曹妃甸—南堡地区工程地质特征及工程建筑地基适宜性分析

张政东

(唐山华鼎工程项目管理有限公司，河北 丰润 064001)

曹妃甸—南堡地区工程地质特征及工程建筑地基适宜性分析

张政东

(唐山华鼎工程项目管理有限公司，河北 丰润 064001)

曹妃甸—南堡海域海底的全新世海相层发育着较厚的粉砂层，为良好的工程地质层，经过相应的地基处理加固，完全满足中、低层建筑物的设计要求，高层及多层建筑物，在桩基础不发生刺穿破坏的条件下，可选择该层作为桩基持力层。晚更新世沉积中强度的粉土、砂质粉土、粉砂层分布的层位、厚度是影响桩基适宜性的主要因素之一，该层在桩基不刺穿的条件下，可作为高层建筑桩基持力层。

曹妃甸—南堡；工程地质特征；工程建筑地基；适宜性

The Engineering Geological Characteristics and Engineering Construction Foundaton Suitability Analysis in the Area from Caofeidian to Nanpu

1．研究区概况

渤海位于北纬37°07＇～41°，东经117°35＇～121°10＇之间，是深入中国大陆的一个近封闭型的浅海，其南、北、西三面环陆，东面以渤海海峡与黄海相通，其间以北起辽东半岛南段的老铁山角、南至山东半岛北端的蓬莱角一线与黄海分界。其海洋环境具有相当的特殊性，多动态要素变化极为活跃，工程条件相当复杂，有着施工难度大成本高的特点。曹妃甸—南堡海域是渤海湾北部海域，处于陆海过渡带的滩海区，是潮汐、波浪、风暴潮等作用的高能区域，潮沟广布、水深变化大，海洋动力环境复杂，是地质环境较为复杂和脆弱的地区，其具体位置如图1-1。

图1-1 研究区地理位置

包括本区在内的唐山地区是地震多发区，震源深度一般在20km左右，最浅的小于5km，最深的33km，均为浅震。调查区属地震Ⅷ烈度区。

2.区域地壳稳定性及地震

渤海湾盆地位于我国东部东北平原、渤海和下辽河平原，构造上处于华北陆块东部，东界郊庐断裂，西界太行山东麓断裂，南北分别为鲁西隆起和燕山褶皱带所限，是一个以新生代沉积为主体的大型板内裂谷盆地，面积约2×104km2。渤海湾盆地以断裂发育、断块破碎著称，北北东——北东向和北西西——东西向两组断裂是控制盆地构造格局的主干断裂。其中北北东——北东向新裂是新生代的优势构造走向线，许多凹陷和凸起沿这些断裂呈带状展布，北西西向断裂对盆地起分段作用，使渤海湾盆地的总体呈“三带一区”展布。北京—渤海强震地震带与河北平原地震带与郯庐地震带相交，在渤海区形成两个高密度和高强度地震发生区，成为地壳稳定性最具威胁性的地带.

曹妃甸港南部紧邻张家口—烽台地震带，西部为河北平原地震带，东部为郯庐地震带。港口南部分布近东西走向的沙垒田北断裂，延长50km，断裂埋深约300m。港区外围构造活动明显，强震活跃。唐山-衡水活动断裂带的北部第四纪活动强烈，NNE及NEE向断裂与NW向及近E-W断裂相交汇切割成块体，构造复杂。其中，宁河—昌黎断裂在全新世中期以来仍有活动的地质现象；唐山—古冶断裂两侧第四系底界落差达250m，丰润—丰台断裂两侧第四系底界落差达500m，为第四纪强烈活动断裂。滦县—芦龙断裂两侧第四纪落差大于100m；3000年以来滦河故道由西往东迁说明，滦县—乐亭断裂近期仍在活动。综上所述研究区属地壳不稳定区。因此，查明研究区及周边活动断裂分布与活动性，是实现该区工程可持续发展的重要基础工作。

3.地形地貌特征

研究区域为河流营力和海洋营力共同作用塑造的沉积地貌，研究区域的地貌为Ⅱ2冲海积低平原区；地势低洼，地面标高小于5m，由冲积、海积而成，地表水体发育，除东北部(曹妃甸浅滩外)有一较深的凹槽外，其它海域海底地形平缓的呈现自海域西南部向东北方向倾斜。海域水深变化不大，其最浅水深0.6m，出现在曹妃甸浅滩附近，而海湾近岸处水深最浅处为6.7m；最大水深为32.4m，出现在东北部凹槽处；海湾平均水深不大于20m，约为19.4m。海底地形平坦，除个别海域外，海底地形坡度不大于0.2‰。

