南通港通州湾深水港区区域地质条件研究

郑建朝，郑 驰，王松树

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

南通港通州湾深水港区区域地质条件研究

郑建朝，郑 驰，王松树

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

地质条件与工程建设密切相关，通过收集分析现有资料、踏勘、勘探取样、试验等方法对南通港通州湾深水港区地形地貌、地质构造和区域稳定性、岩性和地层、水文地质条件等地质条件的研究，初步划分了工程地质层，对工程建设相关的地质条件作了分析，对港区的建设作出岩土工程分析评价。为安全、合理地开展港区建设提供了地质依据。

水运工程；土质勘察；区域地质；工程地质条件

1 概况

1.1 通州湾深水港区建设背景

南通港通州湾深水港区（下文简称港区）的规划范围[1]为小庙洪水道以北包括腰沙、冷家沙在内的大片水域及后方岸线，通州湾地理位置示意图见图1，是南通港未来发展的重要港区和实现可持续发展的重要战略资源，近期以服务临港产业发展为主，逐步发展成为临港工业和中转运输服务并重的大型现代化综合性港区，为长三角、长江中上游地区提供大宗物资中转运输功能，逐步发展集装箱运输。

港区主要由围填浅滩沙体形成，规划期围填面积75.23 km2，预留发展区围填面积264.07 km2。

图1 通州湾地理位置示意图Fig.1 The geographic position of Tongzhou Bay

1.2 研究区域地质条件的意义

区域地质条件是指某一范围较大地区的构造、岩石、地层、地貌、水文地质、矿产及地壳运动和发展历史等，港区的建设是在特定的区域地质条件下进行的，区域地质条件决定了建设工程的造价、安全、稳定，系统的、全面的研究港区的区域地质条件，为港区建设的总体布局、功能分区以及单项工程建设提供地质依据。

随着时间推移，港区必然导入大量人口和进行密集的工程建设，这类活动造成的加载引起浅表部地层的应力变化，引起地面沉降，最终导致建构筑物产生沉降、位移、破坏，大面积的地面沉降会引起次生地质灾害。为保证建设的顺利推进，有必要对港区的区域地质条件作系统、全面的研究，具体内容应涵盖：1）地形地貌、地质构造；2）岩土层分布、性质及其均匀性；3）水文地质条件、地下水类型及埋藏分布情况、地下水的水质水量等；4）场地的地震效应，分析土的类型，场地的抗震类别，是否存在地震断裂及断裂对工程的影响；5）区内的不良地质作用和特殊性岩土；6）对区内工程设计施工检测提出建议。对于由围垦形成的港区，已经改变了长期自然地质作用形成的地质环境，应重视上述6方面的区域地质条件研究，防止由于忽视这方面工作引起的工程安全、造价和质量问题。

2 港区区域地质条件

2.1 工程位置

港区位于南通市东部黄海之滨，处于南通市滨海区域的中心位置，也是南通市即将开发的通州湾的核心区域，地理位置约为121毅30忆E、32毅09忆N。

2.2 地形地貌

港区地貌类型属长江三角洲冲积、堆积平原[2]，全境地表起伏甚微，形成的历史不长，早则5 000耀6 000年，近者仅为20世纪内成陆，或为沙洲与陆地并接的新生土地，河道纵横，沟渠密布，是典型的长江三角洲地貌，次级地貌单元属于海岸滩涂区，微地貌属于潮间带及潮下带。

2.3 区域地质史及稳定性

2.3.1 工程区地质演变史

港区位于扬子准地台最东段，基底形成于元古代，以轻变质岩系为主，自元古代的震旦纪（6亿年前）和整个古生代，直至中生代，全部下扬子地区始终处于沉降状态，形成缓慢沉降构陷带，称“扬子海盆”。

中生代早期（1.8亿年前），三叠纪晚期扬子地区经受了一次强烈的地壳运动——印支运动，使区内已沉积的地层倾斜、褶皱并断裂，产生致北东向的隆起和拗陷，致使逐渐脱离大洋。

中生代后期（1.5耀0.7亿年前），我国东部的燕山运动，使区内产生强烈的断块造山作用、火山喷发和岩浆入侵活动，燕山期花岗岩侵入，形成了断陷盆地。

新生代时期，发生在2 500万年前的喜马拉雅运动，使该区引起大面积持久差异性沉降。

第四纪时期约300万年至今，由于冰期、间冰期的更替、气候的变化，引起古黄海域的海面升降，该区至少出现过4耀5次海侵，形成200耀400 m厚的海、河相交替沉积的砂、土层。

2.3.2 工程区地质构造

按大地构造单元分区，港区属扬子断块区下扬子断块，基岩构造格架主要由泥盆系—下三叠统所组成，为北东向平行的背、向斜褶皱带和以北西向为主的断块作用形成的断凸、断凹所构成，其活动时代大多在第四纪以前，少数可能在第四纪有过活动，如搬经—如皋断裂、南通港—东方红农场断裂，但尚未发现明显的第四纪构造形变，属较稳定区。工程区周边主要断裂带有：

