安徽蕪湖地區(qū)工程地質(zhì)特征及工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)

馬 濤，楊 潘

(安徽省地質(zhì)調(diào)查研究院，安徽 合肥 230001)

近年來隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和當(dāng)代工業(yè)技術(shù)的不斷興起，使原有地質(zhì)環(huán)境條件的改變不斷加速甚至遭到破壞，當(dāng)這種改變和破壞超過地質(zhì)環(huán)境所能承受的能力，就會(huì)引發(fā)各種環(huán)境工程地質(zhì)問題和地質(zhì)災(zāi)害(黎偉昕等, 2010; 王健等, 1998)。因此需要查明相應(yīng)的工程地質(zhì)環(huán)境條件和狀態(tài)，以及進(jìn)行工程建設(shè)適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)，從而最大可能地減少或避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、保證地質(zhì)環(huán)境條件對(duì)工程建設(shè)的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)環(huán)境條件最大限度的合理有效地利用與保護(hù)，保持人類工程建設(shè)與自然之間的協(xié)調(diào)與適應(yīng)(郭長寶等,2009; 張耀國, 2011; 趙厚舜, 2019)。

本文以合肥-蕪湖城市圈地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查項(xiàng)目為基礎(chǔ)，參考了蕪湖地區(qū)地質(zhì)調(diào)查和最新成果，開展了安徽省蕪湖地區(qū)的工程地質(zhì)特征分析與工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)，為安徽省蕪湖沿江地區(qū)的各類工程建設(shè)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省東南部長江中下游地區(qū)，地處東經(jīng)118°00＇～118°30＇、北緯31°10＇～31°20＇之間，面積880 km2。研究區(qū)地處沿江丘陵平原，研究區(qū)內(nèi)海拔總體為西北部低、東南部高的特征，高度5.8～138 m。根據(jù)地貌形態(tài)，結(jié)合海拔高度、相對(duì)高差等將區(qū)內(nèi)地貌劃分為平原區(qū)、崗地和丘陵區(qū)三個(gè)地貌形態(tài)類型，再結(jié)合采用成因與形態(tài)相結(jié)合的方法可進(jìn)一步劃分為沖積平原(I)、崗地(II)、山地丘陵(III)三個(gè)成因形態(tài)地貌類型，如圖1所示。

圖1 研究區(qū)地貌圖

根據(jù)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)來看，研究區(qū)地塊構(gòu)造控制作用主要源于中生代的板塊運(yùn)動(dòng)碰撞、陸內(nèi)造山等，印支期總體構(gòu)造線方向近東西向，燕山期總體構(gòu)造線方向北東向，如圖2所示。區(qū)域內(nèi)地層屬于揚(yáng)子地層區(qū)，大部分地區(qū)為第四系，前第四紀(jì)地層出露較少，僅見于區(qū)內(nèi)長江河道的東南側(cè)的低山丘陵區(qū)。

圖2 研究區(qū)構(gòu)造地質(zhì)圖

研究區(qū)內(nèi)火龍崗一帶北北東走向的低山丘陵是長江河道與青弋江河道的分水嶺，亦是其地下水的分水嶺，以西為長江河谷沉積區(qū)，以東為青弋江河谷沉積區(qū)，沉積環(huán)境完全不同，根據(jù)巖相古地理特征，將其劃分為三個(gè)水文地質(zhì)區(qū)。三個(gè)水文地質(zhì)區(qū)又根據(jù)含水層巖性、地下水類型和富水性的不同進(jìn)一步細(xì)分為八個(gè)亞區(qū)，如圖3所示。

圖3 研究區(qū)水文地質(zhì)分區(qū)圖

2 研究區(qū)工程地質(zhì)巖層特征及分區(qū)