研究区海底地貌形态和类型，是渤海全新世海侵以来，各种海洋动力因素和沿岸周边的河流、岸(岛)滩进入海区泥沙沉积作用共同长期塑造的结果，并受海侵前古地形地貌和区域性构造的控制。主要地貌类型为海湾堆积平原和水下岸坡。海湾堆积平原区水深小于20m，海底地形平坦，湾顶向湾口缓倾斜，整个海湾自西南以东北缓倾斜，等深线走向呈北西一南东向。分布在渤海湾东北部，滦河口至曹妃甸沿岸，东北与辽东湾水下岸坡相连，岸坡西南端内侧为曹妃甸浅滩，其端点为槽形潮流凹地。岸坡向东北方至滦河口，岸坡内侧为滦河三角洲冲积海积平原，二者间以后者的边缘沙坝为界。现代滦河口水下三角洲规模小，叠置在岸坡之上，可视为岸坡的一部分。

4．研究区表层沉积物特征

4.1 海底底质特征

整个渤海湾北部表层沉积物主要为粘土质粉砂、粉砂、砂质粉砂和砂，由于本海区流系比较复杂，物质来源于黄河和海河各方，所以本海区底质分布带有明显的斑块状特点，但从整体上来看，这种分布格局还是有一定的规律性，即从近岸地带向海区中部，底质由粗逐渐变细。本海区表层沉积物底质分布归纳起来有如下几个特点:(1)从整个海区来说，本海区底质普遍较细；(2)粘土质粉砂和砂质粉砂是本海区中分布最广的两种底质；(3)在平面分布上，由岸向海由粗变细。

4.2 表层沉积物类型分布

对渤海湾北部的600多个表层样进行粒度分析，得出研究区沉积物有砂、粉砂、粘土、粘土质粉砂、粉砂质粉砂、粉砂质砂及砾砂等7种。研究区表层沉积物以砂和砂质粉砂为主，其他沉积物类型零星斑状分布。砂主要分布在曹妃甸海域，砂质粉砂质主要分布在南堡东海部海域。(图4-1)

4-1 表层沉积物沉积类型分布图

4.3 表层沉积物的抗剪强度

通过对渤海湾北部区域的大量站位取样分析，对各个站位的表层土进行了小型的不固结不排水十字板剪切试验，得出等值线图4-2。

图4-2 研究区表层土不排水抗剪强度等值线图(小型十字板剪切试验结果)

在本区浅层土中，内聚力普遍较小，而且细粒土的内聚力随着含水量的减少而增大。土的内聚力主要由土粒间结合水形成的水胶连结，有时由土的胶结连接或毛细水连接形成。由于土粒周围结合水膜的影响，细粒土的内摩擦角较小，加之含水量很高，因此细粒土的抗剪强度很低，由于本区细粒土层均一性较好，因此抗剪强度指标相差不大。粗粒土的内摩擦角较大，抗剪强度较高。

从图4—2中可以看出，整个渤海湾北部表层上不排水抗剪强度值的大小及分布是有一定规律的，该区域中部沉积物抗剪强度明显较高，抗剪强度值大小主要为10～18kPa，局部达到20kPa以上；东部区域最低，抗剪强度值在0～7kPa左右；西部差异较大，大部分区域抗剪强度在6kPa左右，局部地方能达到13kPa左右，这些强度较高的地区呈斑状分布。研究区曹甸妃一南堡海域表层沉积物整体抗剪强度较低，在4～5kPa左右。

5．地层结构特征及分区

通过对钻孔资料的分析，得出曹妃甸—南堡海域地层结构具有两个特点：

(1)研究区海底表层普遍发育着约12～27m左右厚的全新世海相层，上部4～15m左右普遍覆盖着青灰色粉砂层，部分区域夹有粉土或粉质粘土层。下部主要为青灰色粉土及粉质粘土。(2)通常埋深12～27以下为晚更新世沉积层。一般为黄褐色粉土、粉砂、粉质粘土层，含钙质结核。土层明显经受氧化，粘性土一般为可塑状态，砂土呈稍密一密实状态，中低压缩性，强度较高。

通过研究区大量钻孔对比发现，研究区内全新世海相层有以下三种情况：(1)上部粉砂层较厚，最厚处可达10m以上，下部为粉质粘上；(2)表层覆盖一层软土，中部为粉砂层，下部为粉质粘土；(3)表层粉砂层较薄，下部为粉质粘土或粉土层。

