無錫市區(qū)土體工程地質(zhì)層組劃分及其應(yīng)用

李浩民 季文婷 陸燕 武健強(qiáng)

收稿日期：2023-09-08；修回日期：2023-12-19

基金項(xiàng)目：江蘇省地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目“無錫市城市地質(zhì)調(diào)查”（蘇財(cái)資環(huán)［2019］14號）、“揚(yáng)子江城市群典型城鎮(zhèn)城市地質(zhì)安全風(fēng)險調(diào)查評價”（蘇財(cái)資環(huán)［2022］27號）聯(lián)合資助

第一作者簡介：李浩民（1991- ），男，碩士，工程師，主要從事區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查與評價。E-mail：ilihaomin2012@163.com

引用格式：李浩民，季文婷，陸燕，武健強(qiáng)，2024.無錫市區(qū)土體工程地質(zhì)層組劃分及其應(yīng)用［J］.城市地質(zhì)，19（2）：195-208

摘 要：無錫市區(qū)地處太湖沖湖積平原區(qū)，第四紀(jì)松散沉積物較厚，城市建設(shè)多以土體為載體，土體結(jié)構(gòu)質(zhì)量關(guān)系到工程建設(shè)的成本和周期，但長期以來無錫市區(qū)土體工程地質(zhì)層組劃分并無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，地層代號編碼混亂，嚴(yán)重降低了工程地質(zhì)資料的可重復(fù)利用率。為提高無錫市區(qū)工程地質(zhì)資料的通用性，使其利用價值最大化，文章基于大量地質(zhì)鉆孔和土體參數(shù)測試數(shù)據(jù)，對比區(qū)域地層資料，綜合考慮研究區(qū)沉積演化特征、土體物質(zhì)組成及工程特性等因素，采用繪制工程地質(zhì)剖面的方法建立地層層序結(jié)構(gòu)和編碼規(guī)則，將無錫市區(qū)100 m以淺的土體劃分為9個工程地質(zhì)層組和27個工程地質(zhì)亞層。利用土體參數(shù)的離散性和三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型分析了該工程地質(zhì)層組劃分方案的合理性，并探討了該劃分結(jié)果在優(yōu)勢持力層的選擇、地下空間開發(fā)利用適宜性評價和淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用中的應(yīng)用。結(jié)果顯示，該土體工程地質(zhì)層組劃分方案能準(zhǔn)確地反映無錫市區(qū)100 m以淺的土體結(jié)構(gòu)，劃分方案合理正確。

關(guān)鍵詞：土體工程地質(zhì)層組；第四紀(jì)地層；優(yōu)勢持力層；淺層地?zé)崮埽怀鞘械叵驴臻g

Division and application of engineering geological strata groups of soil mass in Wuxi City

LI Haomin1，2， JI Wenting1，2， LU Yan1，2， WU Jianqiang1，2

（1.Geological Survey of Jiangsu Province， Nanjing 210018， Jiangsu， China；

2.Key Laboratory of Earth Fissures Geological Disaster of the Ministry of Natural Resources， Nanjing 210018， Jiangsu， China）

Abstract： Wuxi City is located in the alluvial and lacustrine plain of the Taihu Lake， with thick quaternary loose sediments， where urban construction mostly takes soil as the carrier， and the quality of soil structure is related to the cost and cycle of engineering construction. However， for a long time， there has been no unified standard for the division of soil mass engineering geological strata in Wuxi city， and the stratum coding is confused， which seriously reduces the reusability of engineering geological data. In order to improve the universality of engineering geological data and maximize its utilization value， based on a large amount of geological drilling and soil parameter testing data etc.， this article establishes stratigraphic sequence structure and coding rules through drawing engineering geological sections. The soil mass within a depth of 100 m in Wuxi is divided into 9 engineering geological strata groups and 27 engineering geological layers. The rationality and correctness of this engineering geological strata group division scheme has been proved through the discrete characteristics of soil parameters and the 3D geological structure model. The result is widely used in the selection of pile foundation bearing layer， evaluation of suitability for underground space development and utilization， and shallow geothermal energy development. The result also has guiding significance for engineering investigation， urban planning， construction and management， and major project site selection in Wuxi City.

Keywords： soil engineering geological strata groups; quaternary strata; hold power preferred strata; shallow geothermal energy; urban underground space

