江蘇新沂經濟開發區工程地質條件研究

王 毅,郭炳躍，戴俊成，吳峰俊

(江蘇省地質勘查技術院，江蘇 南京 210049)

工程地質條件研究是城市建設規劃或重大工程選址的前提[1]，可靠詳實的工程地質資料是科學論證項目可行性和建設方案的重要支撐[2-3]。江蘇新沂經濟開發區位于新沂市西側，是新沂中心城區向西拓展的主要空間載體，規劃用地面積44.39 km2。開發區擬構建醫藥健康、新材料、綠色化工、冶金裝備制造等四大主導產業，開展商業服務業設施、工業倉儲、道路與交通設施等多項建設工程。

區域上新沂市雖然曾開展過許多基礎地質、水文地質調查工作，但在工程地質條件方面缺少系統性的調查和分析。本文通過資料收集、現場調查、工程地質鉆探等手段，開展區域工程地質條件研究，分析存在的主要工程地質問題，對科學規劃區內工程建設活動具有重要意義。

1 工程地質特征

1.1 地形地貌

江蘇新沂經濟開發區地處沂沭河沖積平原，地勢平坦開闊，地勢高差小，自北向南微傾斜，地面高程28 m～35 m，地表主要為道路、廠房及農田(見圖1)。

1.2 地層巖性

本區地層屬華北地層區，自下而上發育有晚太古代-早元古代變質巖，中生代斷陷盆地白堊紀火山巖及紅色碎屑巖，新生代沂沭河堆積的新近紀和第四紀松散層。全區無基巖出露，新近紀和第四紀松散層覆蓋全區，厚度70 m～80 m。區內新近紀地層僅發育上新世宿遷組(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。中更新世發育地層為泊崗組(Qp2b)，巖性為棕紅色黏土質中砂、含礫亞黏土，區內未見分布。晚更新世發育地層為戚咀組(Qp3q)，巖性為褐黃色、灰黃色黏土、粉質黏土，含鈣質結核，與淡黃色中粗砂、粉細砂交替出現，最大厚度約30 m。全新世發育地層為新店組(Qhx)，主要分布在現代河流沿岸地區，巖性主要為灰黃色～青灰色黏土，厚度約1 m～2 m。

1.3 地質構造與地殼穩定性

調查區主要構造為郯廬斷裂帶。郯廬斷裂帶是我國東部一條著名的深大斷裂帶，呈NNE向切穿由太古代結晶基底。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]。其中調查區內發育的為F2斷裂，呈NNE向橫穿本區。除郯廬斷裂帶以外，區內尚發育有多個NNE向和NW向次級斷裂,包括F30,F32和F33等斷裂。

據史料記載，調查區及周邊未曾發生過5級以上地震，震害皆來自鄰區影響。據GB 50011—2010建筑抗震設計規范(2016年版)，調查區抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組屬第一組[6]。

1.4 水文地質條件

調查區主要地下水類型為松散巖類孔隙水，根據含水地層的形成時代、巖性及埋藏特征，可進一步分成三個含水巖組。全新統-上更新統孔隙潛水含水巖組，由全新統沖積粉土、上更新統中細砂組成，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，水位埋深0.5 m～3.0 m。中-下更新統孔隙承壓含水巖組，由中、下更新統中粗砂組成，含水層頂板埋深20 m～30 m，厚度10 m～20 m。上新統孔隙承壓含水巖組，由上新統含礫中粗砂組成，含水層頂板埋深50 m～60 m，厚度20 m～30 m。中-下更新統孔隙承壓含水巖組與上新統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

根據本次工作施工的鉆孔和收集的巖土工程勘察資料，開發區30 m以淺地層為全新統黏土、更新統黏土和中粗砂，可分為6個工程地質層：

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，工程性質差。

②層黏土：黃色～灰黃色，可塑，偶含鐵錳結核，土質均勻，切面有光澤，中等壓縮性，干強度高，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。為上更新統地層，場區普遍分布，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。該層物理力學性質指標良好，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。土質不均勻，含少量鈣質結核，結核粒徑約0.5 cm～1 cm，干強度高，韌性高。為上更新統地層，場區普遍分布，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。該層物理力學性質指標良好，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，礦物成分以石英、長石、云母碎屑為主。為上更新統地層，分布于開發區東側墨河沿線，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。該層物理力學性質指標良好，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，干強度高，韌性高，含少量鐵錳結核。為中下更新統地層，區內普遍分布，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。

調查區典型工程地質剖面如圖2所示，主要工程地質層物理力學性質統計如表1所示。

表1 調查區主要工程地質層物理力學統計表

2 主要工程地質問題

2.1 特殊類巖土(膨脹土)