2.1 工程地質(zhì)層劃分

研究區(qū)內(nèi)土體分布廣泛，土壤主要是以粉質(zhì)粘土、粉土夾粉砂、粉砂為主，源于早更新世-全新世的沖積、沖湖積成因。根據(jù)研究區(qū)具體情況，考慮巖土體的沉積時(shí)代和沉積環(huán)境、土體性質(zhì)和狀態(tài)、土工實(shí)驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)以及工程地質(zhì)層分布的連續(xù)性等因素(段蕊, 2019; 金艷平, 2020)，將研究區(qū)第四系覆蓋層劃分為5個(gè)主層及14個(gè)亞層，具體層位信息可詳見表1，各層位土體的物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)可詳見表2。

表1 研究區(qū)第四紀(jì)地層工程地質(zhì)層組特征

表2 研究區(qū)第四紀(jì)工地層程地質(zhì)層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

研究區(qū)內(nèi)基巖主要出露于南部以及中部丘陵山區(qū)，巖性主要是二疊紀(jì)或者白堊紀(jì)的頁巖、碳酸鹽巖以及碎屑巖為主。根據(jù)前述劃分原則，將區(qū)內(nèi)巖體共劃分為9個(gè)主層，具體詳見表3。

表3 研究區(qū)基巖地層工程地質(zhì)層組特征

2.2 工程地質(zhì)分區(qū)

考慮到對(duì)工程地質(zhì)條件起主導(dǎo)作用的因素(馬秉務(wù), 2020; 劉必良, 2020)本文按照地貌成因類型將研究區(qū)劃分為長江沖積平原工程地質(zhì)區(qū)(Ⅰ)、局部小流域沖積平原(青弋江)工程地質(zhì)區(qū)(Ⅱ)、局部小流域沖積平原(漳河、橫山河)工程地質(zhì)區(qū)(Ⅲ)、崗地工程地質(zhì)區(qū)(IV)和山地丘陵工程地質(zhì)區(qū)(Ⅴ)。其次，結(jié)合巖體工程地質(zhì)建造類型及特征、重點(diǎn)考慮對(duì)工程建設(shè)影響較大的工程地質(zhì)層的分布情況，5個(gè)工程地質(zhì)區(qū)又細(xì)分為10個(gè)工程地質(zhì)亞區(qū)，具體見詳見表4。

表4 研究區(qū)工程地質(zhì)分區(qū)表

如圖4所示，長江漫灘平原工程地質(zhì)區(qū)(Ⅰ)主要分布在長江沿線漫灘平原區(qū)，包括無為陡溝鎮(zhèn)等大部分區(qū)域。2a-4層粉細(xì)砂缺失亞區(qū)(Ⅰ1)主要分布于橫山橋鎮(zhèn)北部龍湖新城江北村-北焦灣-后埂村一線以及工作區(qū)北部陡溝鎮(zhèn)童村-周家巷-湯溝小周村-二壩曹家莊一帶的長江沖積平原區(qū)。2a-4層粉細(xì)砂埋藏亞區(qū)(Ⅰ2)主要分布于區(qū)內(nèi)北部泥汊鎮(zhèn)-白茆鎮(zhèn)-二壩鎮(zhèn)一帶的長江沖積平原區(qū)以及長江現(xiàn)代漫灘、江心洲地區(qū)。

如圖4所示，小流域沖積平原(青弋江)工程地質(zhì)區(qū)(Ⅱ)，主要分布于青弋江沿岸。2a-2層粉質(zhì)粘土出露亞區(qū)(Ⅱ1)主要分布于青弋江沿岸方村鎮(zhèn)-清水鎮(zhèn)一帶，主要工程地質(zhì)層組為2a-2、3a-1、3a-3、3a-5。3a-1層大橋鎮(zhèn)組粉質(zhì)粘土是30m以淺主要持力層。

如圖4所示，局部小流域沖積平原(漳河、橫山河)工程地質(zhì)區(qū)(Ⅲ)主要分布于新港鎮(zhèn)-橫山橋鎮(zhèn)-峨橋鎮(zhèn)-蕪湖市區(qū)一帶。3b-2層砂層埋藏亞區(qū)(Ⅲ1)主要分布于漳河沿岸峨橋鎮(zhèn)-魯港鎮(zhèn)一帶。2a-2層粉質(zhì)粘土出露亞區(qū)(Ⅲ2)主要分布于高安河、橫山河、蕪湖市區(qū)。