工程地質(zhì)層組劃分是地質(zhì)模型概化和工程地質(zhì)條件評價的基礎(chǔ)和首要環(huán)節(jié)，在工程勘察資料信息化管理及勘察數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新等方面有積極的推動作用（仝霄金等，2016），可為地下數(shù)字城市的建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。工程地質(zhì)層組研究對象包括巖體和土體，對于巖體層組的劃分方法目前較為成熟，土體層組的劃分尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。土體（第四紀(jì)松散層）巖性復(fù)雜、成因多樣、巖性巖相變化快、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造差異大，土體地質(zhì)條件的復(fù)雜性導(dǎo)致了場地工程性質(zhì)的多變性和不確定性，從而增加了土體工程地質(zhì)層組的劃分難度（李長安等，2020；劉軍熙等，2005；閻長虹等，2015；鄭軍等，2008）。近年來，隨著城市建設(shè)快速發(fā)展以及各城市規(guī)劃區(qū)地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目的實(shí)施，土體工程地質(zhì)層組劃分的重要性逐漸在城市規(guī)劃、建設(shè)和管理中顯現(xiàn)出來，上海（史玉金等，2009）、雄安新區(qū)（韓博等，2023）、牡丹江（王建偉等，2021）、天津（李超等，2022；傅瑞清等，1997）、青島（邵萬強(qiáng)等，2006）等地相繼開展了巖土體工程地質(zhì)層的劃分方案研究，并以統(tǒng)一后的劃分標(biāo)準(zhǔn)因地制宜地對其所面臨的工程地質(zhì)問題，在城市建設(shè)適宜性、三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模等方面進(jìn)行應(yīng)用和探討。

無錫市作為江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)之一，在江蘇省高質(zhì)量發(fā)展中處于領(lǐng)先地位，自改革開放以來，城市建設(shè)迅速發(fā)展，城市化水平不斷提升。由于無錫市城市建設(shè)歷史悠久，勘察工作單位眾多，不同的單位之間、同一單位內(nèi)部不同年代、相同年代不同工程項(xiàng)目之間對工程地質(zhì)層組的劃分不盡相同，大大降低了資料的可利用性。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，大量工程勘察鉆孔不斷積累，海量的鉆孔數(shù)據(jù)由于無統(tǒng)一的工程地質(zhì)層組劃分方案而失去利用價值，造成了資源的浪費(fèi)。為提高無錫市區(qū)工程地質(zhì)勘察資料的通用性，整合不同勘察單位、不同建設(shè)類型的工程地質(zhì)資料，建立無錫市工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，提高工程地質(zhì)資料利用率，制定滿足無錫地區(qū)建設(shè)要求的土體工程地質(zhì)層劃分方案是十分必要的。

本文以收集到的、具有較高利用價值的鉆孔資料為根本，在第四紀(jì)地層研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)內(nèi)地層演化特點(diǎn)，對比分析大量的鉆孔數(shù)據(jù)，對無錫市區(qū)100 m深度范圍內(nèi)土體工程地質(zhì)層進(jìn)行統(tǒng)一劃分和編碼，并利用三維建模技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理對劃分結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。基于最終劃分結(jié)果，識別研究區(qū)內(nèi)的優(yōu)勢持力層和不良地層，分析建筑地基工程地質(zhì)條件；對主要工程地質(zhì)層的熱物性參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析區(qū)內(nèi)淺層地?zé)崮苜Y源的分布特征；結(jié)合水文地質(zhì)條件和環(huán)境地質(zhì)條件，對地下空間開發(fā)地質(zhì)適宜性作出評價。

1? 第四紀(jì)地層特征

無錫市區(qū)在新、老構(gòu)造運(yùn)動控制下沉積了較厚的第四系，厚度8～220 m，廣布于山間谷地、湖蕩平原和河網(wǎng)平原，分布面積約占72%，主要包含陸相沉積和海相沉積地層兩套體系。根據(jù)地層沉積時代，無錫市區(qū)平原區(qū)第四紀(jì)地層自上而下劃分為全新統(tǒng)如東組（Qhr）、上更新統(tǒng)滆湖組（Qpg）、上更新統(tǒng)昆山組（Qpk）、中更新統(tǒng)啟東組（Qpq）和下更新統(tǒng)海門組（Qph）（圖1）。

據(jù)（江蘇省地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)，1990）修改

1.1? 全新統(tǒng)如東組（Qhr）

如東組僅在河網(wǎng)平原、湖蕩平原可見，底板埋深小于15 m，可分為3段。

如東組上段：沉積物主要為灰、灰褐色粉質(zhì)黏土，中—軟塑。另外太湖濱湖地區(qū)、鵝湖—甘露等湖蕩地區(qū)發(fā)育灰、灰黑色淤泥質(zhì)黏土，呈條狀沿湖岸、河流分布，為泛濫相、湖沼相沉積。

如東組中下段：僅分布在楊市—洛社—堰橋一帶，沿MIS2階段形成的洼地呈條狀分布。沉積物主要為灰、灰黑色粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土，軟塑，含少量有機(jī)質(zhì)，局部含淡水螺殼化石。沿堰橋—西漳—黃巷方向發(fā)育灰色、深灰色的粉土粉砂層，為海相沉積。在局部地區(qū)沉積物為灰褐、灰黃、棕黃色粉質(zhì)黏土，中—硬塑，含少量鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)和結(jié)核，具淋濾結(jié)構(gòu)特征和土壤化特征，是MIS2階段滆湖組上段地層風(fēng)化與同時沉積物共同作用形成。

