濟(jì)南新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換先行區(qū)工程地質(zhì)適宜性評價(jià)

朱恒華 陳 雷 王 瑋 賈 超 劉治政 劉柏含

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074;3.山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061； 4.山東大學(xué)海洋研究院,山東 青島 266237)

1 先行區(qū)基本情況

1.1 地理位置

先行區(qū)地理坐標(biāo)為東經(jīng)116°51′54″～117°16′50″，36°43′38″～37°05′06″，共涉及8個(gè)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(gè)先行區(qū)位于黃河沖積平原區(qū)內(nèi)，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(biāo)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(qū)南部，鵲山受燕山期巖漿侵入活動(dòng)影響而形成。區(qū)內(nèi)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(zhì)河槽地六種微地貌類型。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

先行區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)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(fā)育。

2 先行區(qū)工程地質(zhì)特征

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

2.1 工程地質(zhì)條件

先行區(qū)在地層分區(qū)上屬魯西地層分區(qū)泰山地層小區(qū)，區(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)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(zhì)評價(jià)

先行區(qū)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(xì)砂、粉砂，產(chǎn)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(qū)工程地質(zhì)分區(qū)為魯西北黃泛平原工程地質(zhì)區(qū)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(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，并結(jié)合現(xiàn)場鉆探情況，勘區(qū)內(nèi)第四系地層由黏性土、粉土、砂土組成，在鉆探深度范圍內(nèi)主要可分為10層。

2.1.2巖土層設(shè)計(jì)參數(shù)建議值

各巖土層地基承載力特征值fak、變形指標(biāo)根據(jù)原位測試、室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合建筑經(jīng)驗(yàn)綜合分析，如表1所示。

表1 各巖土層設(shè)計(jì)參數(shù)值

2.1.3飽和粉(砂)土地震液化判別

1)液化判別。

對場地內(nèi)地下水位以下、20 m以上的飽和粉土(砂土)進(jìn)行液化判別。

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

(1)

由計(jì)算結(jié)果可知，飽和的第②2,③,③1,⑤,⑤2,⑥2,⑦1層巖層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)未經(jīng)桿長修正的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)絕大多數(shù)小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，判定飽和的第③層粉土、第③1層粉細(xì)砂、第⑤層粉土、第⑤2層粉細(xì)砂、第⑥2層粉土、第⑦1層粉土為液化土。第⑦2層粉細(xì)砂的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)未經(jīng)桿長修正的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)絕大多數(shù)大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，判定第⑦2層粉細(xì)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(jì)算得地基液化指數(shù)IlE=0.04～15.4，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，場地地基的液化等級為輕微～中等。

2.2 水文地質(zhì)條件評價(jià)

該區(qū)屬黃河沖積平原孔隙水水文地質(zhì)區(qū)，根據(jù)所處位置不同又分為兩個(gè)水文地質(zhì)亞區(qū)：商河水文地質(zhì)亞區(qū)和濟(jì)陽水文地質(zhì)亞區(qū)。區(qū)內(nèi)以賦存松散巖類孔隙水為主,根據(jù)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(jù)含水介質(zhì)的巖性組合、埋藏分布條件和地下水的賦存特征可將規(guī)劃區(qū)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(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害

2.3.1現(xiàn)狀評估

先行區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估的災(zāi)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(zhì)作用有關(guān)的災(zāi)害。依據(jù)工作區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件，對地質(zhì)災(zāi)害的類型進(jìn)行分析[5]。

先行區(qū)內(nèi)分布高王礦區(qū)、濟(jì)陽煤礦及章丘煤田歷城井田。高王礦區(qū)及章丘煤田歷城井田歷史上無開采記錄；濟(jì)陽煤礦目前正在開采，先行區(qū)具備發(fā)生采空塌陷及伴生地裂縫的地質(zhì)環(huán)境條件。先行區(qū)評估的地質(zhì)災(zāi)害類型為采空塌陷、地面沉降。先行區(qū)在濟(jì)陽煤礦礦區(qū)發(fā)現(xiàn)采空塌陷現(xiàn)象地表變形并造成附近建筑物變形開裂現(xiàn)象，綜合確定濟(jì)陽煤礦礦區(qū)及其影響范圍采空塌陷發(fā)育程度為強(qiáng)。根據(jù)“評估規(guī)范”中地質(zhì)災(zāi)害危害程度分級的規(guī)定，濟(jì)陽煤礦及其影響范圍采空塌陷發(fā)育程度強(qiáng)，危害程度中等，故采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估為危險(xiǎn)性大。

