济南新旧动能转换先行区工程地质适宜性评价

朱恒华 陈 雷 王 玮 贾 超 刘治政 刘柏含

(1.山东省地质调查院，山东 济南 250013； 2.中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074;3.山东大学土建与水利学院，山东 济南 250061； 4.山东大学海洋研究院,山东 青岛 266237)

1 先行区基本情况

1.1 地理位置

先行区地理坐标为东经116°51′54″～117°16′50″，36°43′38″～37°05′06″，共涉及8个街道，面积约1 030 km2，交通较为便利[1]。

1.2 地形地貌特征

整个先行区位于黄河冲积平原区内，地形起伏不大，地势较低，自西南向东北缓缓倾斜，大部分地段地面标高在17 m～25 m之间，地面坡降1/60 000左右，地貌类型为冲洪积平原。在先行区南部，鹊山受燕山期岩浆侵入活动影响而形成。区内主要有：高地(龙岗高地、近河滩高地)、决口扇形地、缓坡平地、背河槽状洼地、浅平洼地和砂质河槽地六种微地貌类型。

1.3 地质构造及地震

先行区内断裂构造较发育，主要呈北东向和近东西向展布，较大的断裂主要有：齐河—广饶断裂、桑梓店断裂、东坞断裂、卧牛山断裂。这些断裂不仅切割中生代地层，还控制了新生代地层的沉积发育。

2 先行区工程地质特征

工程建设场地适宜性优劣主要取决于场地稳定性、地形起伏、岩土工程性质、地表水或地下水及场地排水条件、矿产资源等方面因素。

2.1 工程地质条件

先行区在地层分区上属鲁西地层分区泰山地层小区，区内下伏基岩以古生界及中生界为主，其上沉积了一套新生界，新生界分布普遍，厚度变化大。区内地表出露地层大部分为第四系，其余均为隐伏地层。隐伏地层由老至新有：石炭系、二叠系、三叠～侏罗系、第三系。

2.1.1岩体特性及工程地质评价

先行区表层大部分被第四系覆盖，成因类型冲洪积～冲积类型，主要有河、湖相黏性土、细砂、粉砂，产有虫孔等[3]。第四系厚度自南至北逐渐加大，一般70 m～350 m不等。先行区工程地质分区为鲁西北黄泛平原工程地质区之黄泛平原，地形地貌简单，第四系覆盖层厚度约70 m～350 m不等，基岩埋藏深度较大。根据区域地质资料，并结合现场钻探情况，勘区内第四系地层由黏性土、粉土、砂土组成，在钻探深度范围内主要可分为10层。

2.1.2岩土层设计参数建议值

各岩土层地基承载力特征值fak、变形指标根据原位测试、室内土工试验结果结合建筑经验综合分析，如表1所示。

表1 各岩土层设计参数值

2.1.3饱和粉(砂)土地震液化判别

1)液化判别。

对场地内地下水位以下、20 m以上的饱和粉土(砂土)进行液化判别。

按式(1)对第②2层粉土、第③层粉土、第③1层粉细砂、第⑤层粉土、第⑤2层粉细砂、第⑥2层粉土、第⑦1层粉土、第⑦2层粉细砂进一步液化判别。

(1)

由计算结果可知，饱和的第②2,③,③1,⑤,⑤2,⑥2,⑦1层岩层标准贯入试验点未经杆长修正的标准贯入锤击数绝大多数小于液化判别标准贯入锤击数临界值，判定饱和的第③层粉土、第③1层粉细砂、第⑤层粉土、第⑤2层粉细砂、第⑥2层粉土、第⑦1层粉土为液化土。第⑦2层粉细砂的标准贯入试验点未经杆长修正的标准贯入锤击数绝大多数大于液化判别标准贯入锤击数临界值，判定第⑦2层粉细砂为不液化土。

2)地基液化等级。

按式(2)综合划分地基的液化等级：

(2)