1.2? 上更新統(tǒng)滆湖組（Qpg）

滆湖組的底界置于末次冰期，即72 ka，頂界置于第一硬土層的頂部。區(qū)域上滆湖組底板埋深30～40 m，厚度30～35 m，頂部常出露地表，形成高亢平原。上段為陸相地層，厚度5～10 m，沉積物主要為灰黃、棕黃色黏土、粉質(zhì)黏土，局部灰綠、灰、灰褐色，硬塑，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核，主要為河流泛濫相，局部湖沼相沉積；局部地區(qū)在該層底部發(fā)育灰黃色粉砂、粉土，分選中等，具水平層理，為漫灘相—河床相沉積。中段海相地層，為區(qū)域發(fā)育的第Ⅱ海侵層，厚度一般10 m左右，北部前洲—西漳—長安一帶僅2～3 m，東部碩放以東厚度達(dá)20～23 m；沉積物為灰色系淤泥質(zhì)黏土、粉砂質(zhì)黏土、粉砂與粉砂質(zhì)黏土互層、黏土質(zhì)粉砂、粉砂、粉細(xì)砂；含豐富的有孔蟲和海相介形類化石，主要為潮坪相，局部瀉湖相，在碩放以東為河口相沉積。下段陸相地層，一般厚度10～15 m，碩放以東僅為2～5 m；沉積物主要為灰黃、棕黃、灰綠色黏土、粉質(zhì)黏土，硬塑，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核，主要為河流泛濫相，局部湖沼相沉積；局部沉積物為灰黃、棕黃色粉砂、粉細(xì)砂、粉土，具水平層理，為漫灘相—河床相沉積。

1.3? 上更新統(tǒng)昆山組（Qpk）

昆山組的底界置于末次間冰期，即0.126 Ma，頂界置于第二硬土層的底界，為72 ka。晚更新世早期長江三角洲廣大地區(qū)，受氣候、新構(gòu)造運(yùn)動、海平面等諸多因素的影響，處于海侵為主體的沉積環(huán)境，其間有一次時間相對較短的海退過程，堆積了灰黃、灰綠色粉質(zhì)黏土（苗巧銀等，2016），但對于無錫地區(qū)而言，該時期的地層以海侵地層（第Ⅲ海侵層）為主，巖性為濱海潮坪相灰色、深灰色粉土、粉砂互層，呈“千層餅”狀，水平透鏡層理發(fā)育，局部夾粉質(zhì)黏土薄層（于振江等，2005），底板埋深35～48 m，厚2～15 m，局部地區(qū)會出現(xiàn)海陸交互相地層，巖性以粉質(zhì)黏土為主，夾粉土、粉砂層。

1.4? 中更新統(tǒng)啟東組（Qpq）

中更新統(tǒng)底界置于古地磁布容期與松山期分界，年齡相當(dāng)于78萬年，中更新統(tǒng)頂界置于末次間冰期，為0.126 Ma。區(qū)域上啟東組一般為2～3個沉積由下粗上細(xì)組成的沉積旋回。地層底板埋深75～140 m，厚度40～96?m，可分為兩段。

上段地層底板埋深58～75 m，局部達(dá)80 m，厚度20～35 m。沉積物主要為灰綠、灰黃、棕黃色黏土、粉質(zhì)黏土，硬塑，含鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳質(zhì)結(jié)核，局部含粉土、粉砂、粉細(xì)砂薄層，偶含中細(xì)砂，主要為河流泛濫相、湖沼相，局部漫灘相、河床相沉積。中部局部地區(qū)發(fā)育灰色系粉質(zhì)黏土與粉砂互層、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土，含有孔蟲和海相介形類化石，為潮坪相沉積。

下段多呈現(xiàn)1～2個上細(xì)下粗沉積韻律。上部韻律層一般較薄，以細(xì)粒沉積為主，沉積物為青灰、灰及灰黃、棕黃色黏土、粉土為主，硬塑，含鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳質(zhì)結(jié)核，下部粗粒多為粉土、粉砂、粉細(xì)砂，為河流泛濫相、漫灘相及河床相沉積。

下部韻律層上部為薄層青灰、深灰色黏土、粉質(zhì)黏土，下部為巨厚砂層，巖性為青灰、深灰色夾灰黃色粉細(xì)砂、中細(xì)砂與含礫中粗砂、砂礫石互層，整體具層理，含水平層理、交錯層理、斜層理、粒序?qū)永淼?。該層松散，粉?xì)砂、中細(xì)砂層，分選中等，含礫中粗砂、砂礫石層，分選差，礫石磨圓中等—好，為沖洪積相沉積。

1.5? 下更新統(tǒng)海門組（Qph）

海門組的底界為M/G界線，頂界為B/M界線，海門組的3個段之間的界線分別對應(yīng)加勒米洛和奧杜威亞正極性事件。無錫地區(qū)海門組底板埋深80～165 m，厚度 10～90 m，可分為上、中、下3段，下段地層在區(qū)內(nèi)廣泛分布，中上段地層主要分布在無錫東、西部區(qū)域。