1）南通—上海断裂（沿江断裂）：由南通狼山西侧沿150毅方向向南东方向延伸至上海境内，长约200 km，由多条断裂呈右行雁行排列，断续分布，为正断层性质，张扭性，断层面近直立。1615年南通狼山5级地震、1624年上海4级地震、1992年莘庄2.1级地震均与该断裂有关，为第四纪活动断裂。

2）唐闸镇—金余镇断裂：近东西向，位于唐闸镇、正场镇、金余镇一带，长约42 km。该断裂主要发育于古生代及三叠纪地层中，可能形成于印支期或燕山早期。推测最新活动在古近纪及其以前。

3）南通—大埠子断裂：北东方向，从南通市经石港镇、大埠子后进入海域，倾向北西。根据两侧地层分布及其地层切割关系，推测为形成于白垩纪晚期的正断层。

上述地质演变过程，决定了该地区地质构造的基本格局，其构造位置介于我国华北古陆和江南古陆之间，属扬子准地台最东部，地质构造分区属于下扬子台褶带，地质构造比较稳定[3]。

2.4 岩性与地层

2.4.1 前第四纪地层

区域上前第四纪地层主要有古生界泥盆系、石炭系、二叠系，中生界三叠系、侏罗系、白垩系以及新近系，缺失古近系。全市除在狼山地区有泥盆系砂岩基岩残丘出露外，其余广大地区均被第四系松散沉积物覆盖。

2.4.2 第四纪地层

第四纪地层为一套砂层与黏性土层交替出现、具韵律变化的松散沉积物，以冲积为主，沉积物层序复杂，相变频繁，前人已做大量工作，港区可遵循已有体系，第四纪厚220耀240 m，根据沉积时序差异，第四纪又可分为下、中、上更新统和全新统，可划分为下、中、上更新统和全新统。

1）下更新统（Q1）：埋深在190 m以下，厚度30耀40 m。以砂土为主，为河流相沉积，局部为冲海积成因。

2）中更新统（Q2）：埋深在125 m以下，厚度60耀70 m。以湖相沉积为主，夹滨海河口相沉积，主要为棕黄色亚黏土，含铁锰质和钙质结核，局部夹粉砂薄层，以河湖相沉积为主。含水砂层构成区内第域承压含水层组。

3）上更新统（Q3）：埋深在50 m之下，厚75耀80 m。受2次海侵的影响，为海陆交互相沉积。下部沉积物多为冲海积成因，以含砾中粗砂为主，部分地区含有海相微体古生物化石；中下部沉积为冲积成因，局部有冲湖积，以黏性土为主，局部夹粉细砂；中上部沉积物成因以冲海积为主，局部分布有泻湖积，以含砾中粗砂为主，部分地区分布粉砂；上部沉积物为分流河道相沉积，以粉细砂为主。

4）全新统（Q4）：全新统沉积物大致分为3部分，成因类型较为复杂，主要有冲积、冲海积及泻湖积等，厚度50 m左右。下部为一套粉砂、淤泥质粉质黏土沉积；中部沉积物成因类型以海积为主，包括粉砂、粉土及淤泥质粉质黏土；上部沉积物成因以冲积、冲海积及湖沼积为主，包括粉砂、粉土。总体为三角洲相沉积，从下至上构成完整的海进海退旋迴。

2.5 水文地质条件

港区地下水类型主要为松散岩类孔隙水，从上至下可分为4个含水层组，即孔隙潜水含水层组和第玉、域、芋承压含水层组，对应的地层分别为Q4、Q3、Q2、Q1。

1）孔隙潜水含水层组：由全新统亚黏土、亚砂土和粉细砂组成。赋存于50 m以浅的地层，水位受大气降水、地表水等影响呈季节性变化，与地表水水力联系密切，向附近低水面流动，或消耗于蒸发，潜水位埋深一般在1耀3 m，局部地段小于1 m，具自由水面。

2）第玉承压含水层组：大部分为咸水，由上更新统松散砂层组成，埋深在50耀70 m之间，厚度60耀80 m。岩性主要为中粗砂、细砂夹粉细砂，水量丰富，水位埋深3耀5 m。

3）第域承压含水层组：大部分为半咸水、咸水，由中更新统细砂、粉细砂层组成，埋深在130耀150 m之间。

4）第芋承压含水层组：港区内分布广泛，富水性较好，水质优异，是主要的淡水开采层组，由下更新统含砾中粗砂、细中砂组成。顶板埋深190耀210 m，厚度一般20耀40 m。含有优质淡水资源，是区内淡水主采层。

2.6 港区工程地质层的初步划分

区内第四纪为一套滨海相、河口相松散沉积物[2]，港区处于南通市工程地质芋区，为河口、滨海相新近沉积工程地质条件不良区（海门市、启东市及沿海、沿江地带），工程地质芋区成陆时间短，以淤泥质亚黏土及亚黏土沉积为主，该区又分河口相（芋1）和滨海相（芋2）新近沉积两亚区，港区属于滨海相（芋2）亚区。

