秦皇島七里海潟湖水上鉆探取樣及勘察成果分析

王建偉， 霍玉兵， 李　晶

(華北地質(zhì)勘查局第四地質(zhì)大隊，河北 秦皇島 066000)

0　引言

秦皇島七里海是我國沿海最大的潟湖，具有濱海湖泊、沼澤的濕地自然景觀特點，在保護生物多樣性、凈化空氣、調(diào)節(jié)河川徑流、補給地下水、改善氣候和維持區(qū)域水平衡中發(fā)揮重要作用。近年來養(yǎng)殖池、稻田等農(nóng)業(yè)廢水與沿湖工礦業(yè)污水及生活污水的無節(jié)制排污，使?jié)暫廴境潭热遮厙乐?，生態(tài)環(huán)境急劇惡化。

通過實施七里海潟湖濕地生態(tài)修復工程，使重點侵蝕岸灘得到有效整治修復，七里海潟湖濕地生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，典型海洋生態(tài)災害監(jiān)測預警和處置能力得到提升，海洋生態(tài)環(huán)境安全得到有效保障。項目主要通過退養(yǎng)還濕、清淤疏浚和岸線綜合整治對七里海潟湖進行生態(tài)修復和景觀提升。項目實施后，可有效提升岸線和濱海濕地的生態(tài)服務功能，突出生態(tài)景觀價值，營造優(yōu)質(zhì)的海洋環(huán)境。

在生態(tài)修復工程實施前，必須對工區(qū)進行全面徹底調(diào)查，通過水上鉆探取樣技術(shù)，進行工程勘察，分析地層分布情況，為湖底清淤設計深度提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。因此，可以看出，在環(huán)境綜合整治項目中，勘察、鉆探是必不可少的基礎(chǔ)工作，對整治項目的設計、實施具有較強的指導作用。

1　地質(zhì)概況

1.1　工程區(qū)附近地形地貌

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料，晚第四紀以來，本地區(qū)曾經(jīng)有8次海進，七里海潟湖的形成與這里的海進和海退有密切關(guān)系。就地貌而言，工程區(qū)處于渤海海岸地帶，海岸向陸地依次分布有水下三角洲、水下岸坡、綿緩海灘、高大沙丘、現(xiàn)代潟湖、潟湖平原、沖洪積平原等地貌類型，主要人工地貌為：沿岸圍堤、防潮閘、養(yǎng)殖池塘等。其中沿岸沙丘帶呈NNE-SSW分布，橫向沙丘自西向東分別為沙丘地、固定沙丘、半固定沙丘和流動沙丘。沙丘間有洼地分布，發(fā)育有沼澤濕地。

工程區(qū)地形復雜多變，整體高程范圍(1985國家高程基準)在-3.5～8.5 m。潟湖大部分地區(qū)高程-1.5～0.5 m，潮汐通道和潟湖東側(cè)的潮溝深度相對較大，高程值-3.5～-1.5 m。養(yǎng)殖蝦池的堤壩高程1.5～3.5 m，潮汐通道南北兩側(cè)陸地高程均在0.5 m以上。海底地形主要特征為：近岸處坡度較陡，從整體上看坡度較緩，0～2 m等深線海域坡度較大，介于11.8‰～17.2‰，2～5 m等深線坡度為3.2‰～3.4‰，5～10 m等深線之間的坡度最小，不足1‰，介于0.94‰～0.98‰。北戴河新區(qū)海岸線全長82 km，0～20 m等深線海域面積354 km2，1.5 m等深線平均距海岸約200 m，5 m等深線距海岸約1.5 km。

1.2　工程區(qū)附近陸地水文地質(zhì)特征

1.2.1地表水

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，本工程區(qū)勘察范圍內(nèi)地表水體有潟湖、養(yǎng)殖池、潮汐通道及河道，皆與渤海相通，水位變化主要受潮汐和大氣降水的影響。其中七里海潟湖上游水系有趙家港溝(潮河)、泥井溝、劉坨溝(甜水河)、劉臺溝和稻子溝等5條發(fā)源于灤河以東高亢平原的季節(jié)性河流，自西向東匯入七里海潟湖，并經(jīng)新開口潮汐通道流入渤海。這些河流均屬河北省東部沿海小型水系，發(fā)源于低山丘陵區(qū)。河流徑流量年內(nèi)分配極不平衡，暴雨時河水猛漲，枯水季節(jié)流量很小，雨季(7～8月)的徑流量占全年徑流量的60%～80%，皆為流程短、流量小的季節(jié)性河流。

1.2.2地下水類型與含水層

據(jù)鉆探揭露，本工程區(qū)地下水類型為第四系松散巖孔隙潛水，含水層主要為第③⑤⑥⑧層，其富水性及透水性均較強；相對隔水層為第②④⑦層，隔水層分布不連續(xù)。地下水與地表水相互連通，具有統(tǒng)一的穩(wěn)定水位。

