南通港通州灣深水港區(qū)區(qū)域地質(zhì)條件研究

鄭建朝，鄭 馳，王松樹

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海 200032）

南通港通州灣深水港區(qū)區(qū)域地質(zhì)條件研究

鄭建朝，鄭 馳，王松樹

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海 200032）

地質(zhì)條件與工程建設(shè)密切相關(guān)，通過收集分析現(xiàn)有資料、踏勘、勘探取樣、試驗等方法對南通港通州灣深水港區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和區(qū)域穩(wěn)定性、巖性和地層、水文地質(zhì)條件等地質(zhì)條件的研究，初步劃分了工程地質(zhì)層，對工程建設(shè)相關(guān)的地質(zhì)條件作了分析，對港區(qū)的建設(shè)作出巖土工程分析評價。為安全、合理地開展港區(qū)建設(shè)提供了地質(zhì)依據(jù)。

水運工程；土質(zhì)勘察；區(qū)域地質(zhì)；工程地質(zhì)條件

1 概況

1.1 通州灣深水港區(qū)建設(shè)背景

南通港通州灣深水港區(qū)（下文簡稱港區(qū)）的規(guī)劃范圍[1]為小廟洪水道以北包括腰沙、冷家沙在內(nèi)的大片水域及后方岸線，通州灣地理位置示意圖見圖1，是南通港未來發(fā)展的重要港區(qū)和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，近期以服務(wù)臨港產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主，逐步發(fā)展成為臨港工業(yè)和中轉(zhuǎn)運輸服務(wù)并重的大型現(xiàn)代化綜合性港區(qū)，為長三角、長江中上游地區(qū)提供大宗物資中轉(zhuǎn)運輸功能，逐步發(fā)展集裝箱運輸。

港區(qū)主要由圍填淺灘沙體形成，規(guī)劃期圍填面積75.23 km2，預(yù)留發(fā)展區(qū)圍填面積264.07 km2。

圖1 通州灣地理位置示意圖Fig.1 The geographic position of Tongzhou Bay

1.2 研究區(qū)域地質(zhì)條件的意義

區(qū)域地質(zhì)條件是指某一范圍較大地區(qū)的構(gòu)造、巖石、地層、地貌、水文地質(zhì)、礦產(chǎn)及地殼運動和發(fā)展歷史等，港區(qū)的建設(shè)是在特定的區(qū)域地質(zhì)條件下進行的，區(qū)域地質(zhì)條件決定了建設(shè)工程的造價、安全、穩(wěn)定，系統(tǒng)的、全面的研究港區(qū)的區(qū)域地質(zhì)條件，為港區(qū)建設(shè)的總體布局、功能分區(qū)以及單項工程建設(shè)提供地質(zhì)依據(jù)。

隨著時間推移，港區(qū)必然導(dǎo)入大量人口和進行密集的工程建設(shè)，這類活動造成的加載引起淺表部地層的應(yīng)力變化，引起地面沉降，最終導(dǎo)致建構(gòu)筑物產(chǎn)生沉降、位移、破壞，大面積的地面沉降會引起次生地質(zhì)災(zāi)害。為保證建設(shè)的順利推進，有必要對港區(qū)的區(qū)域地質(zhì)條件作系統(tǒng)、全面的研究，具體內(nèi)容應(yīng)涵蓋：1）地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造；2）巖土層分布、性質(zhì)及其均勻性；3）水文地質(zhì)條件、地下水類型及埋藏分布情況、地下水的水質(zhì)水量等；4）場地的地震效應(yīng)，分析土的類型，場地的抗震類別，是否存在地震斷裂及斷裂對工程的影響；5）區(qū)內(nèi)的不良地質(zhì)作用和特殊性巖土；6）對區(qū)內(nèi)工程設(shè)計施工檢測提出建議。對于由圍墾形成的港區(qū)，已經(jīng)改變了長期自然地質(zhì)作用形成的地質(zhì)環(huán)境，應(yīng)重視上述6方面的區(qū)域地質(zhì)條件研究，防止由于忽視這方面工作引起的工程安全、造價和質(zhì)量問題。