如圖4所示，崗地工程地質(zhì)區(qū)(Ⅳ)分布于丘陵山體的兩側(cè)，區(qū)內(nèi)地層以單層結(jié)構(gòu)為主，地表出露下蜀組硬塑狀粘土3b-1層。3b-1層粉質(zhì)粘土出露亞區(qū)(Ⅳ1)分布于工作區(qū)崗地大部分地區(qū)，區(qū)內(nèi)地層為單一結(jié)構(gòu)的下蜀組硬塑狀粘土、粉質(zhì)粘土。

如圖4所示，山地丘陵工程地質(zhì)區(qū)(Ⅴ)位于南部以及中部，丘陵山體由卵礫石、碳酸鹽巖類巖組及碎屑巖類巖組組成。易溶蝕堅(jiān)硬厚層狀碳酸鹽巖巖亞區(qū)(Ⅴ1)主要分布于火龍崗鎮(zhèn)白馬山-大王山一帶山區(qū)，在三山南部老山、新港南部蜈蚣山附近也有零星分布。易崩塌堅(jiān)硬-較堅(jiān)硬塊狀巖漿巖亞區(qū)(Ⅴ2)主要分布于三山鎮(zhèn)南部老山、銅山、岳山以及新港鎮(zhèn)蜈蚣山以南，沿山體呈脈狀分布，巖性主要為流紋質(zhì)凝灰?guī)r、二長花崗巖、花崗斑巖、石英閃長巖。易崩滑堅(jiān)硬-較堅(jiān)硬中-薄層狀碎屑巖亞區(qū)(Ⅴ3)主要分布于白馬山、蜈蚣山一帶。巖性主要為細(xì)砂巖、礫巖、粉砂巖、硅質(zhì)頁巖、長石石英砂巖。易崩滑密實(shí)狀卵礫石亞區(qū)(Ⅴ4)主要分布于新港鎮(zhèn)南部低丘一帶。巖性主要為棕紅色泥礫層。

圖4 研究區(qū)工程地質(zhì)分區(qū)圖

3 工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

根據(jù)上文分析，參考相關(guān)評(píng)價(jià)案例(丁繼新等, 2005; 劉俊杉, 2014; 葛松, 2018)，根據(jù)主導(dǎo)因素、綜合分析及差異性原則(吳文敏, 1988; 趙傳海, 2013)，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體見表5。各評(píng)價(jià)指標(biāo)因子權(quán)重根據(jù)在根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和蕪湖地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值確定(谷天峰等,2004; 王輝等, 2015; 于俊杰, 2013; 楊江平, 2015)，具體權(quán)重賦值詳見表5。如表6所示，為本次評(píng)價(jià)過程中的工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)因子分級(jí)量化表。

表5 研究區(qū)工程建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重表

3.2 評(píng)價(jià)方法

本次評(píng)價(jià)中根據(jù)表5中的評(píng)價(jià)指標(biāo)和表6中的因子量化分級(jí)，對(duì)應(yīng)的四個(gè)等級(jí)和分值對(duì)應(yīng)別為：適宜級(jí)(10分)、較適宜級(jí)(6分)、適宜性差級(jí)(3分)、不適宜級(jí)(1分)。并且優(yōu)先考慮以高值為主。按下式計(jì)算評(píng)價(jià)單元的適宜性指數(shù)Is根據(jù)適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判定評(píng)價(jià)單元的工程建設(shè)適宜性分級(jí)。

表6 工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)因子分級(jí)量化表

(1)

根據(jù)《城鄉(xiāng)規(guī)劃工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，評(píng)定單元建設(shè)適宜性等級(jí)類別定量計(jì)算評(píng)判的判定標(biāo)準(zhǔn)按表7確定：