先行區(qū)由于抽排水導(dǎo)致地下水位下降約5 m，但未發(fā)現(xiàn)明顯的地面沉降。根據(jù)“評估規(guī)范”中地質(zhì)災(zāi)害危害程度分級的規(guī)定，工作區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害和沉降地質(zhì)災(zāi)害危害程度評定為小。

2.3.2工程建設(shè)中、建設(shè)后可能引發(fā)或加劇地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評估

1)濟(jì)陽煤礦礦區(qū)及其影響范圍采空塌陷預(yù)測評估該礦區(qū)目前正在開采，地表移動(dòng)受采空影響正在緩慢發(fā)展，采用解析法[6]估算采空塌陷的影響范圍，其計(jì)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(dòng)角；φ為表層土移動(dòng)角；φ1為煤層移動(dòng)角。

濟(jì)陽煤礦煤層開采數(shù)據(jù)計(jì)算得到，確定濟(jì)陽煤礦及其影響范圍采空塌陷發(fā)育程度為強(qiáng)。若工程建設(shè)位于濟(jì)陽煤礦及其采空塌陷影響范圍內(nèi)，工程建設(shè)加劇采空塌陷發(fā)生的可能性，預(yù)計(jì)受威脅人數(shù)大于100人、直接經(jīng)濟(jì)損失大于500萬，因此工程建設(shè)加劇濟(jì)陽煤礦及其采空塌陷影響范圍內(nèi)的采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害危害程度評定為大。

2)地面沉降。

先行區(qū)內(nèi)采水點(diǎn)仍在開采中，地下水位基本維持在地面下9 m～10 m范圍內(nèi)，水位變化不大。工作區(qū)地面沉降地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度為小，危害程度小，根據(jù)“評估規(guī)范”中的規(guī)定，工程建設(shè)活動(dòng)中、建成后工程建設(shè)可能加劇地面沉降地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測評估為危險(xiǎn)性小。

3 場地穩(wěn)定性及工程建設(shè)適宜性評價(jià)

本場地工程建設(shè)適宜性區(qū)劃綜合評價(jià)時(shí)遵循以下三個(gè)原則：1)定性評價(jià)與定量分析預(yù)測相結(jié)合原則。定性分析是在各區(qū)地質(zhì)背景條件的基礎(chǔ)上，以場地地面變形特征為依據(jù)；定量分析是采用評價(jià)單元多因子分級加權(quán)指數(shù)和法進(jìn)行工程建設(shè)適宜性評價(jià)，計(jì)算評價(jià)單元的適宜性指數(shù)，從而獲得工程建設(shè)適宜性預(yù)測結(jié)論。二者相結(jié)合進(jìn)行建設(shè)工程建設(shè)場地適宜性分區(qū)評價(jià)。2)評價(jià)指標(biāo)要反映工程地質(zhì)、水文地質(zhì)環(huán)境的主要特征，劃分級次數(shù)量和不同級次的因子定量體系適當(dāng)，要恰如其分地反映規(guī)劃區(qū)的工程地質(zhì)環(huán)境條件[7]。3)場地工程建設(shè)適宜性區(qū)劃是以一定范圍作為基本單元，本次區(qū)劃是采用1∶10 000地形底圖來進(jìn)行評價(jià)。

3.1 先行區(qū)場地工程建設(shè)適宜性定性評價(jià)

先行區(qū)Ⅱ類場地基本地震動(dòng)峰值加速度值為0.05g，基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期值為0.45 s，對應(yīng)地震基本烈度為6度，屬地殼穩(wěn)定區(qū)。基本穩(wěn)定區(qū)的特征是自身存在發(fā)震構(gòu)造，但震級低，或受鄰區(qū)地震影響的抗震設(shè)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(qū)地殼是基本穩(wěn)定的，適合于建設(shè)。

