濱州市海岸帶工程地質特征分析

田晨

(山東省地勘局第二水文地質工程地質大隊(山東省魯北地質工程勘察院)，山東 德州 253072)

海岸帶是指海洋與陸地的交界地帶，是海岸線向內陸，海兩側擴展一定寬度的帶狀區域[1]，是人類開發強度最大的地區之一。目前全世界約有1/2的人口集中在距海岸線50km的范圍內[2-3]。作為人類生存和城市發展的承載體，海岸帶地區的地質環境質量的好壞對沿海城市經濟和社會可持續發展起著決定性作用[4]。隨著濱州海岸帶大規模的發展建設，工程地質問題的研究愈加重要。近年來，我國工程地質研究取得了顯著成就，在海岸工程應用方面取得了新進展，但陸域、海域多單獨進行調查研究，海陸聯合研究的較少[5]。該文在對濱州市海岸帶進行工程地質調查和鉆探的基礎上，結合收集的大量鉆孔資料，對研究區內陸域、海域工程地質層進行了系統的分析研究，為濱州海岸帶開發利用提供工程地質技術支撐。

1 研究區概況

黃河三角洲是一典型扇形三角洲，由黃河填海造陸而形成，屬河流沖積物覆蓋海相層的二元相結構，為世界上最年輕的陸地之一[6]。濱州海域位于黃河三角洲西北部邊緣，黃河在套爾河附近地區入海，海域岸灘演變受黃河入海口變遷控制，使渤海灣南部海域迅速淤淺，岸灘向海延伸，水下岸坡淤長。研究區海域部分為泥質海岸，淺海區水深多小于10m，其水下地形主要是沿岸河流帶來泥沙逐漸堆積并向海洋運移形成的楔形泥質沉積體。地勢自岸向海緩傾，水深逐漸增大，其等深線與岸線基本平行。

陸域地貌類型有黃河三角洲沖積海積平原、濱海海積平原和黃河泛濫沖積平原，微地貌類型主要為濱海平地和緩平坡地，地形自南向北和自西南向東北微微傾斜，漸次過度到大海，地面坡降1/6000～1/8000，地面自然坡降約1/15000。海拔標高約-10～4m。海域地貌以潮間淺灘和淺海平原為主，局部分布有沖刷槽。海底沉積物以粉砂和黏土質粉砂為主。

2 鉆探施工概況

該次鉆探工作分為陸域工程地質鉆探和海域工程地質鉆探，并于2018年12月、2019年3月份施工完成，共施工12個工程地質鉆孔(圖1)。陸域工程地質鉆孔8個，孔深60～80m，海域工程地質鉆孔4個，孔深50m，進行標準貫入試驗344次，采集原狀樣163件，擾動樣177件，收集工程地質鉆探孔33個。

1—工程地質鉆孔；2—收集鉆孔；3—研究區范圍圖1 鉆探孔位置示意圖

研究區位于魯北黃泛平原區，按照地貌成因，劃分為黃河三角洲平原松軟(散)工程地質區和濱海堆積平原松軟工程地質區。具有相同沉積環境的工程地層一般具有大致相近的工程地質性質，其地基土層的物理力學性質也基本相同[7]。在這兩個亞區內，沉積了巨厚的松散堆積物。在研究區內，第四系地層厚度在250～300m，0～80m深度內的地層均為第四系全新統，受黃河和海洋交互影響，形成了以細顆粒為主的沉積地層。巖性主要為粉土，其次為粉質黏土、粉砂、黏土，局部有細砂(圖2)。

1—淤泥質粉質黏土；2—粉砂；3—粉土；4—粉質黏土；5—粉質黏土夾粉土；6—細砂；7—雜填土圖2 研究區陸海聯合工程地質剖面圖

3 研究區工程地質特征

3.1 土體結構特點

區內50m深度范圍，無論是陸域(潮上帶)、潮間帶，還是淺海平原區，土體以多層結構為主，其次是雙層結構，無單層結構存在。

多層結構是以上部黏性土多層結構分布最廣，在河道帶、河流入海口等局部有上部砂性土多層結構地段。上部黏性土多層結構上部巖性多為粉質黏土，中下部為砂性土與黏性土互層；黏性土以粉質黏土為主，厚度較大，最大單層厚度可達15m以上。上部砂性土多層結構上部巖性為粉土、粉砂夾薄層黏性土，中下部為黏性土與砂性土互層，厚度變化大。研究區內西部和南部有上部砂性土下部黏性土雙層結構分布，上部、中部巖性為粉砂、粉土夾多層薄層黏性土，底部為粉質黏土。

3.2 土體工程地質特征

根據工程鉆孔揭露資料，天然土體類型主要有黏性土(黏土與粉質黏土)、粉土和砂土3類(表1)。

表1 工程地質層物理力學性質統計

3.2.1 黏土

褐黃色—棕褐色，軟塑—可塑，干強度，韌性中等—高，無搖振反應，有光澤，含鐵錳質結核及大粒徑姜石，局部含少量鐵錳質氧化物。成因時代為全新統，沉積環境為河漫灘、湖泊、沼澤、淺海相。主要分布于德惠河、馬頰河、漳衛新河，秦口河的兩側邊緣地帶，厚度0.5～14.0m，平均厚度為2.85m，揭露層底最大埋深為75m，標貫擊數4～49擊，平均25.0擊。

3.2.2 粉質黏土

黃褐色、褐黃色等顏色，軟塑—硬塑，干強度、韌性中等—高，無搖振反應，稍有光澤，含鐵錳質結核及姜石。成因時代為全新統，沉積環境為河漫灘、湖泊、沼澤、淺海相。研究區內普遍分布，從南向北由1層過渡到16層，總厚度0.3～13.0m，平均厚度3.63m，標貫擊數4～49擊，平均28.6擊。

