石家庄市区水文地质及工程地质特征简析.doc

石家庄市区水文地质及工程地质特征简析56铁道勘察2008年第2期石家庄市区水文地质及工程地质特征简析崔庆国(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津300142)AnalysisonCharacteristicsofHydr0ge0l0gyandEngineeringGeologyatShijiazhuangUrbanDistrictsCuiQingguo摘要介绍了石家庄市区水文地质及工程地质特征,给出了市区范围内与基础建设联系较密切的一些地基土的设计参数.关键词水文地质工程地质下降漏斗抗浮1地质概况(1)地形地貌太行山大致以北东一南西向耸立于本区的西部.由西而东,依次排列着中山,低山,丘陵,平原,形成了地势上十分明显的西高东低的特点.市区地貌单元属太行山山前冲洪积平原,形态较为单一,地形平坦,高差不大.(2)区域构造大地构造属山西地台和勃海凹陷之间的接触地带.平原区分属于华北凹陷之西部边缘的冀中台陷和临清台陷,其上覆盖着巨厚的第四纪沉积物.太行山山前断裂保定一石家庄段全长160km,其南端即为石家庄段.断层无明显破碎带,其活动具有继承性,间歇性,同生性.在晚更新世早期有较弱活动,晚更新世晚期以来,少见活动迹象.该断裂目前处于相对稳定状态.(3)地震据河北省地震局1992年研究成果,石家庄市50年超越概率为10%时,地震设防烈度为6.7度.据历史记载,区内未发生过6级以上地震灾害.依据石家收稿日期:20080l一25作者简介:崔庆国(1973一),男,1998年毕业于西南交通大学水文地质与工程地质专业,工学学士,工程师.庄市区所处的大地构造环境,地壳结构特征,新构造运动特征,断裂活动和地震活动条件划分,在区域上属基本稳定型.(4)气象属暖温带亚湿润大陆性季风气候,四季变化明显,降水量多集中在68月份,约占全年的70%,大风多集中在三四月份.历年各月极端最高气温为42.9oC,各月极端最低气温为一19.3cI=.年平均气温为14.26cI=,最冷月平均气温为一1.15cc,最热月平均气温为26.6oC.年平均相对湿度为60.4%,年平均降水量为456mm,年平均蒸发量为1305.8mm,累年最多风向为SSE向.(5)降水年平均降水量为450550miD_.降水量的季节悬殊大,春季降水量占年降水量的10%14%.秋季降水量占年降水量的17%22%.冬季降水量仅占年降水量的2%一3%.夏季降水量占全年降水量的63%70%,且主要集中在7,8月份.2工程地质特征石家庄区域地层与华北其他地区基本相同,包括了太古界一中生界,其中震旦系同蓟县标准剖面比较,各组厚度显着变薄;古生界与华北各地一致,未见上奥一一一一一c0<,)一e<2一.一t带在施工中有发生较大变形的可能,其他地段发生变形的可能性较小.参考文献1铁道第一勘察设计院.青藏线西格段增建二线关角隧道地应力测试分析报告R.西安:铁道第一勘察设计院,20052GB50218-94工程岩体分级标准s3TB10012-2001铁路工程地质勘察规范S4TB10204-2002铁路隧道施工规范S石家庄市区水文地质及工程地质特征简析:崔庆国57陶一下石炭统;中生界普遍缺失;第三系仅出露始新统.石家庄市区属华北平原的西边缘,地层以新生界第四系地层为主,也是本区自然资源赋存及经济建设,人类活动涉及的主要层位.对工程建设(包括城市高层建筑,铁路,城市轨道交通一公路工程等)影响最大的是25m以下地层,也是石家庄市区多层建筑物的主要受力层和构成高层建筑深基坑边坡的主要土层.