下段地層底界埋深小于144 m，厚度3～41 m，近山體埋深較淺，在區(qū)內(nèi)廣泛分布，巖性為黃褐色、棕黃夾灰綠等雜色黏土、粉質(zhì)黏土，硬塑，底部往往含大量石英砂巖礫塊，礫石呈棱角狀，粒徑不等，大者達(dá)數(shù)十厘米，為坡洪積相沉積；中段地層底界埋深92～165 m，厚度受古河道分布規(guī)律所控制，北西—南東向趨向一致，南北方向中間厚兩側(cè)變薄，巖性以灰色、灰黃、銹黃色粉細(xì)砂、細(xì)砂、中粗砂為主，底部往往含礫，砂層松散且分選性較好，含少量螺貝殼和炭化木，自上而下具有2?個由粗至細(xì)的沉積韻律，為河流相沉積；上段地層底界埋深80～120 m，局部達(dá)141 m，厚度2～26 m，巖性較為單一，分布比較穩(wěn)定，為青灰、灰黃、棕黃色粉質(zhì)黏土，局部發(fā)育粉土、粉細(xì)砂薄夾層，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)合和鈣質(zhì)結(jié)合，為河湖相沉積。

2? 特殊標(biāo)志層

標(biāo)志層是區(qū)內(nèi)鉆孔之間以及與區(qū)外地層進(jìn)行年代地層對比的重要依據(jù)，對標(biāo)志層的規(guī)范化認(rèn)識對指導(dǎo)工程建設(shè)具有重要意義，其在劃分標(biāo)準(zhǔn)地層層序中起著承上啟下的關(guān)鍵作用。對于工程建設(shè)項(xiàng)目特別是小范圍工程建設(shè)或地層層數(shù)較少的建設(shè)項(xiàng)目，如何規(guī)范化選定標(biāo)志層，通過與標(biāo)志層對比確定其他地層層序成為標(biāo)準(zhǔn)地層廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題（林曉春，2019）。

本文通過查閱大量有關(guān)無錫地區(qū)第四紀(jì)沉積環(huán)境演化相關(guān)資料（景存義，1985；蔣夢林等，2001；景存義，1988；韓有松等，1987；黃湘通等，2008；潘鳳英等，1984；舒軍武等，2008），研究區(qū)內(nèi)特殊標(biāo)志層包含有不同時期的海侵層、與較大的沉積間斷相關(guān)的特殊巖性層如古土壤層或礫石層、區(qū)域平行不整合面及特殊事件層如洪水事件層等（表1）。這些標(biāo)志層可以作為等時面來處理，因此，也可作為年代地層對比的重要依據(jù)。

2.1? 海侵層

2.2? 硬黏土層

2.3? 間斷面

2.4? 平行不整合面

研究區(qū)內(nèi)第四紀(jì)地層底部為區(qū)域重要構(gòu)造活動的界面，代表該時期區(qū)域出現(xiàn)明顯的大區(qū)域抬升，沉積物粗細(xì)變化明顯，出現(xiàn)大量沖洪積物。該界面下部表現(xiàn)為一套厚度穩(wěn)定的古土壤層；上部為一套砂礫石層，二者突變明顯。該不整合界面可以作為區(qū)域地層劃分對比的重要標(biāo)志，對于本次工程地質(zhì)層劃分深度來說，不涉及該標(biāo)志層的辨別。

3? 土體工程地質(zhì)層組劃分

3.1? 劃分依據(jù)

土體工程地質(zhì)層組的劃分包括主層（層組）劃分和亞層劃分2個級別，其劃分依據(jù)主要考慮：①沉積時代、成因類型與沉積環(huán)境；②土體物質(zhì)成分與結(jié)構(gòu)特征；③工程地質(zhì)特性。土體的巖性、力學(xué)性質(zhì)等宏觀變化規(guī)律都與第四紀(jì)地層成因、年代、沉積環(huán)境、古地理、古氣候變化等密切相關(guān)，不同年代和成因類型的土體，即使部分物理指標(biāo)相近，工程地質(zhì)性質(zhì)也可能相差懸殊，時代、成因類型、巖性等相同的土體，其物理力學(xué)指標(biāo)和工程地質(zhì)特性在空間上也可能存在差異（李曉昭等，2004）。因此，工程地質(zhì)層組的劃分應(yīng)在第四紀(jì)地質(zhì)研究基礎(chǔ)上進(jìn)行，一般情況下，主層（層組）的劃分不宜跨越第四紀(jì)地質(zhì)分層界線，應(yīng)基本反映沉積時代、成因類型和覆蓋關(guān)系，當(dāng)時代相同，不同沉積單元、不同沉積成因的地層可劃為不同的主層。亞層的劃分，依據(jù)土體的巖性、物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)特征及工程地質(zhì)特性，將同一主層內(nèi)巖性相同且物質(zhì)成分和工程地質(zhì)特性相似的地層列為同一個亞層，巖性、物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)特征和工程地質(zhì)特性存在差異的地層劃為不同亞層，根據(jù)沉積序列特征確定同一主層內(nèi)不同亞層間的上下關(guān)系。