調查區晚更新世戚咀組黏土(③-1層、③-2層)，全區廣泛分布。墨河街道、雙城居委會及瓦窯鎮等地區直接出露地表，其余地區為全新世可塑狀青灰色黏土覆蓋，覆蓋層厚度小于2 m。根據室內測試資料，該層黏土自由膨脹率為δef=25%～60%，實測15個樣品自由膨脹率大于40%的有9個，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試數據

膨脹土遇水膨脹，失水則干縮，工程力學性質不穩定。由于膨脹性土會因為土中含水量的變化而發生相應的膨脹或收縮變形，可導致地基土不均勻的隆起或下陷，使得建筑物產生墻體開裂、地面隆起或下陷等破壞[7～9]。調查區膨脹土自由膨脹率較低，屬弱膨脹潛勢，膨脹土引起的地質災害危害程度較小，采取適當的措施，可以防止這種情況的發生，綜合評價工程建設遭受膨脹土災害的風險可控。

2.2 砂土滲透變形

砂土可能引發的地質災害現象主要表現在兩個方面：其一是飽和砂土液化。調查區位于抗震設防烈度8度區，需考慮飽和砂土液化問題。但本區20 m以淺砂層為晚更新世地層，根據GB 50011—2010建筑抗震設計規范(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題。砂土滲透變形是指在砂土層中開挖時出現的流砂、基坑壁坍塌等現象，或者開挖部位之下的地下水發生突涌現象。同時由于基坑開挖時大量疏排地下水，還可能引發附近地面嚴重變形，對建設場區附近已有的地面建筑造成較大的威脅。

調查區20 m以淺發育的砂層為③-3工程地質層，為晚更新統戚咀組下部地層，主要分布于調查區東側墨河以東地區和西側瓦窯鎮一帶。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～密實狀態，是區內全新統-上更新統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，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，不會揭露該含水層，存在的主要問題是基坑開挖后下伏承壓含水層潛在的坑底突涌風險。

根據JGJ 120—2012建筑基坑支護技術規程附錄C，對基坑坑底進行突涌穩定性計算[10]。

其中，Kh為突涌穩定性安全系數，不應小于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，對成層土，取按土層厚度加權的平均天然重度；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。

計算結果表明，基坑開挖深度達到5 m時，砂層埋深小于10 m的區域，存在坑底突涌可能。因此，基坑工程施工應考慮下伏承壓含水層可能帶來的坑底突涌等問題。

3 防治措施建議

3.1 特殊類巖土(膨脹土)防治措施

調查區膨脹土層厚度大，埋深淺，應根據工程建(構)筑物荷載大小、變形等要求和場地的工程地質條件合理選擇基礎型式、持力層和地基處理措施。膨脹土一般對單層建筑和道路會產生一定的危害，因此場地應盡量保持自然地形，對基礎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。施工時盡量安排在少雨季節(冬、春)施工，并做好地表防水等工作。施工時遵循快速開挖及時埋置和夯實的原則，防止巖土體遭受長時間的曝曬、風干、浸濕或積水。

3.2 砂土滲透變形破壞防治措施

基坑開挖過程中，應選擇合適的開挖方式，在砂土頂板埋深小于10 m的地區，對開挖深度小于5 m的基坑，應采取相應降水、截排水和支護措施，防止發生基坑突涌、基坑邊坡坍塌及周邊地面形變等問題。開挖深度大于5 m的基坑，應進行基坑圍護專項設計和基坑施工方案專項論證。基坑開挖降排水過程中，應設置地面沉降變形監測，防止因降水帶來的不均勻沉降等問題，確保工程建設和臨近建構筑物的安全。工程建設過程中應進行地面及土體變形監測，發現異常情況及時處置。開挖荷載較小的地下室、地下車庫、事故池、調節池等情況下，應考慮抗浮問題。

3.3 其他建議

郯廬斷裂帶沿NNE-SSW走向橫穿本區，調查區內工程建設活動應充分關注郯廬斷裂帶活動性帶來的相關災害，做好地震及其相關災害的研報與預防工作。

4 結語

江蘇新沂經濟開發區地處沂沭河沖積平原，地勢平坦。主要發育黏土、中砂等6個工程地質層，其中③-1含砂姜黏土、③-2黏土等工程地質層，呈硬塑狀態，物理力學性質指標良好，地基承載力高，埋深淺，是良好的天然地基持力層。區內總體為工程建設活動適宜區，存在的主要工程地質問題是晚更新世黏土存在弱膨脹性，基坑開挖時下伏承壓含水層存在基坑突涌破壞可能等問題。工程建設應做好地基土膨脹變形破壞、砂土滲透變形破壞的預防等措施。