線，厚度1.8 m～10.3 m，平均厚度約5.9 m，頂板埋深5.6 m～15.2 m，平均13.2 m。該層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)良好，地基承載力特征值fak=260 kPa，是良好的天然地基持力層。

④-1黏土：棕黃色～紅棕色，硬塑，干強(qiáng)度高，韌性高，含少量鐵錳結(jié)核。為中下更新統(tǒng)地層，區(qū)內(nèi)普遍分布，頂板埋深15.3 m～22.0 m，平均17.1 m，本次鉆探尚未完全揭露本層。

調(diào)查區(qū)典型工程地質(zhì)剖面如圖2所示，主要工程地質(zhì)層物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 調(diào)查區(qū)主要工程地質(zhì)層物理力學(xué)統(tǒng)計(jì)表

2 主要工程地質(zhì)問(wèn)題

2.1 特殊類巖土(膨脹土)

調(diào)查區(qū)晚更新世戚咀組黏土(③-1層、③-2層)，全區(qū)廣泛分布。墨河街道、雙城居委會(huì)及瓦窯鎮(zhèn)等地區(qū)直接出露地表，其余地區(qū)為全新世可塑狀青灰色黏土覆蓋，覆蓋層厚度小于2 m。根據(jù)室內(nèi)測(cè)試資料，該層黏土自由膨脹率為δef=25%～60%，實(shí)測(cè)15個(gè)樣品自由膨脹率大于40%的有9個(gè)，平均自由膨脹率為41%(見表2)。綜合判斷該層為弱膨脹土。

表2 膨脹土自由膨脹率測(cè)試數(shù)據(jù)

膨脹土遇水膨脹，失水則干縮，工程力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。由于膨脹性土?xí)驗(yàn)橥林泻康淖兓l(fā)生相應(yīng)的膨脹或收縮變形，可導(dǎo)致地基土不均勻的隆起或下陷，使得建筑物產(chǎn)生墻體開裂、地面隆起或下陷等破壞[7～9]。調(diào)查區(qū)膨脹土自由膨脹率較低，屬弱膨脹潛勢(shì)，膨脹土引起的地質(zhì)災(zāi)害危害程度較小，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，可以防止這種情況的發(fā)生，綜合評(píng)價(jià)工程建設(shè)遭受膨脹土災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)可控。

2.2 砂土滲透變形

砂土可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一是飽和砂土液化。調(diào)查區(qū)位于抗震設(shè)防烈度8度區(qū)，需考慮飽和砂土液化問(wèn)題。但本區(qū)20 m以淺砂層為晚更新世地層，根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)，判斷為不液化土，可不考慮液化影響。其二是砂土滲透變形問(wèn)題。砂土滲透變形是指在砂土層中開挖時(shí)出現(xiàn)的流砂、基坑壁坍塌等現(xiàn)象，或者開挖部位之下的地下水發(fā)生突涌現(xiàn)象。同時(shí)由于基坑開挖時(shí)大量疏排地下水，還可能引發(fā)附近地面嚴(yán)重變形，對(duì)建設(shè)場(chǎng)區(qū)附近已有的地面建筑造成較大的威脅。

調(diào)查區(qū)20 m以淺發(fā)育的砂層為③-3工程地質(zhì)層，為晚更新統(tǒng)戚咀組下部地層，主要分布于調(diào)查區(qū)東側(cè)墨河以東地區(qū)和西側(cè)瓦窯鎮(zhèn)一帶。③-3層厚度較薄，一般1.8 m～5 m，墨河新村一帶厚度較大，揭露最大厚度10.3 m；頂板埋深一般10 m～15.2 m，墨河新村一帶埋深較小，最小頂板埋深5.6 m。該層巖性為中砂，呈中密～密實(shí)狀態(tài)，是區(qū)內(nèi)全新統(tǒng)-上更新統(tǒng)孔隙潛水含水巖組主要的賦水層位。其賦存地下水具微承壓性質(zhì)，承壓水位埋深1 m～2 m左右。該層埋深較大，基坑工程開挖深度較淺時(shí)，不會(huì)揭露該含水層，存在的主要問(wèn)題是基坑開挖后下伏承壓含水層潛在的坑底突涌風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)JGJ 120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程附錄C，對(duì)基坑坑底進(jìn)行突涌穩(wěn)定性計(jì)算[10]。