1.2.3地下水動態(tài)

勘察結(jié)束后觀測鉆孔內(nèi)混合水位，靜止水位埋深-3.65～2.90 m(標高0.13～1.17 m)。水位主要受海水潮汐和大氣降水變化的影響，年最大變幅高差約2.0 m。

2　勘察目的及主要工作內(nèi)容

2.1　勘察目的

本次勘察的主要目的是：為滿足七里海潟湖濕地生態(tài)修復工程的方案論證和清淤疏浚、岸線整治等工程施工的初步設計提供依據(jù)。主要任務如下：

(1)對工程區(qū)進行工程地質(zhì)鉆探，查明各地質(zhì)層巖性、成因類型和空間分布特征等；通過原位測試、取樣進行土工試驗等工作，查明各地質(zhì)層物理力學性質(zhì)指標。

(2)結(jié)合本工程附近已有的地質(zhì)勘察成果，對實際的或潛在的工程地質(zhì)問題作出評價，為設計提供可靠的工程地質(zhì)資料，并對設計和施工有關(guān)的問題作出評價和建議。

(3)通過區(qū)域環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，查明存在的主要環(huán)境地質(zhì)問題和影響因素，對設計和施工中可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象的防治提供依據(jù)。

2.2　勘察工作內(nèi)容

接到勘察任務后，對擬建工程區(qū)進行了現(xiàn)場踏勘。本次勘察主要采用鉆探取樣,原位測試，室內(nèi)土、水試驗等方法和手段，提供設計、施工需要的工程勘察數(shù)據(jù)?？辈旃ぷ髁客瓿汕闆r見表1。

表1　七里海潟湖工程勘察完成工作量統(tǒng)計

3　勘察工作方法

3.1　鉆探取樣

通過對七里海潟湖進行現(xiàn)場踏查及對測繪成果、相關(guān)地質(zhì)資料收集整理，了解到潟湖大部分地區(qū)高程-1.5～0.5 m，潮汐通道和潟湖東側(cè)的潮溝深度相對較大，高程值-3.5～-1.5 m。秦皇島多年平均潮差為0.74 m，屬弱潮區(qū)，由于有潮汐通道連接，潟湖內(nèi)水面波動較小。

根據(jù)鉆探水域的水文、氣象、地質(zhì)條件和勘探技術(shù)要求，本次鉆探擬采用簡易式浮筏作為水上鉆探平臺，簡易式浮筏主要由油桶、鐵水管和木板搭建而成。先用鐵水管搭建基礎(chǔ)框架，然后將直徑580 mm、高度930 mm規(guī)格的鐵油桶置于搭建好的框架上并與框架固定在一起，再在油桶上鋪設木板固定，注意為孔位和接卸套管留出一個200 mm×200 mm的方形孔洞，最后將HZ-130YY型鉆機開上鉆探平臺，將立軸對準方形孔洞后，將鉆機固定，如圖2所示。簡易式浮筏鉆探平臺具有成本低、組裝簡單、自重小、容易固定、便于搬遷等特點。

圖2　施工現(xiàn)場圖

根據(jù)設計提供的技術(shù)要求，鉆孔布置按網(wǎng)格總體控制，共布置勘探點60個，勘探點間距210.3～953.8 m，皆為技術(shù)性鉆孔，一般孔深度10.0～20.0 m，控制孔深度30.0 m。

鉆孔定位采用全站儀測量定位，定一個鉆一個，不能將所有孔位一次放完。通過全站儀指引，用一艘漁船將鉆探平臺牽引至水域大致位置，鉆探平臺上的工人通過竹竿進行微調(diào)，直到放點孔位滿足設計要求，在四角下入錨桿進行定位拋錨，以固定鉆探平臺，下入?146 mm套管后，即可以進行正常鉆探作業(yè)。

潟湖湖底地層多為淤泥、粘土、粉砂等，鉆探過程中易塌孔，而且取心難度較大，主要采用泥漿護壁回轉(zhuǎn)跟管鉆進，回次進尺一般控制在1.0～2.0 m范圍內(nèi)，鉆進深度和巖土分層深度的測量精度不低于±5 cm，巖心采取率≮90%。鉆具組合：?50 mm鉆桿+?108 mm取心管+?110 mm鉆頭，?146 mm套管。

3.2　原位測試

本次勘察原位測試采用標準貫入法，重錘質(zhì)量、貫入器、鉆桿及落距均符合《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)要求，自動落錘裝置。標準貫入測試間隔一般控制在1.0～2.0 m范圍內(nèi)。對流塑—可塑的粘性土及稍密的粉土采用薄壁取土器連續(xù)靜壓貫入法?、窦壊粩_動土樣；對硬塑—堅硬的粘性土及中密—密實的粉土采用回轉(zhuǎn)取土器鉆進法取Ⅰ級不擾動土樣；對砂性土在標貫器或巖心鉆頭中取Ⅲ～Ⅳ級擾動土樣。取樣間隔一般控制在1.0～2.0 m，對厚度>0.5 m的夾層或透鏡體采取土試樣。根據(jù)工程需要在鉆孔附近取地表水樣并及時封存。