3.2? 劃分方法及步驟

土體工程地質(zhì)層組劃分，按照時代成因—巖性—工程特性的順序逐級對地層進(jìn)行分析劃分，采用繪制剖面法對整個區(qū)域劃分方案進(jìn)行把控和修正。劃分的主要步驟如下：①確定編碼規(guī)則。編碼規(guī)則應(yīng)以清晰、簡單的形式反映出層間的沉積序列關(guān)系及主、亞層間的隸屬關(guān)系。②劃分主層（層組）。根據(jù)區(qū)域演化資料和第四紀(jì)地質(zhì)特征，確定區(qū)內(nèi)的標(biāo)志層位及主層頂?shù)捉缇€，劃分主層。按照劃分依據(jù)，一般認(rèn)為巖石地層單元的“段”屬于同一主層，對于不分段的巖石地層單元，可以“組”為單元劃分主層。③劃分亞層。在主層劃分的基礎(chǔ)上，充分利用鉆孔資料分析地層的巖性組成、物理力學(xué)參數(shù)等，對各主層內(nèi)的土層結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)等定量指標(biāo)進(jìn)行分析，尋找每一層內(nèi)巖性發(fā)育分布規(guī)律，將工程性質(zhì)接近的層位進(jìn)行合并，對于局部分布且厚度較小的夾層可不單獨(dú)分出，歸并于臨近層位中，根據(jù)地層層序關(guān)系，確定各亞層頂?shù)捉缇€，劃分亞層，并按照編碼規(guī)則，對主、亞層進(jìn)行編碼，初步建立工程地質(zhì)層組劃分方案。④繪制剖面圖。利用初步建立的工程地質(zhì)層組劃分方案對鉆孔地層進(jìn)行整理劃分，并繪制多條穿越研究區(qū)的橫、縱工程地質(zhì)剖面圖。⑤分析剖面圖，從區(qū)域沉積環(huán)境、演化特征等方面，對繪制的剖面圖按沉積順序逐層進(jìn)行分析比對，確保其反映的地質(zhì)特征符合客觀事實(shí)，若出現(xiàn)較大差異，應(yīng)對劃分方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整直至形成能準(zhǔn)確反映研究區(qū)地層演化特征和變化規(guī)律的工程地質(zhì)層組劃分方案。

3.3? 鉆孔篩選及剖面繪制

工程地質(zhì)層組劃分所利用的鉆孔應(yīng)具有代表性，土工測試參數(shù)齊全，鉆孔深度滿足工程地層組劃分的需要。為便于對鉆孔的充分利用，將其分為控制性鉆孔、一般性鉆孔和輔助性鉆孔?？刂菩糟@孔為區(qū)內(nèi)的代表性鉆孔，在區(qū)內(nèi)均勻分布于各沉積單元，揭露的地層能反映全區(qū)地層空間變化規(guī)律，深度能滿足工程地質(zhì)層組劃分的需要，土工測試參數(shù)齊全，該類鉆孔為工程地質(zhì)層組劃分分析研究的主體；一般性鉆孔土工測試參數(shù)較齊全，控制范圍有限，深度較淺，主要起確定局部地區(qū)地層變化規(guī)律的作用，參與工程地質(zhì)層組的劃分；輔助性鉆孔深度不一，土工測試參數(shù)不完整，區(qū)內(nèi)分布不均，但數(shù)量多，地層對比可選性多，主要輔助控制性鉆孔和一般性鉆孔完成亞層的劃分。為了能準(zhǔn)確劃分無錫地區(qū)地層層位，本文收集了包括工民建工程勘察鉆孔及區(qū)域圖幅調(diào)查鉆孔在內(nèi)的共12 138個鉆孔，從中挑選出控制性鉆孔370個（深度100～150 m），一般性鉆孔510個（深度25～50 m），其他鉆孔可作為輔助性鉆孔使用（圖3）。

剖面布設(shè)以研究區(qū)第四紀(jì)松散土層分布區(qū)域作為重點(diǎn)區(qū)域，以1∶50 000地形圖作為底圖，按照縱橫結(jié)合、控制全區(qū)的原則，在重點(diǎn)地貌單元和不同地貌單元變換處增加剖面鉆孔數(shù)量來提高控制精度，繪制標(biāo)準(zhǔn)工程地質(zhì)剖面共18條，一般性剖面9條，圖4為標(biāo)準(zhǔn)工程地質(zhì)剖面，基本覆蓋整個研究區(qū)。根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖，對選定鉆孔的地質(zhì)信息，包括室內(nèi)巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、現(xiàn)場原位測試、原工程勘察資料的分層信息、地層描述等進(jìn)行分析，對研究區(qū)內(nèi)的工程地質(zhì)層進(jìn)行重新厘定并制定統(tǒng)一的工程地質(zhì)層組劃分方案。