计算得地基液化指数IlE=0.04～15.4，根据《建筑抗震设计规范》规定，场地地基的液化等级为轻微～中等。

2.2 水文地质条件评价

该区属黄河冲积平原孔隙水水文地质区，根据所处位置不同又分为两个水文地质亚区：商河水文地质亚区和济阳水文地质亚区。区内以赋存松散岩类孔隙水为主,根据孔隙水埋藏深度、承压性等的不同又可分为浅层潜水～微承压水(0 m～60 m)、中层承压水(60 m～200 m)和深层承压水(>200 m)。

根据含水介质的岩性组合、埋藏分布条件和地下水的赋存特征可将规划区的含水岩组划分为松散岩类孔隙含水岩组、碎屑岩类裂隙含水岩组和碳酸盐岩类裂隙含水岩组三种类型。

2.3 不良地质作用和地质灾害

2.3.1现状评估

先行区地质灾害危险性评估的灾种为崩塌(危岩)、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降等与地质作用有关的灾害。依据工作区的地质环境条件，对地质灾害的类型进行分析[5]。

先行区内分布高王矿区、济阳煤矿及章丘煤田历城井田。高王矿区及章丘煤田历城井田历史上无开采记录；济阳煤矿目前正在开采，先行区具备发生采空塌陷及伴生地裂缝的地质环境条件。先行区评估的地质灾害类型为采空塌陷、地面沉降。先行区在济阳煤矿矿区发现采空塌陷现象地表变形并造成附近建筑物变形开裂现象，综合确定济阳煤矿矿区及其影响范围采空塌陷发育程度为强。根据“评估规范”中地质灾害危害程度分级的规定，济阳煤矿及其影响范围采空塌陷发育程度强，危害程度中等，故采空塌陷地质灾害现状评估为危险性大。

先行区由于抽排水导致地下水位下降约5 m，但未发现明显的地面沉降。根据“评估规范”中地质灾害危害程度分级的规定，工作区地面塌陷地质灾害和沉降地质灾害危害程度评定为小。

2.3.2工程建设中、建设后可能引发或加剧地质灾害预测评估

1)济阳煤矿矿区及其影响范围采空塌陷预测评估该矿区目前正在开采，地表移动受采空影响正在缓慢发展，采用解析法[6]估算采空塌陷的影响范围，其计算公式如下：

R=H×cotα+h×cotφ+h1×cotφ1

(3)

其中，R为地面塌陷影响半径；H为开采深度至表层土层之间的厚度；h为表层土厚度；h1为煤层厚度；α为基岩移动角；φ为表层土移动角；φ1为煤层移动角。

济阳煤矿煤层开采数据计算得到，确定济阳煤矿及其影响范围采空塌陷发育程度为强。若工程建设位于济阳煤矿及其采空塌陷影响范围内，工程建设加剧采空塌陷发生的可能性，预计受威胁人数大于100人、直接经济损失大于500万，因此工程建设加剧济阳煤矿及其采空塌陷影响范围内的采空塌陷地质灾害危害程度评定为大。

2)地面沉降。

先行区内采水点仍在开采中，地下水位基本维持在地面下9 m～10 m范围内，水位变化不大。工作区地面沉降地质灾害发育程度为小，危害程度小，根据“评估规范”中的规定，工程建设活动中、建成后工程建设可能加剧地面沉降地质灾害危险性预测评估为危险性小。

3 场地稳定性及工程建设适宜性评价

本场地工程建设适宜性区划综合评价时遵循以下三个原则：1)定性评价与定量分析预测相结合原则。定性分析是在各区地质背景条件的基础上，以场地地面变形特征为依据；定量分析是采用评价单元多因子分级加权指数和法进行工程建设适宜性评价，计算评价单元的适宜性指数，从而获得工程建设适宜性预测结论。二者相结合进行建设工程建设场地适宜性分区评价。2)评价指标要反映工程地质、水文地质环境的主要特征，划分级次数量和不同级次的因子定量体系适当，要恰如其分地反映规划区的工程地质环境条件[7]。3)场地工程建设适宜性区划是以一定范围作为基本单元，本次区划是采用1∶10 000地形底图来进行评价。

