武汉市工程地质及水文地质条件概况

武汉市工程地质及水文地质条件概况中国地质大学（武汉）工程学院教授中国地质大学（武汉）高科集团总经理武汉丰达地质工程有限公司董事长冯晓腊博士自然地理地质条件概况一、自然地理地质条件概况•1、气象水文属于亚热带东南季风气候区，主要气候特点是夏季炎热、冬季寒冷、降水充沛；年平均气温15.9℃，极端最高气温41.3℃，极端最低气温-18.1℃；多年平均降水量1261.2mm，降水多集中在6月～8月，占全年的41％；最大年降水量2107.1mm，最大日降水量332.6mm。长江最高洪水位为29.73m(吴淞高程系统)，最低枯水位8.87m，水位升降幅度20.86m。长江水与其两岸承压水有密切的水力联系，互补关系明显。市区分布有众多大小不一的湖泊，其水域总面积达191.12平方公里。•2、地形地貌地处江汉平原东部，地势为东高西低，南高北低，中间被长江、汉江呈Y字形切割成三块，谓之“武汉三镇”。城区南部分布有近东西走向的条带状丘陵，四周分布有比较密集的树枝状冲沟，武汉素有“水乡泽国”之称，境内大小近百个湖泊星罗棋布，形成了水系发育、山水交融的复杂地形。最高点高程约150m，最低陆地高程约18m。汉水在武汉市区汇人长江，具有明显的丘陵～平原地形特点，按地面高程、切割深度和地形形态将地形划分为平坦状平原、高岗～垅岗～波状平原和丘陵三种基本类型，相应的地貌可划分为三种成因类型和六个形态成因亚类型如下[2]：自然地理地质条件概况Ⅰ构造剥蚀丘陵：主要分布于武昌及汉阳部分地区。岩性主要由志留系砂页岩、泥盆系石英砂岩、二叠系硅质岩等组成。高程多大于100m，相对高差40～60m。Ⅱ1剥蚀堆积高岗状平原：主要分布于施岗、阳逻一带。由第四系下更新统砂、砂砾石等组成，呈半固结状，基底由白垩～下第三系泥质粉砂岩等组成，局部见有零星露头。高程65m左右，相对高差20～30m，呈近南北向的冲沟发育。Ⅱ2剥蚀堆积垅岗状平原：主要分布于长江、汉水以南的汉阳、武昌及滠口、阳逻一带。由第四系中更新统粘土、粉质粘土、粘土夹砾(卵)石组成。高程35～45m，相对高差5～15m，树枝状坳沟发育较好，在低洼部位形成较多的湖泊。自然地理地质条件概况Ⅲl侵蚀堆积波状平原：主要分布于张公堤附近及以北东西湖与武湖一带。由第四系上更新统粘土、粉质粘土及砂、砂砾石等组成，具二元结构。地面高程20～26m，相对高差小于10m。属长江二级阶地。Ⅲ2河流堆积平原：沿长江、汉水及其支流两岸呈条带状或弯月状不对称地分布，组成一级阶地。由第四系冲积粘性土、粉土、砂及砾卵石层组成，二元结构明显。阶面高程19～22m，高出长江正常水位2～5m，阶地上常发育湖、塘及沼泽地。Ⅲ3湖泊堆积平原：发育较为广泛，以汉阳、滠口、武湖一带较为多见。由第四系粉质粘土、淤泥质粉质粘土等组成。地面高程18～20m，高出湖水面1～3m。武汉地貌分区详见图1。自然地理地质条件概况图1武汉市地貌略图自然地理地质条件概况工程地质性质二、工程地质性质[2]•1、第四系地层工程地质特征武汉地区80％以上地表覆盖着第四系沉积层，绝大多数的工业与民用建筑坐落于其上。因此，武汉地区的工程地质特征主要表现在第四系地层工程地质特征。武汉地区第四系地层有全新统走马岭组，上更新统凤凰山组与青山组，中更新统王家湾组和下更新统半边山组。这些地层由于其年代不同，成因有别，分布范围不同，所处的地貌单元及所具有的工程地质特征也各不相同。现将其地层结构与工程地质特征分述如下：工程地质性质（1）一级阶地全新统地层结构与工程地质特征一级阶地汉口分布较广，武昌其次，汉阳较少。汉口地区一级阶地分布在张公堤以南地区，沿长江向东北延伸至滠口，向西至舵落口以西地区；武昌地区一级阶地以蛇山为界，北面分布于汉阳门～沙湖～青山镇小洲一线西北侧地区，蛇山以南分布于大桥～紫阳湖～张黄村一线以南地区；汉阳地区一级阶地分布于龟山～公公咀～四新一分场以南地区和沿汉江水边窄条形分布。Ⅰ级阶地地层主要由第四系全新统河流相及部分河湖相冲洪积及冲湖积物构成。