3.4? 編碼規(guī)則

主層號按地層由上到下，數(shù)字由小到大的順序排序，以數(shù)字編號“①、②、③、④、…”表示，層號越大，對應(yīng)的地層沉積時代越古老。亞層號在主層號的基礎(chǔ)上根據(jù)同一主層內(nèi)不同亞層的沉積先后順序并結(jié)合不同沉積相間的穿插關(guān)系，按地層由上到下，數(shù)字由小到大的順序排序，對應(yīng)的層序編號以“1、2、3、4”的下角標(biāo)表示。如第⑥工程地質(zhì)層組中自上而下對應(yīng)的各層編寫代號為⑥1，⑥2，⑥3，…，其他層的表示以此類推。

3.5? 劃分結(jié)果

按照上述劃分依據(jù)、方法和步驟，將研究區(qū)100 m深度范圍內(nèi)土體工程地質(zhì)層劃分為9個工程地質(zhì)層組和27個工程地質(zhì)亞層（表2），結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)測試結(jié)果對各亞層的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（圖5）。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，各亞層物理力學(xué)性質(zhì)一致性較高，也表明了劃分方案合理有效。

3.6? 工程地質(zhì)層組劃分合理性驗(yàn)證

3.6.1? 基于三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的驗(yàn)證

依據(jù)上述土體工程地質(zhì)層的劃分方案，對收集到10 000余個鉆孔進(jìn)行了地層標(biāo)準(zhǔn)化處理，依托城市地質(zhì)信息系統(tǒng)將地層標(biāo)準(zhǔn)化后的鉆孔導(dǎo)入到系統(tǒng)中，建立全區(qū)工程地質(zhì)剖面柵格圖，利用三維建模功能，構(gòu)建了無錫市區(qū)的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型（圖6）。通過構(gòu)建的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和剖面圖可以看出，標(biāo)準(zhǔn)化后的各地層之間連接平滑，地層間的起伏變化和接觸關(guān)系符合研究區(qū)的沉積演化環(huán)境，說明工程地質(zhì)層組劃分方法及劃分結(jié)果是合理的。

3.6.2? 基于物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的驗(yàn)證

巖土體參數(shù)應(yīng)按工程地質(zhì)區(qū)段、層位，即每個單元體，分別統(tǒng)計(jì)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，每個單元體指標(biāo)的變異性和均勻性可用變異系數(shù)來衡量。變異系數(shù)反映了土體實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的離散程度，土體工程地質(zhì)性質(zhì)越接近，其變異系數(shù)越?。ㄆ埜粍偟?，2018）。國內(nèi)外許多學(xué)者都給出了不同國家、不同土類、不同指標(biāo)的變異系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值或標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)變異系數(shù)超過經(jīng)驗(yàn)值或標(biāo)準(zhǔn)值，則應(yīng)重新考慮工程地質(zhì)分層的合理性（林宗元，1996）。

本文利用華寧巖土工程勘察軟件對各工程地質(zhì)亞層的物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，通過對本次劃分的各層組土體實(shí)驗(yàn)指標(biāo)離散性統(tǒng)計(jì)分析，對照巖土工程勘察設(shè)計(jì)手冊中給出的報(bào)道范圍值和建議標(biāo)準(zhǔn)值（表3）可以看出，各亞組內(nèi)物理力學(xué)指標(biāo)的離散性相對較小。這反映出同一亞組中土的工程地質(zhì)性質(zhì)差異性較小，同時，反映了該工程地質(zhì)層組劃分方案是合理的。

4? 應(yīng)用

4.1? 支撐城市地上地下一體化建設(shè)

4.1.1? 地上工程建設(shè)地質(zhì)適宜性評價

根據(jù)上述工程地質(zhì)層組劃分結(jié)果，可準(zhǔn)確識別出地基優(yōu)勢持力層和不良土層，為地上工程建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。無錫地區(qū)主要優(yōu)勢持力層為第③工程地質(zhì)層組、④2粉砂層、④4粉質(zhì)黏土層、第⑤工程地質(zhì)層組、⑥2粉砂層和⑥4粉質(zhì)黏土層，優(yōu)勢持力層在無錫地區(qū)內(nèi)分布廣泛厚度穩(wěn)定（圖7）。

第③工程地質(zhì)層組可作為天然地基的良好持力層，該層巖性以黃褐色黏性土為主，可—硬塑、中—低壓縮性，頂板埋深大多為1～2 m，厚度穩(wěn)定，地基承載力特征值為270 kPa。在選取天然地基持力層時，需注意其下臥土層的工程地質(zhì)性質(zhì)，若③層下伏為④1和④3軟弱土層，在基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)時，應(yīng)進(jìn)行地基穩(wěn)定性驗(yàn)算。