2 港區(qū)區(qū)域地質(zhì)條件

2.1 工程位置

港區(qū)位于南通市東部黃海之濱，處于南通市濱海區(qū)域的中心位置，也是南通市即將開發(fā)的通州灣的核心區(qū)域，地理位置約為121毅30憶E、32毅09憶N。

2.2 地形地貌

港區(qū)地貌類型屬長江三角洲沖積、堆積平原[2]，全境地表起伏甚微，形成的歷史不長，早則5 000耀6 000年，近者僅為20世紀內(nèi)成陸，或為沙洲與陸地并接的新生土地，河道縱橫，溝渠密布，是典型的長江三角洲地貌，次級地貌單元屬于海岸灘涂區(qū)，微地貌屬于潮間帶及潮下帶。

2.3 區(qū)域地質(zhì)史及穩(wěn)定性

2.3.1 工程區(qū)地質(zhì)演變史

港區(qū)位于揚子準地臺最東段，基底形成于元古代，以輕變質(zhì)巖系為主，自元古代的震旦紀（6億年前）和整個古生代，直至中生代，全部下?lián)P子地區(qū)始終處于沉降狀態(tài)，形成緩慢沉降構(gòu)陷帶，稱“揚子海盆”。

中生代早期（1.8億年前），三疊紀晚期揚子地區(qū)經(jīng)受了一次強烈的地殼運動——印支運動，使區(qū)內(nèi)已沉積的地層傾斜、褶皺并斷裂，產(chǎn)生致北東向的隆起和拗陷，致使逐漸脫離大洋。

中生代后期（1.5耀0.7億年前），我國東部的燕山運動，使區(qū)內(nèi)產(chǎn)生強烈的斷塊造山作用、火山噴發(fā)和巖漿入侵活動，燕山期花崗巖侵入，形成了斷陷盆地。

新生代時期，發(fā)生在2 500萬年前的喜馬拉雅運動，使該區(qū)引起大面積持久差異性沉降。

第四紀時期約300萬年至今，由于冰期、間冰期的更替、氣候的變化，引起古黃海域的海面升降，該區(qū)至少出現(xiàn)過4耀5次海侵，形成200耀400 m厚的海、河相交替沉積的砂、土層。

2.3.2 工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

按大地構(gòu)造單元分區(qū)，港區(qū)屬揚子斷塊區(qū)下?lián)P子斷塊，基巖構(gòu)造格架主要由泥盆系—下三疊統(tǒng)所組成，為北東向平行的背、向斜褶皺帶和以北西向為主的斷塊作用形成的斷凸、斷凹所構(gòu)成，其活動時代大多在第四紀以前，少數(shù)可能在第四紀有過活動，如搬經(jīng)—如皋斷裂、南通港—東方紅農(nóng)場斷裂，但尚未發(fā)現(xiàn)明顯的第四紀構(gòu)造形變，屬較穩(wěn)定區(qū)。工程區(qū)周邊主要斷裂帶有：

1）南通—上海斷裂（沿江斷裂）：由南通狼山西側(cè)沿150毅方向向南東方向延伸至上海境內(nèi)，長約200 km，由多條斷裂呈右行雁行排列，斷續(xù)分布，為正斷層性質(zhì)，張扭性，斷層面近直立。1615年南通狼山5級地震、1624年上海4級地震、1992年莘莊2.1級地震均與該斷裂有關(guān)，為第四紀活動斷裂。

2）唐閘鎮(zhèn)—金余鎮(zhèn)斷裂：近東西向，位于唐閘鎮(zhèn)、正場鎮(zhèn)、金余鎮(zhèn)一帶，長約42 km。該斷裂主要發(fā)育于古生代及三疊紀地層中，可能形成于印支期或燕山早期。推測最新活動在古近紀及其以前。

3）南通—大埠子斷裂：北東方向，從南通市經(jīng)石港鎮(zhèn)、大埠子后進入海域，傾向北西。根據(jù)兩側(cè)地層分布及其地層切割關(guān)系，推測為形成于白堊紀晚期的正斷層。