根据以上三种情况，我们将南堡—曹妃甸海区分为以下三个区域。Ⅰ区：位于南堡以西及以南海域，上部粉砂层厚4～15m不等，局部夹有粘质粉土薄层。其下部为灰黑色粉质粘上及黄褐色粉土。Ⅱ区：位于曹妃甸浅滩中部地区，其表层覆盖很薄一层淤泥或粉质粘土，层厚1m左右，局部此层缺失。其下为层厚4～7m的青灰色中密粉砂层。下部为粉质粘土及粘质粉土互层。Ⅲ区:位于曹妃甸东部区域，表层普遍发育着3～5m左右的青灰色粉砂层。其下为青灰—灰黄色的砂质粉土或粉质粘土及粉土层。

6．建筑地基适宜性分析

不同区块的地层结构特点和工程地质条件的差异是导致各区块的建筑地基适宜性不同的主要原因。建筑地基的适宜性取决于地基所在地区的地质条件，如水深、土质分布、土质性质、强度、厚度等，此外还要受环境条件等的影响。

在工程建设中，不同的建筑物又对应着不同的基础类型，就是同一地区，不同的建筑物还是可能要利用不同基础形式(天然浅基础、片筏基础、箱型基础和桩基础)，因而，考虑不同工程建筑物可能采用的基础形式，对不同深度的地基土进行岩性和强度分析。对于1～3层的非重要性低层建筑，基础埋深一般不超过2m，因而可利用表层的硬壳层，进行简单处理，作为低层建筑的地基；对于4～6层的多层建筑，基础埋深一般不超过3m，但由于工作区软土层的存在，一般需进行地基处理；对6以上多层建筑和高层建筑物，则必须以4、5层以下土层作为持力层。

曹妃甸—南堡海域地层埋深12～27m以上的地层，系全新世海相层，以青灰色粉砂，粉细砂，粉质粘土，粉土为主。粉砂层较厚，但厚度差异较大。地基承载力呈缓慢增大趋势，承载力特征值为100～170kpa不等。在100kpa以内作低层1～3层建筑浅层基础和筏基或者进行简单的处理；在大于100kpa区可以作为4～6层建筑物浅基础的天然地基，或对箱基进行简单的地基处理或加固处理；局部地区夹较薄的软土层。软土由于有触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性和不均匀性，易造成建筑物的不均匀沉降、侧向滑移、堤岸、边坡不稳等，给工程建设造成危害。本海区的软弱地层和易液化土层，地震效应显著，通常称为不良工程地质层。

埋深12～27m以下地层为全新世底部和更新世顶部，一般为黄褐色粉土、粉砂、粉质粘土层，粘性土一般为可塑状态，砂土呈稍密一密实状态，中低压缩性，承载力特征值为190kpa左右，可以作为多层、中高层建筑物浅基、筏基的天然地基的区域，对天然土稍加处理，就可以满足6层以上的建筑对地基的基本要求(表6-1)；下部的晚更新世地层顶部27.7～33.9m的粉土和粉砂层位承载力出现大的峰值，若该层较厚且经刺穿验算后不刺穿，可作为桩基持力层。

表6-1 不同建筑物承载力对照表

7．结论

曹妃甸—南堡海域地区表层普遍分布全新世海相厚度不均一的粉砂层，承载力呈缓慢增大趋势，总体来说该粉砂层较厚，为较好的工程地质层。对于中、低层建筑物经过相应的地基处理加固，是适合修建的；对于高层及多层建筑物，桩基础如果经过验算不会发生刺穿破坏的话，可选择该层作为桩基持力层。

晚更新世沉积的粉土、砂质粉土、粉砂层分布的层位、厚度是影响桩基适宜性的主要因素。不同工程地质区中粉土和粉砂层位承载力曲线出现很大的峰值，如果该层较厚且经刺穿验算后不刺穿，可作为桩基持力层。

ZHANG Zheng-dong

(Tangshan Huading Engineering Project Management Co., Ltd, Fengrun Hebei, 064001)

There is a thicker layer of silty sand developing from Holocene Marine bed in the bottom of Caofeidian - Nanpu sea area, which is good engineering geological layer and can fully meet the design requirements of medium and low-rise buildings after the foundation treatment of corresponding reinforcement, and for high-rise and multi-storey buildings, which can be chosen as pile foundation bearing layer if the puncture failure does not occur in the pile foundation. For the distribution of strata of moderate strength silt, sandy silt and silty sand layer deposited in the late pleistocene epoch, thickness is one of the main factors influencing the suitability of pile foundation, the layer can be used as a high-rise building pile foundation bearing layer if the pile foundation is not pierced.

Caofeidian - Nanpu; engineering geological characteristics; engineering construction foundation; suitability

2015-11-12

张政东(1974- )，男，大专，唐山华鼎工程项目管理有限公司土建工程师，从事工程总监工作。

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