对建设有直接影响的土层主要为第四纪全新世和晚更新世的松散堆积层，根据各岩土层的地质时代、成因类型将场地地层自上而下划分为7个大层，根据土层埋藏深度、空间分布规律、物理力学性质指标及工程地质特征划分相应的亚层。其中域层砂土呈松散状，芋层黏性土一般呈流塑耀软塑状，芋层砂土一般呈松散耀稍密状，V层黏性土一般呈软塑耀可塑状，V层砂土一般呈稍密耀中密状，上述土层属于第四纪时期全新世堆积物；VII层中砂土一般呈中密耀密实状，属第四纪时期晚更新世堆积物，工程地质性质较好。

3 港区工程地质条件评价

3.1 可能产生的地质灾害

1）地基不均匀沉降

港区内主要工程地质层中含有淤泥质成分[2]，土体大多呈软塑状态，如芋1层含水量w=36.2%、孔隙比e=1.026、压缩系数a=0.51、地基承载力60 kPa；V1层含水量 w=32.8%、孔隙比 e= 0.926、压缩系数a=0.35、地基承载力90 kPa，这两层土的承载力均小于100 kPa，属于不良工程地质土层。如果软土地基处理措施不当，过大的不均匀沉降很容易引起上部结构开裂与破坏，导致建筑物、道路、桥梁等变形、开裂乃至坍塌，严重影响建构筑物的正常使用。

2）砂土液化

港区场地砂土发育，表部有域3层，土性为松散粉砂，浅部有芋2层，土性为松散耀稍密粉砂夹淤泥质粉质黏土，深部有厚度10耀45 m的V2灰色粉细砂及VII1灰色粉细砂，是港区各种主要建筑物的主要持力层，随着经济的发展，许多重大建筑工程对地基土的要求较高，因而它的液化问题已逐步为人们所关注。

3）防波堤、护岸的边坡稳定

港区位于半开发海域，需要做大量的陆域形成工作，建设防波堤和护岸的工作量很大，这些建设规模空前的海陆边界是否稳定对港区建设极为关键，对防止土地流失和确保港区安全至关重要。防波堤、护岸边坡失稳的经济损失很大，

4）地下水

港区处在半开发海域，陆域形成后，地下水的赋存条件和水质均发生很大变化，浅部地下水受大气降水影响，水体咸度会下降，深层地下水的补给极为复杂和缓慢，如果以后港区过量采取地下水，含水层的水动力条件和水化学环境发生改变，咸水体通过迳流补给、越流补给与淡水发生混合作用，水体咸度将增加。港区建成后用水量很大，可能造成新的问题。

港区建设过程中，地下水对软基处理和基坑开挖的影响也很突出。

3.2 水的腐蚀性

水对工程的影响是多方面的，除地下水对软基处理和基坑开挖的影响外，水对混凝土、混凝土中钢筋、钢结构的腐蚀也是工程设计中常遇到的问题。港区海水按域类环境考虑，在有干湿交替作用或无干湿交替作用下，均对混凝土结构有微腐蚀性；在长期浸水条件下对混凝土结构中的钢筋均有微腐蚀性；在干湿交替条件下对混凝土结构中的钢筋有强腐蚀性。

3.3 场地与地基的地震效应

港区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第二组。另外JTS 146—2012《水运工程抗震设计规范》规定，在抗震设防烈度为6度时，对液化敏感的码头、船闸结构，需要按7度考虑。

4 港区建设适宜性评价

4.1 结论

根据对港区的地形地貌、地质构造和区域稳定性、岩性和地层、水文地质条件等地质条件的研究，初步划分了工程地质层，对工程建设相关的地质条件作了分析，港区附近没有深大活动性断裂通过，历史上无大的破坏性地震发生，属地震活动较少、震级较低的地区，拟建港区场址和地基整体是稳定的。

港区地貌类型属长江三角洲冲积、堆积平原，场地主要地基土层分布较稳定，未发现岩溶、暗河、洞穴、崩塌、滑坡、泥石流等不良地质作用，存在的一些诸如软土、砂土液化、地下水、岩土工程问题，可利用成熟的方法处理解决，港区场地是适宜工程建设的。

4.2 建议

港区主要通过围垦形成，这已经改变了长期自然地质作用形成的地质环境，围垦造地工程活动的强度很大，对地质环境和水文环境的影响显而易见，加上海岸滩涂地貌的地基强度不足，需要修建较大的基础来满足要求，建设过程中需要加强地面沉降、边坡稳定、地下水水质水位的变化等内容的监测工作。

[1]南通港通州湾港区总体规划方案[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]郑建朝，杨秋芳援南通港吕四港区通州作业区通用码头工程岩土工程勘察报告[R].上海：中交第三航务工程勘察设计院有限公司，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]中国地质调查局.中国重要经济区和城市群地质环境图集：长江三角洲经济区[M].武汉：中国地质大学出版社，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

郑建朝（1972— ），男，浙江江山市人，注册土木工程师（岩土），高级工程师，主要从事水运岩土工程勘察工作。E-mail：13370003726@189.com