上部为粘性土、淤泥质土，下部为交互层、砂及砂砾（卵）石层，具典型的二元结构；深度50m左右为基岩；地表层一般分布有填土或耕土。Ⅰ级阶地地层组成条件详见表1所示。地层名称顶面埋深(m)地层厚度(m)颜色状态地层主要参数指标岩性特征及工程评价Ps(MPa)fak(KPa)(1)填土杂填土-0~5杂组成物质不均匀，结构较松散素填土0~50~3杂50~80(2)粘性土2~40~6黄褐可塑1.0~1.4120~160为硬壳层，可作为一般多层建筑的天然地基(3)淤泥质土，淤泥或软粘性土3~56~20灰软~流塑0.3~0.50.5~0.750~8070~100土质软弱(4)粉土或粉砂夹粉质粘土（互层）9~133~5灰软~可塑1.0~2.0100~150土质较软弱，具砂性土特征(5)砂土粉细砂中粗砂12~1825~3030~35灰稍~中密中密~密实5.0~8.08.0~10.0160~200180~220土层的密度、组成颗粒及渗透性随深度而增大，可作为中等长度桩的持力层(6)砂砾卵石43~453~6中密~密实300~350较密实，可作为中长桩的持力层(7)基岩50左右按其岩性或分为强、中等、微风化层，中、微风化层可作为（嵌岩）桩的持力层表1武汉市Ⅰ级阶地堆积平原地区的地层构成条件及评价表工程地质性质工程地质性质（2）二级阶地上更新统地层结构与工程地质特征二级阶地由上更新统地层青山组和凤凰山组构成；青山组地层以风积成因为主，分布于武昌沙湖港～沙湖～青山东湖港一线；凤凰山组地层属典型的河流相沉积，分布于汉口张公堤以北的东西湖地区。现以常青花园地层（代表凤凰山组）和徐东路小区地层（代表青山组）为例分别将两组地层结构及其特征列于表2和表3，由下二表可知，凤凰山组地层工程地质条件比青山组地层好。表2常青花园3#地块高层写字楼地层结构特征及评价工程地质性质地层名称顶面埋深(m)地层厚度(m)颜色状态及密度比贯入阻力Ps(MPa)标贯击数修正值N岩性特征及工程评价(1)素填土2.0~4.0褐黄色为主系新近回填土，以褐黄色粘性土为主，底部有塘泥，结构松散(2)粘土2.0~4.01.7~5.0褐黄~黄褐硬塑~坚硬3.0~3.66.0~15.5含氧化铁、少量铁锰结核及高岭土、强度高，对基坑边坡稳定有利(3)粉质粘土2.3~5.01.2~5.1褐黄~黄褐可塑1.7~2.05.2~15.4含氧化铁、少量铁锰质，局部为软塑，强度不均一，对基坑边坡稳定尚有利(4)粘土6.0~7.86.9~9.5褐黄~黄褐可塑~硬塑3.1~3.38.0~16.2含氧化铁、少量铁锰质，夹少量粒径为10~50mm的碎石，强度较高，对基坑工程有利(5)粘土14.0~16.55.2~8.6褐灰~灰硬塑2.7~3.07.7~10.1含少量氧化铁及有机质偶尔夹螺壳，底部夹较多粗砂、角砾，强度高，对基坑工程有利(6)粗砾砂夹粘性土20.0~23.22.9~5.5灰、灰褐、灰黄中密~密实7.1~11.711.1~36.3含大量云母片，夹少量中粗砂及角砾，强度较高(7)砾砂24.5~26.83.0~7.0灰中密~密实13.9~28.6含云母片，夹少量卵石及薄层粘性土，强度较高(8)粘土28.0~32.02.0~4.4灰可塑（局部硬塑）18.4~21.6含少量氧化铁及有机质，局部富集高岭土(9)卵石30.0~34.85.3~11.7灰白密实18.8~29.3动触击数12.9~54.9卵石磨圆度较好，粒径一般为20~70mm，最大可达110mm，含量在50%以上，以石英岩为主，偶尔可见黑色燧石，充填均为中粗砂和粘性土表3徐东路小区高层住宅地层结构特征及评价工程地质性质地层名称顶面埋深(m)地层厚度(m)颜色状态及密度比贯入阻力Ps(MPa)标贯击数修正值N岩性特征及工程评价(1)填土0.8~5.8由粘性土混多量碎石、碎砖组成，底部一般有厚约0.4m的塘泥，质松软，结构松散，对基坑边坡稳定、防水及锚固不利(2)粘土0.8~5.83.8