4　勘察成果分析

4.1　工程區(qū)土層的構(gòu)成與特征

據(jù)工程地質(zhì)勘探揭露，本工程區(qū)第四系地層主要為素填土、粉質(zhì)粘土、粉砂、細砂等。按成因類型及巖性劃分為8個工程地質(zhì)層，自上而下依次簡述如下：

①素填土(Q4ml)：灰黃色，松散，稍濕，成分以粘性土和砂性土為主，含少量貝殼碎片和植物根系等。層厚1.30～4.30 m，層頂標高0.74～3.48 m。

②粉質(zhì)粘土(Q4m)：灰褐色，可塑—軟塑，干強度及韌性中等，無搖振反應，成分以粘粒為主，含少量砂粒和貝殼碎片等。層厚1.10～3.10 m，層頂標高-0.86～0.62 m。

③粉砂(Q4m)：灰褐色，松散，飽和，成分以石英、長石為主，含少量粘性土及貝殼碎片等。層厚1.20～10.50 m，層頂標高-3.96～0.89 m。

④粉質(zhì)粘土(Q4m)：灰褐色，可塑—軟塑，干強度及韌性中等，無搖振反應，成分以粘粒為主，含少量砂粒，偶見貝殼碎片。層厚1.20～6.90 m，層頂標高-7.60～-0.91 m。

⑤細砂(Q4m)：淺灰色，中密，飽和，成分以石英、長石為主，可見云母顆粒，偶見貝殼碎片，局部含少量粘性土等。層厚0.80～7.50 m，層頂標高-9.61～0.97 m。

⑥細砂(Q4m)：淺灰色，密實，飽和，成分以石英、長石為主，可見云母顆粒，偶見貝殼碎片。層厚2.80～7.60 m，層頂標高-14.41～-0.86 m。

⑦粉質(zhì)粘土(Q4m)：灰褐色，可塑，干強度及韌性中等，無搖振反應，成分以粘粒為主，含少量砂粒等，局部含粉土、粘土及砂薄層。層厚7.60～15.40 m，層頂標高-18.15～-10.09 m。

⑧細砂(Q4m)：淺灰色，密實，飽和，成分以石英、長石為主，可見云母顆粒。該層僅在工程區(qū)K-40、K-42號鉆孔附近揭露，厚度未穿透，層頂標高-25.75～-25.49 m。

4.2　工程區(qū)地震效應

依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011—2010)中的有關(guān)規(guī)定，工程區(qū)土層內(nèi)存在的飽和砂土及粉土層液化判別經(jīng)初判：第③⑤⑥層砂層為可能液化土層，應采用標準貫入法作進一步判別。

飽和砂土及粉土液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值計算公式如下：

式中：N0——液化判別標準貫錘擊數(shù)基準值，取N0=7；β——調(diào)整系數(shù)，設計地震第二組，取β=0.95；ds——飽和土標準貫入點深度，m；dw——地下水位深度，m；ρc——粘粒含量百分率，當小于3或為砂土時，應采用3。

經(jīng)標準貫入法判別，第③層為液性土層，液性指數(shù)IL=0.41～27.7。中等—嚴重液化區(qū)覆蓋了潟湖的中-南部的大部分地區(qū)；非液化—輕微液化區(qū)主要集中在潟湖水域的東側(cè)和西側(cè)區(qū)域、東北角一側(cè)的養(yǎng)殖池和潮汐通道。入湖河流河口地區(qū)的情況各異，其中，趙家巷溝河口地區(qū)為非液化區(qū)，泥井溝河口地區(qū)為輕微液化區(qū)，劉沱溝河口地區(qū)為中等液化區(qū)，劉臺溝和稻子溝河口地區(qū)液化等級差異較大，以中等—嚴重液化為主。

4.3　工程區(qū)土層工程性能分析

根據(jù)各土層的物理力學參數(shù)平均值，并結(jié)合巖土特征，對各土層的工程性能分析如下：

①層素填土：結(jié)構(gòu)松散，成分簡單，水平分布連續(xù)，力學強度低。

②層粉質(zhì)粘土：液性指數(shù)平均值IL=0.60，為可塑狀態(tài)；壓縮系數(shù)平均值α1-2=0.511 MPa-1，屬高壓縮性土；標貫實測平均值N=4.0擊；水平分布不連續(xù)，土質(zhì)不均，力學強度較低。