上述地質(zhì)演變過程，決定了該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的基本格局，其構(gòu)造位置介于我國華北古陸和江南古陸之間，屬揚子準地臺最東部，地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)屬于下?lián)P子臺褶帶，地質(zhì)構(gòu)造比較穩(wěn)定[3]。

2.4 巖性與地層

2.4.1 前第四紀地層

區(qū)域上前第四紀地層主要有古生界泥盆系、石炭系、二疊系，中生界三疊系、侏羅系、白堊系以及新近系，缺失古近系。全市除在狼山地區(qū)有泥盆系砂巖基巖殘丘出露外，其余廣大地區(qū)均被第四系松散沉積物覆蓋。

2.4.2 第四紀地層

第四紀地層為一套砂層與黏性土層交替出現(xiàn)、具韻律變化的松散沉積物，以沖積為主，沉積物層序復(fù)雜，相變頻繁，前人已做大量工作，港區(qū)可遵循已有體系，第四紀厚220耀240 m，根據(jù)沉積時序差異，第四紀又可分為下、中、上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)，可劃分為下、中、上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。

1）下更新統(tǒng)（Q1）：埋深在190 m以下，厚度30耀40 m。以砂土為主，為河流相沉積，局部為沖海積成因。

2）中更新統(tǒng)（Q2）：埋深在125 m以下，厚度60耀70 m。以湖相沉積為主，夾濱海河口相沉積，主要為棕黃色亞黏土，含鐵錳質(zhì)和鈣質(zhì)結(jié)核，局部夾粉砂薄層，以河湖相沉積為主。含水砂層構(gòu)成區(qū)內(nèi)第域承壓含水層組。

3）上更新統(tǒng)（Q3）：埋深在50 m之下，厚75耀80 m。受2次海侵的影響，為海陸交互相沉積。下部沉積物多為沖海積成因，以含礫中粗砂為主，部分地區(qū)含有海相微體古生物化石；中下部沉積為沖積成因，局部有沖湖積，以黏性土為主，局部夾粉細砂；中上部沉積物成因以沖海積為主，局部分布有瀉湖積，以含礫中粗砂為主，部分地區(qū)分布粉砂；上部沉積物為分流河道相沉積，以粉細砂為主。

4）全新統(tǒng)（Q4）：全新統(tǒng)沉積物大致分為3部分，成因類型較為復(fù)雜，主要有沖積、沖海積及瀉湖積等，厚度50 m左右。下部為一套粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土沉積；中部沉積物成因類型以海積為主，包括粉砂、粉土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；上部沉積物成因以沖積、沖海積及湖沼積為主，包括粉砂、粉土?？傮w為三角洲相沉積，從下至上構(gòu)成完整的海進海退旋迴。

2.5 水文地質(zhì)條件

港區(qū)地下水類型主要為松散巖類孔隙水，從上至下可分為4個含水層組，即孔隙潛水含水層組和第玉、域、芋承壓含水層組，對應(yīng)的地層分別為Q4、Q3、Q2、Q1。

1）孔隙潛水含水層組：由全新統(tǒng)亞黏土、亞砂土和粉細砂組成。賦存于50 m以淺的地層，水位受大氣降水、地表水等影響呈季節(jié)性變化，與地表水水力聯(lián)系密切，向附近低水面流動，或消耗于蒸發(fā)，潛水位埋深一般在1耀3 m，局部地段小于1 m，具自由水面。

2）第玉承壓含水層組：大部分為咸水，由上更新統(tǒng)松散砂層組成，埋深在50耀70 m之間，厚度60耀80 m。巖性主要為中粗砂、細砂夾粉細砂，水量豐富，水位埋深3耀5 m。

3）第域承壓含水層組：大部分為半咸水、咸水，由中更新統(tǒng)細砂、粉細砂層組成，埋深在130耀150 m之間。

4）第芋承壓含水層組：港區(qū)內(nèi)分布廣泛，富水性較好，水質(zhì)優(yōu)異，是主要的淡水開采層組，由下更新統(tǒng)含礫中粗砂、細中砂組成。頂板埋深190耀210 m，厚度一般20耀40 m。含有優(yōu)質(zhì)淡水資源，是區(qū)內(nèi)淡水主采層。