石家庄市区50m以下大致代表地层层位见图1.8070656o5550恒4540353025图1石家庄市区代表性地层层位石家庄市区地层具有典型的冲洪积成因特点,颗粒上细下粗,二元结构明显,与工程较密切的主要地层可简单概括为两层土,两层砂.地表至第一层砂土间普遍发育一套黄土状土,其顶板高程为67.074.0na,厚1.59.0m,为第四系全新统冲洪积物,大孔结构明显,可见垂直节理及虫孔,具有不均匀湿陷性,湿陷系数为0.0150.045,属I级非自重湿陷性场地.直立性好,边坡坡度可在1:0.75以上,表层多覆盖人工堆积层.第一层砂:以粉细砂为主,局部相变为中砂,多为稍密一中密,顶板高程为5970m,厚6.08.0m,黏粒含量高.第二层土:黄褐色一褐黄色,坚硬一可塑,土质较均匀,可见铁锰氧化物及白色钙质条纹,局部夹砂层.本层土有着显着的特点,塑性指数(,n)一般多在913之间,以粉质黏土为主,局部为粉土,但没有明显区别,多为互层状.市区较大沟渠及较大的排水管道渗漏的少量上层滞水均覆存于该层土内,强度较第一层土稍低.第二层砂:顶板高程为47.059.0m,以细砂,中砂为主,局部相变为粉砂,粗砾砂,多为密实;本层砂与第一层砂的明显区别是砂质纯净,黏粒含量低.以上各层地基承载力,地基计算参数,基坑支护设计参数见表1.表1试验设计参数指标三轴剪切试验天然快剪7EFk土层/(kN/m)CC名称/kPa/(.)/kPa/(.)/MPa/kPa第一层土19.13210.036.024.06.07.0130150第一层砂19.0030.0030.014.016.0180第二层土19.933.012.025.020.07.08.0160180第二层砂18.519030.003018.020.0220注:砂土的抗剪强度指标通过标准贯入试验击数值得出,压缩模量E根据静力触探锥尖阻力q和标贯试验值,参照地区经验确定.在25m以下分布厚层第四系上更新统碎石类土,以圆砾为主,褐黄色,中密一密实,潮湿.圆砾主要成分以石英砂岩为主,含零星灰岩,浑圆状,充填砂类土,局部相变为卵石.本层为城市高层建筑,高标准铁路,公路工程良好的桩端持力层.3水文地质特征(1)含水岩组划分石家庄至晋州含水层剖面见图2.2001000一100器-2oo一30040o一500图2石家庄至晋州含水层剖面示意第1含水岩组:在无极,藁城,赵县以西,其底板埋深最深30m,最浅10m,多为20m左右.中部深泽,晋县及赵县大安一带,最深45m,最浅20m,多为3050m.东部辛集境内最深90m,最浅50m,多为6o80m.含水层岩性特征:含水层厚度小于10m,自西向东层次增多.西部以中粗砂及砂砾卵石为主,一般可见12层,单层厚度为412m;平原中部以中粗砂及粗砂砾石为主,一般13层,单层厚度为515m;东部以中细砂和粉细砂为主,一般24层,单层厚度为820m,总厚度为2030m.该含水层地下水动力特征多属于潜水型,地下水补给来源是降水,地表水及田间回归水的垂直渗漏,与第含水组有密切的水力联系.目前,本含水层已基本被疏干.第含水岩组:上段底板埋深3060m,含水层厚1025m;主要岩性为粗砂夹砾石,中粗砂,细砂;单位涌水量为32nl/h?m,渗透系数为70.20m/d.下段底板埋深50100m,含水层厚3045m;主要岩性为中58铁道勘察2008年第2期砂,砾石,卵石,巨砾;单位涌水量为36.3m/h?m,渗透系数为116.5m/d.第1,含水岩组无严格的隔水层,第1,含水岩组统称为浅层含水岩组,地下水位埋深31.15m,第含水组呈大面积分布,是石家庄工农业用水,城镇,居民生活用水的主要开采层.第含水岩组:底板埋深70200m,自西北向东南倾斜,含水层厚030m;主要岩性为含黏土卵砾石,砾石夹黏土层,卵砾石风化程度较深.