表7 評(píng)價(jià)單元的工程建設(shè)適宜性判定標(biāo)準(zhǔn)

最后根據(jù)收集的資料進(jìn)行權(quán)重進(jìn)行矢量圖層疊加，根據(jù)上述公式進(jìn)行適宜性指數(shù)計(jì)算，得到最終疊加結(jié)果，最終得到研究區(qū)工程建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果圖層。

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

采用基本指標(biāo)多因子分級(jí)加權(quán)指數(shù)法，即對(duì)以上制作出的各基本指標(biāo)評(píng)價(jià)單因子分級(jí)圖層進(jìn)行加權(quán)疊加，得到工程建設(shè)適宜性指標(biāo)評(píng)價(jià)體系綜合圖(圖5)。

圖5 研究區(qū)工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)分區(qū)

適宜區(qū)主要分布在工作區(qū)內(nèi)漳河和橫山河沖積平原區(qū)、青弋江沖積平原、崗地、山地丘陵大部分地區(qū)，行政區(qū)域上主要包括新港鎮(zhèn)、高安鄉(xiāng)、橫山橋鎮(zhèn)、峨橋鎮(zhèn)、火龍崗鎮(zhèn)、方村鎮(zhèn)、清水鎮(zhèn)、鏡湖區(qū)大部分區(qū)域，該區(qū)面積345.85 km2，占總面積(除水域)的47.74%。較適宜區(qū)主要分布在工作區(qū)內(nèi)長江沖積平原、青弋江東岸大部分地區(qū)，行政區(qū)域上主要包括新河鎮(zhèn)、白茆鎮(zhèn)、湯溝鎮(zhèn)、二壩鎮(zhèn)、高安鄉(xiāng)、龍湖新城、三山街道、清水鎮(zhèn)大部分區(qū)域，該區(qū)面積299.46 km2，占工作區(qū)總面積(除水域)的41.33%。較不適宜級(jí)主要分布在工作區(qū)內(nèi)長江沿岸，行政區(qū)域上主要包括黑沙洲、小洲鄉(xiāng)大部分區(qū)域，該區(qū)面積79.19 km2，占研究區(qū)總面積(除水域)的10.93%。

4 工程地質(zhì)特征

根據(jù)工程地質(zhì)分區(qū)結(jié)果來看，在二壩鎮(zhèn)、白茆鎮(zhèn)、小洲鄉(xiāng)等地局部分布有軟土、易液化粉(砂)土，屬于不良地質(zhì)體，工程建設(shè)應(yīng)注意防治沉降、震陷、液化等危害。其中分布在橫山橋鎮(zhèn)北部龍湖新城江北村-北焦灣-后埂村以及陡溝鎮(zhèn)童村-周家巷-湯溝小周村-二壩曹家莊的2a-4層粉細(xì)砂缺失亞區(qū)(Ⅰ1)應(yīng)注意軟土變形對(duì)天然地基及短樁基持力層的影響。主要分布于青弋江沿岸的小流域沖積平原工程地質(zhì)區(qū)(Ⅱ)，工程地質(zhì)力學(xué)良好，可作為天然地基和樁基持力層。分布在新港鎮(zhèn)-橫山橋鎮(zhèn)-峨橋鎮(zhèn)-蕪湖市區(qū)的局部小流域沖積平原工程地質(zhì)區(qū)(Ⅲ)，工程地質(zhì)力學(xué)良好，可作為天然地基和樁基持力層。分布于丘陵山體的兩側(cè)的崗地工程地質(zhì)區(qū)(Ⅳ)，該層工程地質(zhì)性質(zhì)良好，可作為主要持力層，需要注意是的是3b-1層粉質(zhì)粘土出露亞區(qū)(Ⅳ1)層“下蜀黃土”具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但有一定膨脹性且遇水易崩解，垂直裂隙發(fā)育，遇水易發(fā)生傾倒式的坍塌、滑落，因此在邊坡附近進(jìn)行工程建設(shè)應(yīng)該做好護(hù)坡措施。位于南部和中部的山地丘陵工程地質(zhì)區(qū)(Ⅴ)，人為改造強(qiáng)烈，由于采石、取土等形成大量高陡巖質(zhì)邊坡，巖體破碎，穩(wěn)定性差，崩滑危險(xiǎn)性較大。采石后留下多個(gè)巨大礦坑，深達(dá)數(shù)米，寬闊數(shù)百上千米，現(xiàn)大多已積滿水。Ⅴ1、Ⅴ2及Ⅴ3亞區(qū)經(jīng)區(qū)域構(gòu)造作用，巖體變形強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育。受風(fēng)化剝蝕和人工爆破開挖的影響，節(jié)理裂隙進(jìn)一步發(fā)育，表層巖體較破碎。Ⅴ4亞區(qū)受風(fēng)化剝蝕和人工開挖的影響，地層工程地質(zhì)條件較差，特別是新近形成的邊坡，易失穩(wěn)破壞。

