濟南新舊動能轉換先行區工程地質適宜性評價

朱恒華 陳 雷 王 瑋 賈 超 劉治政 劉柏含

(1.山東省地質調查院，山東 濟南 250013； 2.中國地質大學(武漢)，湖北 武漢 430074;3.山東大學土建與水利學院，山東 濟南 250061； 4.山東大學海洋研究院,山東 青島 266237)

1 先行區基本情況

1.1 地理位置

先行區地理坐標為東經116°51′54″～117°16′50″，36°43′38″～37°05′06″，共涉及8個街道，面積約1 030 km2，交通較為便利[1]。

1.2 地形地貌特征

整個先行區位于黃河沖積平原區內，地形起伏不大，地勢較低，自西南向東北緩緩傾斜，大部分地段地面標高在17 m～25 m之間，地面坡降1/60 000左右，地貌類型為沖洪積平原。在先行區南部，鵲山受燕山期巖漿侵入活動影響而形成。區內主要有：高地(龍崗高地、近河灘高地)、決口扇形地、緩坡平地、背河槽狀洼地、淺平洼地和砂質河槽地六種微地貌類型。

1.3 地質構造及地震

先行區內斷裂構造較發育，主要呈北東向和近東西向展布，較大的斷裂主要有：齊河—廣饒斷裂、桑梓店斷裂、東塢斷裂、臥牛山斷裂。這些斷裂不僅切割中生代地層，還控制了新生代地層的沉積發育。

2 先行區工程地質特征

工程建設場地適宜性優劣主要取決于場地穩定性、地形起伏、巖土工程性質、地表水或地下水及場地排水條件、礦產資源等方面因素。

2.1 工程地質條件

先行區在地層分區上屬魯西地層分區泰山地層小區，區內下伏基巖以古生界及中生界為主，其上沉積了一套新生界，新生界分布普遍，厚度變化大。區內地表出露地層大部分為第四系，其余均為隱伏地層。隱伏地層由老至新有：石炭系、二疊系、三疊～侏羅系、第三系。

2.1.1巖體特性及工程地質評價

先行區表層大部分被第四系覆蓋，成因類型沖洪積～沖積類型，主要有河、湖相黏性土、細砂、粉砂，產有蟲孔等[3]。第四系厚度自南至北逐漸加大，一般70 m～350 m不等。先行區工程地質分區為魯西北黃泛平原工程地質區之黃泛平原，地形地貌簡單，第四系覆蓋層厚度約70 m～350 m不等，基巖埋藏深度較大。根據區域地質資料，并結合現場鉆探情況，勘區內第四系地層由黏性土、粉土、砂土組成，在鉆探深度范圍內主要可分為10層。

2.1.2巖土層設計參數建議值

各巖土層地基承載力特征值fak、變形指標根據原位測試、室內土工試驗結果結合建筑經驗綜合分析，如表1所示。

表1 各巖土層設計參數值

2.1.3飽和粉(砂)土地震液化判別

1)液化判別。

對場地內地下水位以下、20 m以上的飽和粉土(砂土)進行液化判別。

按式(1)對第②2層粉土、第③層粉土、第③1層粉細砂、第⑤層粉土、第⑤2層粉細砂、第⑥2層粉土、第⑦1層粉土、第⑦2層粉細砂進一步液化判別。

(1)

由計算結果可知，飽和的第②2,③,③1,⑤,⑤2,⑥2,⑦1層巖層標準貫入試驗點未經桿長修正的標準貫入錘擊數絕大多數小于液化判別標準貫入錘擊數臨界值，判定飽和的第③層粉土、第③1層粉細砂、第⑤層粉土、第⑤2層粉細砂、第⑥2層粉土、第⑦1層粉土為液化土。第⑦2層粉細砂的標準貫入試驗點未經桿長修正的標準貫入錘擊數絕大多數大于液化判別標準貫入錘擊數臨界值，判定第⑦2層粉細砂為不液化土。

2)地基液化等級。

按式(2)綜合劃分地基的液化等級：

(2)