以柏林庄抽水试验资料为例:利用含水层厚度18m为本组主要含水层,单位涌水量为0.0324m/h?m,渗透系数为0.143m/d.富水性差而不均匀,但个别地带富水性良好.本组水力特征属微承压性质,与第含水组水位的变化趋势基本一致.第含水岩组:揭露本组的深孔很少,且无抽水实验资材.含水层揭露深度为300370m.主要岩性为黏土含卵砾石及砂质黏土,从岩性分析看富水性极差.(2)地下水埋深分布规律目前,石家庄区段平原地区地下水位埋深总的趋势是由北往南,由西向东呈递减之势,市区由于受水位下降漏斗影响,地下水位埋深最大,平均水位埋深为全区各市之首.东部平原石津渠以北的辛集,晋州地区水位埋深为3335m.东北部平原无极,深泽地区水位埋深为2326m.中部平原藁城水位埋深为3226m.北部平原的正定,新乐,行唐地区由2025m,加大到南部的3035m.南部平原的栾城,赵县,高邑地区水位埋深为3540m;高邑县后庄头一带可视为邢台宁柏隆漏斗的边缘地带,水位埋深较大.石家庄市水位埋深一般在3848m,最大水位埋深(铁道学院,桃园一带)接近53m.(3)地下水年内动态石家庄地区每年3,4月份春灌开始,地下水位由上升期渐变为下降期.46月,随着工农业开采量的增加,水位下降速度加快;雨季来临之前,水位下降到最低值.雨季后,由于开采量相对减少,水位由下降转为上升.然后一直回升到第二年23月,春灌前达到最高值.而后,开始下一个水文年的水位变化.石家庄地区地下水的埋深变化情况如表2所示.表2地下水埋深统计面平均地下水埋深/m面平均地下水埋深/m年份年份2月下旬5月下旬2月下旬5月下旬19757.5O9.4519769.43lO.6819778.699.9219787.138.7819797.708.8919808.239.57198l9.57l1.331982l1.O2l2.75198311.2912.11198411.7913.271985l3.1414.32(4)地下水位下降漏斗情况石家庄下降漏斗为常年性开采型水位降落漏斗,形成于1965年,中心位于华北制药厂.1973年后,漏斗中心转移到石家庄第一印染厂附近.1985年漏斗面积近300km,平均扩展速度为12.5km/a.到1990年漏斗影响面积增加到326.4km,平均扩展速度为5.2km/a.到1995年漏斗影响面积达到370.79km,比1990年扩展了44.39km.扩展方向主要是北部一西北部的市区供水水源地带,东部也略有扩展,其他地带基本保持稳定状态.由于1995年和1996年为丰水年,2000年漏斗影响面积为340.5km,比1995年有所减小.到目前,北部边界越过滹沱河到正定城关一战村果园一带;南部到栾城的西羊市一鹿泉的西良政;东部到东部郊区的杨家庄一韩通一线;西部仍在郊区于底一孔寨一西岗头.形成了南北长24km,东西宽23km,似椭圆形的水位下降漏斗.漏斗中心北移到石家庄铁道学院一桃园一带,中心水位埋深52.44m.漏斗面积达428.5km,封闭面积为52.5km,比2000年扩展了88.0km平均扩展速度为17.6km/a4结束语在城市建设中,不管是地面建筑还是地下空间的开拓建设,都将涉及到城市区域地层系统以及地下水的特征,基础地质条件起着关键性的作用.从以上分析来看,石家庄市区工程地质条件及水文地质条件非常适宜地下构筑物的建设.因此,石家庄市区地下水对一般的地面建筑物和地下构筑物设计施工几乎没有影响;而石家庄市区地层较简单,构成深基坑边坡的主要土层稳定性好,直立性好,适宜简单支护放坡开挖,第二层砂及下部的圆砾层为良好的桩端持力层.总体而言,石家庄市区水文地质条件及工程地质条件非常适宜城市基