綜合考慮前述區(qū)域工程地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造等情況，本建設(shè)場區(qū)抗震設(shè)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(dòng)峰值加速度為0.065g，場地基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)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(jù)上述指標(biāo)判定，新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換先行規(guī)劃區(qū)為基本穩(wěn)定場地。

3.2 研究區(qū)場地工程建設(shè)適宜性定量評價(jià)

3.2.1工程建設(shè)適宜性定量評價(jià)

根據(jù)城鄉(xiāng)規(guī)劃工程地質(zhì)勘察規(guī)范，定量評價(jià)采用評價(jià)單元多因子分級加權(quán)指數(shù)和法[8]，其適宜性指數(shù)計(jì)算如式(4)：

(4)

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

表2 適宜性定量評價(jià)

3.2.2場地適宜性區(qū)劃結(jié)果及分布特征

當(dāng)場地按照6度進(jìn)行抗震設(shè)防時(shí)，場地根據(jù)上述原則和方法，將規(guī)劃區(qū)劃分為兩個(gè)等級，即工程建設(shè)場地不適宜區(qū)(Ⅰ)、較適宜區(qū)(Ⅱ)。從結(jié)果可以看出：工程建設(shè)場地不適宜區(qū)所占面積相對較小，區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)環(huán)境總體上是中等～良好，部分較差，見圖1。

工程建設(shè)場地不適宜區(qū)Ⅰ：該區(qū)分布于規(guī)劃區(qū)中南部濟(jì)陽煤礦采空區(qū)、黃河河床及河漫灘地帶。采空區(qū)附近地勢較低洼，采空塌陷危險(xiǎn)性大，工程處理困難且費(fèi)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(shè)，可作為生態(tài)休閑區(qū)。建議加強(qiáng)對采空塌陷區(qū)的監(jiān)測和生態(tài)環(huán)境治理。

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

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

工作區(qū)內(nèi)存在的主要地質(zhì)災(zāi)害有采空塌陷、地面沉降，不良地質(zhì)作用主要有采空區(qū)、人工填土。工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小區(qū)兩類。其中地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)1個(gè)，主要分布在濟(jì)陽煤礦采空的地區(qū)及其影響范圍；其余地段為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小區(qū)。

根據(jù)動(dòng)力地質(zhì)作用的破壞影響程度和環(huán)境工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度，當(dāng)場地按照不小于7度進(jìn)行抗震設(shè)防時(shí)，場地分為穩(wěn)定性差區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)，其中采空區(qū)及其影響范圍為不穩(wěn)定區(qū)，其余為穩(wěn)定性差區(qū)。當(dāng)場地按照6度進(jìn)行抗震設(shè)防時(shí)，區(qū)內(nèi)適宜性共分為兩類區(qū)：不適宜區(qū)(規(guī)劃區(qū)中南部濟(jì)陽煤礦采空區(qū)、黃河河床及河漫灘地帶)和較適宜區(qū)(其余地段)；當(dāng)場地按照7度進(jìn)行抗震設(shè)防時(shí)，區(qū)內(nèi)適宜性共分為兩類區(qū)：不適宜區(qū)(規(guī)劃區(qū)中南部濟(jì)陽煤礦采空區(qū)、黃河河床及河漫灘地帶)和適宜性差區(qū)(其余地段)。

4.2 建議

采空區(qū)評價(jià)按照目前已經(jīng)搜集到的資料進(jìn)行分析，進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃或工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定及開采現(xiàn)狀進(jìn)一步進(jìn)行采空區(qū)巖土工程勘察。采空區(qū)可通過安全、經(jīng)濟(jì)等對比分析采取避讓或治理措施[9]。

建議進(jìn)行水資源勘察，根據(jù)規(guī)劃建設(shè)規(guī)模合理確定水源地，并做好水源地的保護(hù)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(yīng)的抗液化措施；當(dāng)工程建設(shè)地下空間開發(fā)利用基礎(chǔ)埋深較深時(shí)，需要進(jìn)行地下水控制，由于場地內(nèi)第四系地層滲透系數(shù)相對較高，應(yīng)采取止水帷幕等工程措施，以減少對環(huán)境的影響。