其中，Kh為突涌穩(wěn)定性安全系數(shù)，不應(yīng)小于1.1；D為(微)承壓含水層頂面至坑底的土層厚度，m；γ為(微)承壓含水層頂面至坑底土層的天然重度，kN/m3，對(duì)成層土，取按土層厚度加權(quán)的平均天然重度；hw為承壓含水層頂面的壓力水頭高度，m；γw為水的重度，kN/m3。

計(jì)算結(jié)果表明，基坑開挖深度達(dá)到5 m時(shí)，砂層埋深小于10 m的區(qū)域，存在坑底突涌可能。因此，基坑工程施工應(yīng)考慮下伏承壓含水層可能帶來(lái)的坑底突涌等問(wèn)題。

3 防治措施建議

3.1 特殊類巖土(膨脹土)防治措施

調(diào)查區(qū)膨脹土層厚度大，埋深淺，應(yīng)根據(jù)工程建(構(gòu))筑物荷載大小、變形等要求和場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件合理選擇基礎(chǔ)型式、持力層和地基處理措施。膨脹土一般對(duì)單層建筑和道路會(huì)產(chǎn)生一定的危害，因此場(chǎng)地應(yīng)盡量保持自然地形，對(duì)基礎(chǔ)處于膨脹土位置的道路修建可參照公路膨脹土地基的處理辦法。施工時(shí)盡量安排在少雨季節(jié)(冬、春)施工，并做好地表防水等工作。施工時(shí)遵循快速開挖及時(shí)埋置和夯實(shí)的原則，防止巖土體遭受長(zhǎng)時(shí)間的曝曬、風(fēng)干、浸濕或積水。

3.2 砂土滲透變形破壞防治措施

基坑開挖過(guò)程中，應(yīng)選擇合適的開挖方式，在砂土頂板埋深小于10 m的地區(qū)，對(duì)開挖深度小于5 m的基坑，應(yīng)采取相應(yīng)降水、截排水和支護(hù)措施，防止發(fā)生基坑突涌、基坑邊坡坍塌及周邊地面形變等問(wèn)題。開挖深度大于5 m的基坑，應(yīng)進(jìn)行基坑圍護(hù)專項(xiàng)設(shè)計(jì)和基坑施工方案專項(xiàng)論證?；娱_挖降排水過(guò)程中，應(yīng)設(shè)置地面沉降變形監(jiān)測(cè)，防止因降水帶來(lái)的不均勻沉降等問(wèn)題，確保工程建設(shè)和臨近建構(gòu)筑物的安全。工程建設(shè)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行地面及土體變形監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)處置。開挖荷載較小的地下室、地下車庫(kù)、事故池、調(diào)節(jié)池等情況下，應(yīng)考慮抗浮問(wèn)題。

3.3 其他建議

郯廬斷裂帶沿NNE-SSW走向橫穿本區(qū)，調(diào)查區(qū)內(nèi)工程建設(shè)活動(dòng)應(yīng)充分關(guān)注郯廬斷裂帶活動(dòng)性帶來(lái)的相關(guān)災(zāi)害，做好地震及其相關(guān)災(zāi)害的研報(bào)與預(yù)防工作。

4 結(jié)語(yǔ)

江蘇新沂經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)地處沂沭河沖積平原，地勢(shì)平坦。主要發(fā)育黏土、中砂等6個(gè)工程地質(zhì)層，其中③-1含砂姜黏土、③-2黏土等工程地質(zhì)層，呈硬塑狀態(tài)，物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)良好，地基承載力高，埋深淺，是良好的天然地基持力層。區(qū)內(nèi)總體為工程建設(shè)活動(dòng)適宜區(qū)，存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題是晚更新世黏土存在弱膨脹性，基坑開挖時(shí)下伏承壓含水層存在基坑突涌破壞可能等問(wèn)題。工程建設(shè)應(yīng)做好地基土膨脹變形破壞、砂土滲透變形破壞的預(yù)防等措施。