多層、中層和高層建筑多采用④2粉砂層、④4粉質(zhì)黏土層、第⑤工程地質(zhì)層組、⑥2粉砂層和⑥4粉質(zhì)黏土層作為優(yōu)勢樁基持力層，對于超高層建筑或需要以超長樁才能滿足設(shè)計(jì)要求的建筑物，會涉及更深的持力層，如⑦1層和⑦3層。④2層為稍密—中密的粉砂層，厚度分布穩(wěn)定，埋深多在10 m以淺，地基承載力特征值建議值為160 kPa；④4層為可—硬塑粉質(zhì)黏土，埋深在15 m左右，承載力特征值建議值為260 kPa，④2層和④4層可作為短樁基礎(chǔ)樁端持力層，滿足多層和小高層建筑使用。第⑤工程地質(zhì)層組（第二硬土層）巖性以黏性土為主，頂板埋深25 m左右，厚度分布穩(wěn)定，土質(zhì)致密、強(qiáng)度高，壓縮性低，地基承載力特征值為310?kPa，可作為中長樁基礎(chǔ)樁端持力層，滿足中高層建筑使用。⑥2粉砂層和⑥4粉質(zhì)黏土層可作為長樁基礎(chǔ)樁端持力層，地基承載力特征值建議值分別為180 kPa和250 kPa，當(dāng)⑥4層缺失或厚度較小情況下，可選⑦1層和⑦3層作為樁基礎(chǔ)樁端持力層，⑦1層巖性以黏土、粉質(zhì)黏土為主，埋深在50 m左右，承載力特征值建議值為350 kPa；⑦3層巖性以密實(shí)粉細(xì)砂為主，具低壓縮性，埋深42.7～74.8 m，承載力特征值建議值為240 kPa。見表4。

無錫地區(qū)不良土層主要為②2、④1、④3。②2層多形成于低洼地帶中，沉積時代為全新世，沉積物中夾有粉砂，呈現(xiàn)明顯層理，結(jié)構(gòu)松軟，呈暗灰、灰綠或暗黑色，巖性以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主，局部地段為泥炭質(zhì)土或泥炭，埋深0.2～3.4 m，厚度0.5～4.2 m，主要分布在馬山、玉祁—前洲—堰橋、洛社—楊市、黃巷—東亭以及東部的甘露—后宅一帶。此外，④1層和④3層，雖不滿足軟土的基本定義，其工程地質(zhì)性質(zhì)略好于軟土，但從巖性狀態(tài)及特征來看，該層多呈可—軟塑狀、局部流塑的粉質(zhì)黏土，多夾粉土粉砂，局部呈“千層餅”狀，分布范圍較廣泛，含水率高，壓縮性高，強(qiáng)度低，靈敏度高且該層常為淺基礎(chǔ)下存在的主要軟弱下臥層，一般需要對其強(qiáng)度和變形進(jìn)行驗(yàn)算。在深大基坑的開挖中有時也容易碰到該層土，基坑支護(hù)時需要特別注意該層土的蠕變和流變。

富水砂層為②3、④2、⑥2、⑦3、⑧2，其中：②3和④2為無錫市區(qū)的潛水層層位，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范判定，②3層為砂土液化判別層位，判別結(jié)果顯示，在地下水位較淺東亭—黃巷一帶存在輕微液化區(qū)，其他地區(qū)為不液化區(qū)；⑥2、⑦3、⑧2為承壓含水層層位，在基坑開挖和隧道施工中，由于水頭壓力較高易誘發(fā)流砂和突涌等災(zāi)害。

4.1.2? 地下空間開發(fā)地質(zhì)適宜性評價

工程地質(zhì)條件是地下空間開發(fā)地質(zhì)適宜性評價指標(biāo)體系中重要的指標(biāo)之一，建立標(biāo)準(zhǔn)工程地質(zhì)層組是查清工程地質(zhì)條件的前提。無錫市地下空間規(guī)劃將地下空間豎向?qū)哟蝿澐譃闇\層（0～-15 m）、次淺層（<-15～-30 m）和次深層（<-30～-50 m）。

4.2? 支撐淺層地?zé)豳Y源開發(fā)利用

根據(jù)本次土體的工程地質(zhì)層組劃分結(jié)果，采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法對各工程地質(zhì)亞層的熱物性參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析（表5）。區(qū)內(nèi)各工程地質(zhì)層導(dǎo)熱系數(shù)為1.386～1.740 W·m-1·K-1，比熱容為2.59～3.15 MJ·kg-1·K-1。其中：導(dǎo)熱系數(shù)最大的層位為⑦2層，其次為⑥2層；比熱容最大的層位為⑦1層，最小的層位為⑦2層。綜合考慮各工程地質(zhì)層熱物性特征及空間分布特征，將⑦2層劃分為無錫市區(qū)最優(yōu)導(dǎo)熱層，⑥2層位次優(yōu)導(dǎo)熱層，將⑦2層厚度大且穩(wěn)定分布的地區(qū)圈定為無錫市區(qū)優(yōu)質(zhì)導(dǎo)熱層的分布范圍。該分析結(jié)果可為無錫市區(qū)淺層地?zé)崮苜Y源的開發(fā)利用提供有效技術(shù)支撐。