3.2.3 粉土

黃褐色、褐黃色、灰褐色等顏色，稍密—密實，稍濕—很濕，干強度、韌性低，有搖振反應，無光澤，手捻有砂感，局部含銹斑，成因時代為全新統，沉積環境為河漫灘、湖泊、沼澤、淺海相。主要分布于研究區幸福河、朱龍河，厚度0.4～14.5m，平均厚度為2.9m，揭露層底最大埋深為72.0m，標貫擊數3～50擊，平均26.9擊。

3.2.4 粉砂

灰黃色、黃褐色等顏色，稍密—密實，稍濕—飽和，主要成分為長石、石英，濱海含有少量貝殼碎屑，顆粒級配差，含少量的黏性土，成因時代為全新統，沉積環境為河漫灘、湖泊、沼澤、淺海相。研究區范圍內普遍分布，厚度為0.4～15m，平均厚度3.34m，一般分布于35m以上深度范圍內，標貫擊數6～50擊，平均31.87擊。

3.3 天然地基承載力

研究區土體工程地質類別有黏性土和砂性土2大類，呈相互重疊的多層結構。根據土工試驗數據，上部0～30m，黏性土呈多層結構，巖性為粉土、粉質黏土、黏土，黃褐、褐紅色，稍濕—飽和，稍密—密實，呈軟塑—可塑狀態；粉細砂稍密—中密，具中—高壓縮性；飽和粉土、粉細砂易產生震動液化；黏性土fak=105～140kPa，砂性土fak=80～140kPa；地面30m以下，黏性土與砂性土呈互層結構，黏性土呈黃褐、褐色，濕—飽和、中密—密實，可塑—硬塑狀態；粉細砂中密—密實，中—低壓縮性。黏性土fak=135～260kPa，砂性土fak=160～280kPa。

4 研究區工程地質問題

研究區內存在的工程地質問題主要有飽和砂土液化、軟土等。

4.1 砂土液化

根據《建筑抗震設計規范(2016年版)》(GB50011—2010)[8]，濱州市海岸帶抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g。海域規范中未規定，因此海域抗震設防烈度和設計基本地震加速度陸域。地基土液化評價到20m以內。首先對區內飽和砂土進行初步液化判別，認為需進一步進行液化判別時，采用標準貫入試驗判別法判別地面下20m范圍內飽和砂土的液化[9-10]。

根據收集資料及該次工程地質鉆探原位測試及室內土試驗數據進行飽和粉土、砂土液化計算。研究區內20m深度范圍內液化飽和砂土普遍分布(圖3)，其中海域范圍液化指數在0～39.1，為不液化-嚴重液化，大部分區域液化程度為中等以上。陸域范圍液化指數在0～72.2之間，為不液化—嚴重液化，僅陸域西側沙家堡一帶為不液化區域，其余均為輕微液化—嚴重液化區。

1—嚴重液化區；2—中等液化區；3—輕微液化區；4—不液化區；5—研究區范圍圖3 研究區砂土液化程度分區圖

4.2 軟土

軟土一般是指天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的軟塑到流塑狀態的黏性土，如淤泥、淤泥質土以及其他高壓縮性飽和黏性土、粉土等[11]。根據《巖土工程勘察規范》(2009年版)(GB50021—2001)將孔隙比大于等于1，且天然含水率大于液限細粒土判定為軟土[12]。

研究區地處黃河三角洲，具有軟土的沉積環境[13]。研究區大部分區域存在淤泥質軟土層，其中海域范圍軟土分布深度在15m以內(表2、表3)，軟土層厚度相差較大，海域西部、東部軟土層厚度約2m左右，海域中部軟土層厚度9～12m的淤泥質軟土層(圖4)，該層為全新世后期(近代)淺海相沉積，飽和狀態，濕密度小，含水量大，不排水抗剪強度低，屬高壓縮性海相淤泥土，承載力低，工程力學性質差，沉降變形差異大。陸域軟土除南部馬山子鎮至新戶鄉以南區域均有分布，軟土深度大部分在15m之內，層厚約2～4m。

表2 海域鉆孔軟土判定統計

表3 陸域鉆孔軟土判定統計

5 結論

(1)根據收集的資料和鉆探資料分析，研究區劃分為黃河三角洲平原松軟(散)工程地質區和濱海堆積平原松軟工程地質區，沉積了巨厚的松散堆積物。0～80m深度內的地層均為第四系全新統，受黃河和海洋交互影響，形成了以細顆粒為主的沉積地層。巖性主要為粉土，其次為粉質黏土、粉砂、黏土，局部有細砂。全區土體以多層結構為主，其次是雙層結構，無單層結構存在。

(2)研究區內主要的工程地質環境問題為飽和砂土液化、軟土等。20m深度范圍內液化飽和砂土普遍分布，液化程度為輕微液化-嚴重液化。大部分區域存在淤泥質軟土層，其中海域范圍軟土分布深度在15m以內，軟土層厚度相差較大，西部、東部軟土層厚度約2m左右，中部軟土層厚度9～12m的淤泥質軟土層；陸域軟土除南部馬山子鎮至新戶鄉以南區域均有分布，軟土深度大部分在15m之內，層厚約2～4m。

1—軟土分布區；2—研究區范圍圖4 研究區軟土分布圖

(3)在進行海岸帶規劃、開發利用時，應充分考慮研究區內存在的飽和砂土液化、軟土等工程地質問題，及早做好相關的防范工作。