計算得地基液化指數IlE=0.04～15.4，根據《建筑抗震設計規范》規定，場地地基的液化等級為輕微～中等。

2.2 水文地質條件評價

該區屬黃河沖積平原孔隙水水文地質區，根據所處位置不同又分為兩個水文地質亞區：商河水文地質亞區和濟陽水文地質亞區。區內以賦存松散巖類孔隙水為主,根據孔隙水埋藏深度、承壓性等的不同又可分為淺層潛水～微承壓水(0 m～60 m)、中層承壓水(60 m～200 m)和深層承壓水(>200 m)。

根據含水介質的巖性組合、埋藏分布條件和地下水的賦存特征可將規劃區的含水巖組劃分為松散巖類孔隙含水巖組、碎屑巖類裂隙含水巖組和碳酸鹽巖類裂隙含水巖組三種類型。

2.3 不良地質作用和地質災害

2.3.1現狀評估

先行區地質災害危險性評估的災種為崩塌(危巖)、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫和地面沉降等與地質作用有關的災害。依據工作區的地質環境條件，對地質災害的類型進行分析[5]。

先行區內分布高王礦區、濟陽煤礦及章丘煤田歷城井田。高王礦區及章丘煤田歷城井田歷史上無開采記錄；濟陽煤礦目前正在開采，先行區具備發生采空塌陷及伴生地裂縫的地質環境條件。先行區評估的地質災害類型為采空塌陷、地面沉降。先行區在濟陽煤礦礦區發現采空塌陷現象地表變形并造成附近建筑物變形開裂現象，綜合確定濟陽煤礦礦區及其影響范圍采空塌陷發育程度為強。根據“評估規范”中地質災害危害程度分級的規定，濟陽煤礦及其影響范圍采空塌陷發育程度強，危害程度中等，故采空塌陷地質災害現狀評估為危險性大。

先行區由于抽排水導致地下水位下降約5 m，但未發現明顯的地面沉降。根據“評估規范”中地質災害危害程度分級的規定，工作區地面塌陷地質災害和沉降地質災害危害程度評定為小。

2.3.2工程建設中、建設后可能引發或加劇地質災害預測評估

1)濟陽煤礦礦區及其影響范圍采空塌陷預測評估該礦區目前正在開采，地表移動受采空影響正在緩慢發展，采用解析法[6]估算采空塌陷的影響范圍，其計算公式如下：

R=H×cotα+h×cotφ+h1×cotφ1

(3)

其中，R為地面塌陷影響半徑；H為開采深度至表層土層之間的厚度；h為表層土厚度；h1為煤層厚度；α為基巖移動角；φ為表層土移動角；φ1為煤層移動角。

濟陽煤礦煤層開采數據計算得到，確定濟陽煤礦及其影響范圍采空塌陷發育程度為強。若工程建設位于濟陽煤礦及其采空塌陷影響范圍內，工程建設加劇采空塌陷發生的可能性，預計受威脅人數大于100人、直接經濟損失大于500萬，因此工程建設加劇濟陽煤礦及其采空塌陷影響范圍內的采空塌陷地質災害危害程度評定為大。

2)地面沉降。

先行區內采水點仍在開采中，地下水位基本維持在地面下9 m～10 m范圍內，水位變化不大。工作區地面沉降地質災害發育程度為小，危害程度小，根據“評估規范”中的規定，工程建設活動中、建成后工程建設可能加劇地面沉降地質災害危險性預測評估為危險性小。

3 場地穩定性及工程建設適宜性評價

本場地工程建設適宜性區劃綜合評價時遵循以下三個原則：1)定性評價與定量分析預測相結合原則。定性分析是在各區地質背景條件的基礎上，以場地地面變形特征為依據；定量分析是采用評價單元多因子分級加權指數和法進行工程建設適宜性評價，計算評價單元的適宜性指數，從而獲得工程建設適宜性預測結論。二者相結合進行建設工程建設場地適宜性分區評價。2)評價指標要反映工程地質、水文地質環境的主要特征，劃分級次數量和不同級次的因子定量體系適當，要恰如其分地反映規劃區的工程地質環境條件[7]。3)場地工程建設適宜性區劃是以一定范圍作為基本單元，本次區劃是采用1∶10 000地形底圖來進行評價。