5? 結(jié)論

1）無錫市區(qū)第四紀(jì)地層主要包含陸相沉積和海相沉積地層兩套體系，100 m以淺地層巖性以黏土、粉質(zhì)黏土、粉土和砂土為主，按照沉積時代由新到老分為全新統(tǒng)如東組（Qhr）、上更新統(tǒng)隔湖組（Qpg）、上更新統(tǒng)昆山組（Qpk）、中更新統(tǒng)啟東組（Qpq）和下更新統(tǒng)海門組（Qph）。無錫市區(qū)經(jīng)歷了多次海進(jìn)海退，發(fā)育3?套海侵層和2套硬土層等特殊標(biāo)志層，這為區(qū)域地層劃分對比提供了重要依據(jù)。

2）基于海量的工程地質(zhì)鉆孔資料，綜合考慮研究區(qū)內(nèi)的沉積演化特征、土體物質(zhì)組成和工程特性等因素，將無錫市區(qū)100 m以淺土體工程地質(zhì)層劃分為9個工程地質(zhì)層組和27個工程地質(zhì)亞層。通過對工程地質(zhì)層的物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，多數(shù)指標(biāo)的變異系數(shù)均在規(guī)定范圍內(nèi)。構(gòu)建的三維工程地質(zhì)模型，相同工程地質(zhì)層之間的連接相對平滑，上下工程地質(zhì)層之間的接觸關(guān)系相對合理，符合無錫市區(qū)地層演化規(guī)律，反映出工程地質(zhì)層劃分結(jié)果合理可靠。

3）土體工程地質(zhì)層在城市建設(shè)中應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)此次劃分結(jié)果，精準(zhǔn)識別了無錫市區(qū)優(yōu)勢持力層，主要有第③工程地質(zhì)層組、④2層、④4層、第⑤工程地質(zhì)層組、⑥2層、⑥4層、⑦1層和⑦3層，其承載力特征值均在200 kPa以上，可滿足不同高度建筑使用；評價了場地穩(wěn)定性、工程建設(shè)適宜性和地下空間開發(fā)地質(zhì)適宜性，從評價結(jié)果來看，無錫市區(qū)場地穩(wěn)定，工程建設(shè)和地下空間開發(fā)適宜，但應(yīng)多關(guān)注②2、④1、④3等軟弱土層和④2、⑥2等富水砂層，預(yù)防坑壁坍塌、管涌、流砂等災(zāi)害的發(fā)生。此外，在工程地質(zhì)層組劃分結(jié)果的基礎(chǔ)上，對無錫市區(qū)各工程地質(zhì)層的熱物性參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，查清了無錫市區(qū)100 m深度范圍內(nèi)土體導(dǎo)熱系數(shù)為1.386～1.740 W·m-1·K-1，比熱容為2.59～3.15 MJ·kg-1·K-1，最優(yōu)質(zhì)導(dǎo)熱層主要分布在無錫市區(qū)的西北部、中部和東部地區(qū)，該分析結(jié)果可為無錫市區(qū)開發(fā)淺層地?zé)崮苜Y源提供可靠依據(jù)。

4）制定統(tǒng)一的工程地質(zhì)層組劃分方案，可以提高無錫地區(qū)工程地質(zhì)勘察資料的利用率和通用性，有效地實(shí)現(xiàn)了不同單位、不同類型的工程地質(zhì)資料成果共享和整合利用，提高分析評價結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時，為建立無錫地區(qū)地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)資料的數(shù)據(jù)化和動態(tài)更新奠定了基礎(chǔ)。

5）本文的土體工程地質(zhì)層組劃分主要針對無錫地區(qū)的平原地帶，實(shí)際上，環(huán)太湖丘陵地區(qū)的第四系特征和平原區(qū)有所差異。環(huán)太湖丘陵地區(qū)地層多以柏山組和下蜀組為主，柏山組巖性為棕紅色網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)的粉質(zhì)黏土、砂礫等，通稱“網(wǎng)紋紅土”，厚度小于10 m，以洪沖積為特征；下蜀組巖性以2～3層“黃土層”夾2層“古土壤”為特征，底部發(fā)育沖坡積的砂礫層，沉積厚度小于10 m。由于無錫環(huán)太湖丘陵地區(qū)多為生態(tài)保護(hù)區(qū)，工程建設(shè)的頻次較低，因此本次土體工程地質(zhì)層劃分工作沒有包含丘陵地區(qū)的松散土體，但當(dāng)涉及丘陵地區(qū)的工程建設(shè)時，應(yīng)在本次工作的基礎(chǔ)上重新對工程地質(zhì)層進(jìn)行厘定和調(diào)整。

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