~5.8黄褐色硬~可塑1.3~1.68.3~12.9含少量氧化铁、铁锰质结构及少量高岭土，中压缩性，可作为多层建筑天然地基，对基坑边坡稳定、防水及锚固有利(3)粉质粘土6.0~8.00.9~2.8褐黄~黄褐可塑~软塑0.6~0.94含氧化铁、铁锰质及云母片，中偏高压缩性，对基坑边坡稳定、防水及锚固有利(4)粉质粘土9.1~12.01.5~8.0褐灰~灰可塑~软塑0.7~1.03.0~6.0含少量云母片有机质，该层上部局部为饱和粉土夹砂，厚度变化大，中偏高压缩性，对基坑边坡稳定、防水及锚固有利，遇有粉土夹砂时不利(5)粉质粘土10.2~16.11.8~7.6灰可塑~软塑0.9~1.34.4~9.1含少量云母片，夹少数薄层粉土，厚度变化大，对基坑边坡稳定、防水及锚固有利(6)粉质粘土夹粉土粉砂13.6~19.13.8~6.8灰可塑~软塑1.5~2.57.7~16.0粉质粘土与粉土、粉砂呈互层状、中压缩性，是上部粉质粘土与下部砂层的过渡层，粉质粘土为可塑状态，粉土与砂饱和，垂直渗透差，水平好(7)粉细砂18.0~24.85.0~13.3灰中密7.5~11.011.1~25.1含云母片，夹少量粉土，中压缩性，饱和为孔隙承压水含水层，基坑降水一般应将该层钻穿，并在该层取水(8)粉细砂夹粉质粘土29.0~33.41.6~6.0灰中密砂土4.5~11.0粉质粘土1.8~3.012.5~27.2含云母片，夹少量粉土，局部粉细砂与粉质粘土互层，底部一般有0.2~0.4m的卵石，中压缩性工程地质性质（3）中、下更新统地层及工程地质特征下更新统地层半边山组仅分布于施岗、阳逻等地，面积较小，为冲积沉积，棕红色砂砾石层；中夹黄色粘土、粉细砂层，半固结状，强度较高，可作为多层和一般高层建筑的天然地基持力层，一般形成高岗地貌。中更新统王家湾组地层分布于长江、汉水以南武昌与汉阳的大部地区，和府河以北的滠口、后湖地区；武昌地区分布于蛇山两侧向东至关山以东一线两侧大部分地区，和武重、梨园至武钢及东湖，严东湖，严西湖等周边地区；汉阳地区分布于龟山～王家湾～米粮山～快活岭～郭徐岭～沌口镇地区及墨水湖、太子湖等周边地区，构成长江三级阶地。其上部分为黄褐色粘土，含大量铁锰质结核，中部为褐红色网纹状粘土，为冲洪积，呈硬塑～坚硬状态，地基承载力较高。下部为粘土含角砾，局部为红泥砾或砾卵石层，为冲积和残坡积，地基承载力亦较高。现以沌口经济开发区神龙汽车有限公司武汉总装配厂地层为例列于表4。表4神龙汽车有限公司武汉总装配厂地层结构与评价工程地质性质中更新统地层与名称颜色状态与密度主要强度指标岩性特征及工程评价Ps(MPa)fak(KPa)(1)粉质粘土黄褐~褐黄硬塑~坚硬2.5~4.0250~350分布于岗坡地段，垄岗地段局部缺失，层面起伏大，近冲沟厚，垄岗薄。含铁锰质结核，少量灰白色高岭土条纹，闭合裂隙发育，土块易碎，压缩性低，强度高，对基坑边坡稳定，防水及锚固有利，但遇水易软化，基坑工程中应避免环境水渗入边坡土体，冲沟地段为第四系全新统所覆盖(2)粘土棕红~褐红坚硬3.5~6.0350~550个别地段缺失，一般均有分布，层面起伏大，冲沟薄，垄岗厚；所含高岭土在上部呈网状分布，下部分团块分布，压缩性低，强度高，对基坑稳定，防水及锚固有利，也应注意遇水软化对基坑的潜在危害(3)粘土夹碎石棕红~褐黄硬塑~坚硬350~450厂区西部分布连续，埋深浅，起伏小，厚度大，东部不连续，仅见于垄岗，埋深大，起伏大，厚度薄；西部碎石含量高，东部含量少，强度高，压缩性低，对基坑边坡稳定、防水、锚固有利(4)粘土黄~草黄坚硬300~400厂区分布连续，埋深大，含高岭土，属膨胀土(5)含卵石角砾黄色中密~密实400~600在沌口地区普遍分布，埋深20~28m，厚3~4m，以砂砾为主，颗粒呈棱角状，不均匀地夹有粘性土及卵石工程地质性质（4）垅岗地区(相当于Ⅲ级阶地)的地层构成及岩土体工程地质特征位于垅岗地区的地层主要由中、上更新统的粘性土(老粘土)组成，下部