根據(jù)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果來看：處于長江兩岸的地帶，在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中應(yīng)該將其最后考慮，因此屬于不適宜工程建設(shè)的地帶，工程地質(zhì)條件差，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，若有工程建設(shè)在可能會(huì)引發(fā)不好的后果；在距離長江兩岸稍微遠(yuǎn)的地帶，在城市規(guī)劃中應(yīng)該慎重考慮，因?yàn)樵u(píng)價(jià)結(jié)果顯示屬于較適宜的地帶，工程地質(zhì)條件替班，地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，若有工程建設(shè)應(yīng)該做好前期勘探等準(zhǔn)備工作，才能進(jìn)行工程建設(shè)施工等；在青弋江、漳河、橫山河等流域區(qū)，在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中可以進(jìn)行優(yōu)先考慮和開發(fā)，因?yàn)槠湓u(píng)價(jià)結(jié)果屬于適宜級(jí)，工程地質(zhì)條件優(yōu)良，地質(zhì)災(zāi)害很少發(fā)生，因此作為首要的工程建設(shè)用地的考慮范疇。該結(jié)果也表明了沿江地區(qū)的工程建設(shè)一般首要不能考慮江邊等區(qū)域，因?yàn)槠涔こ探ㄔO(shè)適宜性一般都較差，這與客觀現(xiàn)實(shí)情況也是相符合的。

5 結(jié)語

(1)根據(jù)研究區(qū)工程地質(zhì)特征，將其劃分為5個(gè)大區(qū)、10個(gè)亞區(qū)。在工程建設(shè)中，Ⅰ1和Ⅰ2亞區(qū)應(yīng)注意工程建設(shè)應(yīng)注意防治沉降、震陷、液化等危害；Ⅱ1亞區(qū)工程力學(xué)良好，可作為天然地基和樁基持力層；Ⅲ1和Ⅲ2亞區(qū)工程力學(xué)良好，可作為天然地基和樁基持力層；Ⅳ1亞區(qū)在邊坡附近進(jìn)行工程建設(shè)應(yīng)該做好護(hù)坡措施。Ⅴ區(qū)主要是分布在基巖地區(qū)，受風(fēng)化剝蝕和人工開挖的影響，地層工程地質(zhì)條件較差，特別是新近形成的邊坡，易失穩(wěn)破壞。

(2)選取地形形態(tài)等12個(gè)具體指標(biāo)，采用多因子分級(jí)加權(quán)指數(shù)法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)適宜性評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示研究區(qū)內(nèi)的長江兩側(cè)均為較不適宜工程建設(shè)的區(qū)域，面積約79.19 km2；較適宜工程建設(shè)的區(qū)域主要位于長江的北岸及小部分區(qū)域南岸，面積約299.46 km2；適宜工程建設(shè)的區(qū)域主要位于長江南岸，面積約345.85 km2。