3.1 先行区场地工程建设适宜性定性评价

先行区Ⅱ类场地基本地震动峰值加速度值为0.05g，基本地震动加速度反应谱特征周期值为0.45 s，对应地震基本烈度为6度，属地壳稳定区。基本稳定区的特征是自身存在发震构造，但震级低，或受邻区地震影响的抗震设防烈度为6度，一部分建筑需要抗震措施，大部分建筑不需要简单的抗震措施，这种地区地壳是基本稳定的，适合于建设。

综合考虑前述区域工程地质条件、地质构造等情况，本建设场区抗震设防烈度为6度，最大震级小于5.5级，场地土属中软场地土，场地覆盖层厚度大于50 m，建筑场地类别为Ⅲ类。场地地震动峰值加速度为0.065g，场地基本地震动加速度反应谱特征周期值为0.65 s。地震最大加速度值为0.05g≤amax<0.10g。根据上述指标判定，新旧动能转换先行规划区为基本稳定场地。

3.2 研究区场地工程建设适宜性定量评价

3.2.1工程建设适宜性定量评价

根据城乡规划工程地质勘察规范，定量评价采用评价单元多因子分级加权指数和法[8]，其适宜性指数计算如式(4)：

(4)

一级因子权重总和等于1，其中主控因子权重不小于0.5；二级因子权重总和等于10，其中主控因子权重不小于5.0。适宜性定量评价见表2。

表2 适宜性定量评价

3.2.2场地适宜性区划结果及分布特征

当场地按照6度进行抗震设防时，场地根据上述原则和方法，将规划区划分为两个等级，即工程建设场地不适宜区(Ⅰ)、较适宜区(Ⅱ)。从结果可以看出：工程建设场地不适宜区所占面积相对较小，区内工程地质环境总体上是中等～良好，部分较差，见图1。

工程建设场地不适宜区Ⅰ：该区分布于规划区中南部济阳煤矿采空区、黄河河床及河漫滩地带。采空区附近地势较低洼，采空塌陷危险性大，工程处理困难且费用较高；黄河河漫滩附近虽然地势稍高，但容易受到洪水淹没。因此该场地不适宜工程建设，可作为生态休闲区。建议加强对采空塌陷区的监测和生态环境治理。

工程建设场地较适宜区Ⅱ：该区主要分布于规划区大部分地区。可作为大规模建筑场地，采用天然地基可建设低层低密度建筑，高层建设一般须采取地基处理措施或采用深基础。

4 结论与建议

4.1 结论

工作区内存在的主要地质灾害有采空塌陷、地面沉降，不良地质作用主要有采空区、人工填土。工作区地质灾害危险性分为地质灾害危险性大区、地质灾害危险性小区两类。其中地质灾害危险性大区1个，主要分布在济阳煤矿采空的地区及其影响范围；其余地段为地质灾害危险性小区。

根据动力地质作用的破坏影响程度和环境工程地质条件复杂程度，当场地按照不小于7度进行抗震设防时，场地分为稳定性差区和不稳定区，其中采空区及其影响范围为不稳定区，其余为稳定性差区。当场地按照6度进行抗震设防时，区内适宜性共分为两类区：不适宜区(规划区中南部济阳煤矿采空区、黄河河床及河漫滩地带)和较适宜区(其余地段)；当场地按照7度进行抗震设防时，区内适宜性共分为两类区：不适宜区(规划区中南部济阳煤矿采空区、黄河河床及河漫滩地带)和适宜性差区(其余地段)。

4.2 建议

采空区评价按照目前已经搜集到的资料进行分析，进行详细规划或工程建设时，应根据有关规定及开采现状进一步进行采空区岩土工程勘察。采空区可通过安全、经济等对比分析采取避让或治理措施[9]。

建议进行水资源勘察，根据规划建设规模合理确定水源地，并做好水源地的保护工作；查明场地地震可液化土层的分布范围、液化程度，采取相应的抗液化措施；当工程建设地下空间开发利用基础埋深较深时，需要进行地下水控制，由于场地内第四系地层渗透系数相对较高，应采取止水帷幕等工程措施，以减少对环境的影响。