2.6 港區(qū)工程地質(zhì)層的初步劃分

區(qū)內(nèi)第四紀為一套濱海相、河口相松散沉積物[2]，港區(qū)處于南通市工程地質(zhì)芋區(qū)，為河口、濱海相新近沉積工程地質(zhì)條件不良區(qū)（海門市、啟東市及沿海、沿江地帶），工程地質(zhì)芋區(qū)成陸時間短，以淤泥質(zhì)亞黏土及亞黏土沉積為主，該區(qū)又分河口相（芋1）和濱海相（芋2）新近沉積兩亞區(qū)，港區(qū)屬于濱海相（芋2）亞區(qū)。

對建設(shè)有直接影響的土層主要為第四紀全新世和晚更新世的松散堆積層，根據(jù)各巖土層的地質(zhì)時代、成因類型將場地地層自上而下劃分為7個大層，根據(jù)土層埋藏深度、空間分布規(guī)律、物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及工程地質(zhì)特征劃分相應(yīng)的亞層。其中域?qū)由巴脸仕缮睿髮羽ば酝烈话愠柿魉芤浰軤?，芋層砂土一般呈松散耀稍密狀，V層黏性土一般呈軟塑耀可塑狀，V層砂土一般呈稍密耀中密狀，上述土層屬于第四紀時期全新世堆積物；VII層中砂土一般呈中密耀密實狀，屬第四紀時期晚更新世堆積物，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。

3 港區(qū)工程地質(zhì)條件評價

3.1 可能產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害

1）地基不均勻沉降

港區(qū)內(nèi)主要工程地質(zhì)層中含有淤泥質(zhì)成分[2]，土體大多呈軟塑狀態(tài)，如芋1層含水量w=36.2%、孔隙比e=1.026、壓縮系數(shù)a=0.51、地基承載力60 kPa；V1層含水量 w=32.8%、孔隙比 e= 0.926、壓縮系數(shù)a=0.35、地基承載力90 kPa，這兩層土的承載力均小于100 kPa，屬于不良工程地質(zhì)土層。如果軟土地基處理措施不當(dāng)，過大的不均勻沉降很容易引起上部結(jié)構(gòu)開裂與破壞，導(dǎo)致建筑物、道路、橋梁等變形、開裂乃至坍塌，嚴重影響建構(gòu)筑物的正常使用。

2）砂土液化

港區(qū)場地砂土發(fā)育，表部有域3層，土性為松散粉砂，淺部有芋2層，土性為松散耀稍密粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，深部有厚度10耀45 m的V2灰色粉細砂及VII1灰色粉細砂，是港區(qū)各種主要建筑物的主要持力層，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，許多重大建筑工程對地基土的要求較高，因而它的液化問題已逐步為人們所關(guān)注。

3）防波堤、護岸的邊坡穩(wěn)定

港區(qū)位于半開發(fā)海域，需要做大量的陸域形成工作，建設(shè)防波堤和護岸的工作量很大，這些建設(shè)規(guī)模空前的海陸邊界是否穩(wěn)定對港區(qū)建設(shè)極為關(guān)鍵，對防止土地流失和確保港區(qū)安全至關(guān)重要。防波堤、護岸邊坡失穩(wěn)的經(jīng)濟損失很大，

4）地下水

港區(qū)處在半開發(fā)海域，陸域形成后，地下水的賦存條件和水質(zhì)均發(fā)生很大變化，淺部地下水受大氣降水影響，水體咸度會下降，深層地下水的補給極為復(fù)雜和緩慢，如果以后港區(qū)過量采取地下水，含水層的水動力條件和水化學(xué)環(huán)境發(fā)生改變，咸水體通過逕流補給、越流補給與淡水發(fā)生混合作用，水體咸度將增加。港區(qū)建成后用水量很大，可能造成新的問題。