3.1 先行區場地工程建設適宜性定性評價

先行區Ⅱ類場地基本地震動峰值加速度值為0.05g，基本地震動加速度反應譜特征周期值為0.45 s，對應地震基本烈度為6度，屬地殼穩定區。基本穩定區的特征是自身存在發震構造，但震級低，或受鄰區地震影響的抗震設防烈度為6度，一部分建筑需要抗震措施，大部分建筑不需要簡單的抗震措施，這種地區地殼是基本穩定的，適合于建設。

綜合考慮前述區域工程地質條件、地質構造等情況，本建設場區抗震設防烈度為6度，最大震級小于5.5級，場地土屬中軟場地土，場地覆蓋層厚度大于50 m，建筑場地類別為Ⅲ類。場地地震動峰值加速度為0.065g，場地基本地震動加速度反應譜特征周期值為0.65 s。地震最大加速度值為0.05g≤amax<0.10g。根據上述指標判定，新舊動能轉換先行規劃區為基本穩定場地。

3.2 研究區場地工程建設適宜性定量評價

3.2.1工程建設適宜性定量評價

根據城鄉規劃工程地質勘察規范，定量評價采用評價單元多因子分級加權指數和法[8]，其適宜性指數計算如式(4)：

(4)

一級因子權重總和等于1，其中主控因子權重不小于0.5；二級因子權重總和等于10，其中主控因子權重不小于5.0。適宜性定量評價見表2。

表2 適宜性定量評價

3.2.2場地適宜性區劃結果及分布特征

當場地按照6度進行抗震設防時，場地根據上述原則和方法，將規劃區劃分為兩個等級，即工程建設場地不適宜區(Ⅰ)、較適宜區(Ⅱ)。從結果可以看出：工程建設場地不適宜區所占面積相對較小，區內工程地質環境總體上是中等～良好，部分較差，見圖1。

工程建設場地不適宜區Ⅰ：該區分布于規劃區中南部濟陽煤礦采空區、黃河河床及河漫灘地帶。采空區附近地勢較低洼，采空塌陷危險性大，工程處理困難且費用較高；黃河河漫灘附近雖然地勢稍高，但容易受到洪水淹沒。因此該場地不適宜工程建設，可作為生態休閑區。建議加強對采空塌陷區的監測和生態環境治理。

工程建設場地較適宜區Ⅱ：該區主要分布于規劃區大部分地區。可作為大規模建筑場地，采用天然地基可建設低層低密度建筑，高層建設一般須采取地基處理措施或采用深基礎。

4 結論與建議

4.1 結論

工作區內存在的主要地質災害有采空塌陷、地面沉降，不良地質作用主要有采空區、人工填土。工作區地質災害危險性分為地質災害危險性大區、地質災害危險性小區兩類。其中地質災害危險性大區1個，主要分布在濟陽煤礦采空的地區及其影響范圍；其余地段為地質災害危險性小區。

根據動力地質作用的破壞影響程度和環境工程地質條件復雜程度，當場地按照不小于7度進行抗震設防時，場地分為穩定性差區和不穩定區，其中采空區及其影響范圍為不穩定區，其余為穩定性差區。當場地按照6度進行抗震設防時，區內適宜性共分為兩類區：不適宜區(規劃區中南部濟陽煤礦采空區、黃河河床及河漫灘地帶)和較適宜區(其余地段)；當場地按照7度進行抗震設防時，區內適宜性共分為兩類區：不適宜區(規劃區中南部濟陽煤礦采空區、黃河河床及河漫灘地帶)和適宜性差區(其余地段)。

4.2 建議

采空區評價按照目前已經搜集到的資料進行分析，進行詳細規劃或工程建設時，應根據有關規定及開采現狀進一步進行采空區巖土工程勘察。采空區可通過安全、經濟等對比分析采取避讓或治理措施[9]。

建議進行水資源勘察，根據規劃建設規模合理確定水源地，并做好水源地的保護工作；查明場地地震可液化土層的分布范圍、液化程度，采取相應的抗液化措施；當工程建設地下空間開發利用基礎埋深較深時，需要進行地下水控制，由于場地內第四系地層滲透系數相對較高，應采取止水帷幕等工程措施，以減少對環境的影響。