③層粉砂：標貫實測平均值N=6.3擊，為松散狀態(tài)；水平分布較連續(xù)，土質(zhì)不均，力學強度較低，為液化土層。

④層粉質(zhì)粘土：液性指數(shù)平均值IL=0.65，為可塑狀態(tài)；壓縮系數(shù)平均值α1-2=0.308 MPa-1，屬中壓縮性土；標貫實測平均值N=6.2擊；水平分布不連續(xù)，土質(zhì)不均，力學強度較低。

⑤層細砂：標貫實測平均值N=23.2擊，為中密狀態(tài)；水平分布較連續(xù)，土質(zhì)較均勻，力學強度較高。

⑥層細砂：標貫實測平均值N=43.0擊，為密實狀態(tài)；水平分布連續(xù)，土質(zhì)較均勻，力學強度較高。

⑦層粉質(zhì)粘土：液性指數(shù)平均值IL=0.46，為可塑狀態(tài)；壓縮系數(shù)平均值α1-2=0.290 MPa-1，屬中壓縮性土；標貫實測平均值N=13.9擊；水平分布不連續(xù)，土質(zhì)較均勻，力學強度較高。

⑧層細砂：標貫實測平均值N=60.3擊，為密實狀態(tài)；水平分布連續(xù)，土質(zhì)較均勻，力學強度較高。

4.4　工程區(qū)土層物理力學設計參數(shù)

根據(jù)各土層物理指標、強度指標，結(jié)合原位測試指標以及秦皇島地區(qū)工程經(jīng)驗綜合確定，提供各土層物理力學設計參數(shù)(見表2)。

注：剪切強度為標準值，其余為平均值。

5　擬建工程疏浚適宜性評價

根據(jù)《疏浚巖土分類標準》(JTJ/T 320—96)中表4.2.3潟湖和潮汐通道范圍內(nèi)各層土疏浚巖土工程特性和分級如下。

②層粉質(zhì)粘土為3級軟粘性土；③層粉砂為8級松散砂土；④層粉質(zhì)粘土為4級中等粘性土；⑤層細砂為9級中密砂土；⑥層細砂為10級密實砂土；⑦層粉質(zhì)粘土為5級硬粘性土；⑧層細砂為10級密實砂土。

根據(jù)《疏浚巖土分類標準》(JTJ/T 320—96)中表5.1.1挖泥船對疏浚巖土的可挖性及表5.2.3各類疏浚巖土用于管道輸送和填土的適宜性對本工程區(qū)潟湖和潮汐通道范圍內(nèi)各層土疏浚適宜性評價如下：

②層粉質(zhì)粘土：采用耙吸、絞吸、鏈斗、抓斗、鏟斗均容易，經(jīng)碎化后較適宜管道輸送，但用作填土的適宜性較差。

③層粉砂：采用耙吸、絞吸、鏈斗、抓斗、鏟斗為較容易—容易，適宜管道輸送，用作填土的適宜性為尚可。

④層粉質(zhì)粘土：采用耙吸、絞吸、鏈斗、抓斗、鏟斗為較容易，經(jīng)碎化后較適宜管道輸送，但用作填土的適宜性較差。

⑤層細砂：采用耙吸、小功率絞吸、小抓斗均較難，采用大功率絞吸、鏈斗、大抓斗及鏟斗為尚可—較易，適宜管道輸送，用作填土的適宜性較好。

⑥層細砂：采用耙吸、絞吸、鏈斗和抓斗為較難—困難，采用鏟斗尚可，適宜管道輸送，用作填土的適宜性也較好。

⑦層粉質(zhì)粘土：采用耙吸、絞吸、小鏈斗為較難—困難，采用大鏈斗、抓斗和鏟斗為尚可—較易，經(jīng)碎化后較適宜管道輸送，用作填土的適宜性差。

⑧層細砂：采用耙吸、絞吸、鏈斗和抓斗為較難—困難，采用鏟斗尚可，適宜管道輸送，用作填土的適宜性也較好。

本工程采用1980國家高程基準，理論最低潮面標高為-0.864 m，按照疏浚清淤最大深度3.0 m考慮，只涉及本工程區(qū)淺層地層①②③層。其中第①層素填土主要是由人工修筑養(yǎng)殖池壩體形成，成分以粘性土和砂性土為主，第②層為可塑局部軟塑的粉質(zhì)粘土，第③層為松散飽和的粉砂。以上土層疏浚適宜性均較強。

6　結(jié)語

七里海潟湖濕地生態(tài)修復工程是典型的生態(tài)環(huán)境整治工程，而地質(zhì)鉆探是環(huán)境修復類項目中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，通過地質(zhì)鉆探獲取最基礎(chǔ)、最真實的地層信息，可以為項目設計、施工提供有力依據(jù)。由此可見，鉆探工程在生態(tài)環(huán)境修復與改造建設中發(fā)揮著重要作用。