港區(qū)建設(shè)過程中，地下水對軟基處理和基坑開挖的影響也很突出。

3.2 水的腐蝕性

水對工程的影響是多方面的，除地下水對軟基處理和基坑開挖的影響外，水對混凝土、混凝土中鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕也是工程設(shè)計中常遇到的問題。港區(qū)海水按域類環(huán)境考慮，在有干濕交替作用或無干濕交替作用下，均對混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性；在長期浸水條件下對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均有微腐蝕性；在干濕交替條件下對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有強腐蝕性。

3.3 場地與地基的地震效應(yīng)

港區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計地震分組為第二組。另外JTS 146—2012《水運工程抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，在抗震設(shè)防烈度為6度時，對液化敏感的碼頭、船閘結(jié)構(gòu)，需要按7度考慮。

4 港區(qū)建設(shè)適宜性評價

4.1 結(jié)論

根據(jù)對港區(qū)的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和區(qū)域穩(wěn)定性、巖性和地層、水文地質(zhì)條件等地質(zhì)條件的研究，初步劃分了工程地質(zhì)層，對工程建設(shè)相關(guān)的地質(zhì)條件作了分析，港區(qū)附近沒有深大活動性斷裂通過，歷史上無大的破壞性地震發(fā)生，屬地震活動較少、震級較低的地區(qū)，擬建港區(qū)場址和地基整體是穩(wěn)定的。

港區(qū)地貌類型屬長江三角洲沖積、堆積平原，場地主要地基土層分布較穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)巖溶、暗河、洞穴、崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)作用，存在的一些諸如軟土、砂土液化、地下水、巖土工程問題，可利用成熟的方法處理解決，港區(qū)場地是適宜工程建設(shè)的。

4.2 建議

港區(qū)主要通過圍墾形成，這已經(jīng)改變了長期自然地質(zhì)作用形成的地質(zhì)環(huán)境，圍墾造地工程活動的強度很大，對地質(zhì)環(huán)境和水文環(huán)境的影響顯而易見，加上海岸灘涂地貌的地基強度不足，需要修建較大的基礎(chǔ)來滿足要求，建設(shè)過程中需要加強地面沉降、邊坡穩(wěn)定、地下水水質(zhì)水位的變化等內(nèi)容的監(jiān)測工作。

[1]南通港通州灣港區(qū)總體規(guī)劃方案[R].南通：南通市港口管理局，2015.

General plan of Tongzhou Bay port area in Nantong port[R].Nan原tong:Nantong Port Authority,2015.

[2]鄭建朝，楊秋芳援南通港呂四港區(qū)通州作業(yè)區(qū)通用碼頭工程巖土工程勘察報告[R].上海：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，2012.

ZHENG Jian-chao,YANG Qiu-fang.Geotechnical engineering investigation report on general wharf engineering in Tongzhou operation area of L俟si port area in Nantong Port[R].Shanghai: CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,2012.

[3]中國地質(zhì)調(diào)查局.中國重要經(jīng)濟區(qū)和城市群地質(zhì)環(huán)境圖集：長江三角洲經(jīng)濟區(qū)[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2015：14-32.

China Geological Survey.The geo-environment atlas of important economic zone and city group in China:the Yangtze River delta economic zone[M].Wuhan:China University of Geosciences Press, 2015:14-32.

Study on regional geological condition of Nantong Port Tongzhou Bay deep water port

ZHENG Jian-chao,ZHENG Chi,WANG Song-shu
（CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

The geological condition is closely related to the project construction.Through the collection of the existing data, investigation,exploration and sampling,and test,we analyzed the geological conditions of Nantong Port Tongzhou Bay deep water port area,such as topography,geological structure and regional stability,lithology and strata,and hydrogeological conditions.A preliminary classification of the engineering geological strata was made,geological conditions of engineering construction are analyzed，and the analysis and evaluation of geotechnical engineering for port construction were made.It provides the geological basis for the safe and reasonable development of the port.

water transport engineering;soil investigation;regional geology;engineering geologic condition

U655.54

A

2095-7874（2017）04-0025-04

10.7640/zggwjs201704007

2017-02-27

2017-03-15

鄭建朝（1972— ），男，浙江江山市人，注冊土木工程師（巖土），高級工程師，主要從事水運巖土工程勘察工作。E-mail：13370003726@189.com