地质工程论文
引言
潍坊滨海经济技术开发区是国务院 2010 年 4 月批准成立的国家级经济技术开发区，开发区北部沿海自然环境条件复杂，根据现场地面调查和对区域地质条件、人类工程活动影响的综合分析，存在着地面沉降、砂土液化、海（咸）水入侵等多种环境地质问题，随着港口建设和城市化进程的加快，人类活动的干扰又引发和加剧了环境地质问题。研究它们之间的内在联系与演变规律，进而控制和消除有害的物质作用，使人类社会经济活动与自然环境相协调，保护和合理利用地质环境，达到改善地质环境的目的，使其有利于人类生存和经济发展。
1 地面沉降问题
1.1 地面沉降产生的原因
产生地面沉降的原因一般可归纳为两大类。一是自然因素，包括地震活动，地壳的升降运动，软弱土层的固结变形引起的地面沉降以及地层自然压密产生的沉降；二是人为因素。开发区地面沉降的主要原因是：地下水的开采和软弱土层的固结变形引起的地面沉降。
开发区主要开采第四系孔隙含水层中的地下水（含卤水），开采地下水所引起的地下水水位降低，必然导致含水层本身的孔隙水压力的减小有效自重应力增加，地基土产生固结，从而引起地面沉降。
根据理论与实践成果表明，欠固结状态的土层在天然状态下尚未达到稳定，在自重应力作用下，土颗粒骨架产生位移，孔隙水排出，土体产生固结变形，宏观上表现为地面沉降。开发区北部沿海新吹填土区域，由于吹填时间较短，自重固结尚未完成，必然产生土层的固结变形，导致地面沉降。其次，大面积吹填土作用下地基土产生固结，也会引起沉降。
另外城市建设（如：修筑道路填土、各种建构筑物荷载等）亦导致开发区一定的地面沉降。城市建设的实质是增加了对土体的附加荷载，土层中有效应力增加，土体压缩变形。随着开发区北部沿海经济的快速发展，大规模高密度工程建设活动增加，其对地面沉降影响的势头也将增加。反映工程建筑施工活动对城市地面沉降的影响已成为不可忽视的因素。由此引发的地面沉降与建设规模、方式，地基土的工程地质性质等有密切关系。开发区位于为地壳下沉区，据前期研究结果，目前地壳构造沉降速率为0.016~0.073mm/a.
1.2 地面沉降的主要危害
地面沉降为城市的主要地质灾害，且是一种区域性、累积性、很难逆转的地面变形灾害，严重威胁着城市和人民的发展和安全。
①地面标高损失，城市防洪能力下降。
由于地面沉降，使地面标高降低，造成城市抵御洪水的能力大大下降，城市防洪安全等级下降。
②河流泄洪能力降低。
由于地面沉降，使河流堤岸、桥梁、入海闸等标高降低，使河流、沟渠的蓄水量降低，从而降低河流、沟渠的泄洪能力。
③由于不均匀沉降，造成城市排水系统损坏，汛期城市积水，影响正常生产和生活。
1.3 地面沉降防治的主要措施
控沉工作应以先进的科学技术为指导，坚持以防为主，防、治结合及开源、节流并举的方针，结合本地区社会经济发展实际，针对地面沉降生态环境面临的突出问题，统筹规划，分步实施一系列行之有效的控沉措施，把地面沉降造成的灾害减少到最低限度。
工程实例：山东潍坊滨海区华能风电场工程，装机规模为 3.45 万 kW,安装 23 台 1500kW 风发电机组。规划用地属滨海平原区，自南向北缓慢降低，地面高程在+1.88m~+4.94m,地表相对高差 3.06m,地形较平坦，主要为盐池、虾池和滩涂，见图 1.场区松散的第四系岩（土）层厚度较大，大于 200m.其附近区域卤水的利用程度较高，年开采量达 40 万 t 以上。
卤水的大量开采可能导致地下水水位，形成降落漏斗，加剧土层应力，压缩土层变形，导致地面沉降。对地质环境改变存在一定影响。因此，区内破坏地质环境的人类工程活动较强烈。为降低地面沉降对风机建设的不利影响，采取以下有效措施。①建立完善的地面沉降监测、分析、预报系统。②合理地开采地下水资源，保持地下水开采与补给的平衡，避免地面沉降的产生。③研究城市建设与地面沉降的关系，分析、预测城市建设引起地面沉降的程度，进行科学的城市规划布局，降低地面沉降对城市建设的影响。
2 饱和砂土液化问题
2.1 砂土液化产生原因
饱和的疏松粉砂、细砂土体在地震力作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受从砂土骨架转向水，由于粉细砂土的渗透力不良，孔隙水压力会急剧增大，当孔隙水压力大到总应力值时，有效应力就降到 0,颗粒悬浮在水中，砂土体即发生液化。
2.2 砂土液化区分布及等级
开发区内及附近区域可能造成砂土液化的土层为第四系全新统海陆相沉积层及海相沉积的饱和粉土、粉砂。
根据当地勘察资料，液化指数 IlE 一般在 1.21~35.36,地基液化等级属轻微~严重。
2.3 砂土液化的主要危害
砂土液化一方面造成建筑物地基强度下降，并产生不均匀沉降，导致建（构）筑物倾斜、开裂、下沉，甚至倾倒，使道路的路基滑移。另一方面由于砂土液化导致大面积的喷砂冒水，掩埋、淤塞地下通道、河流，淤积农田，毁坏农作物等。
2.4 预防砂土液化影响的主要措施
①液化区尽量避免采用天然地基，若必须利用液化土层，可采取增加液化土层的覆盖层厚度或采取换填、强夯、振冲加密等地基处理方法对液化土层进行加固处理，减小地基液化指数或消除土层液化。
②建筑物采用桩基础，桩应穿过可液化土层，并进入下部非液化土层一定深度，可有效防止液化对建筑物的影响。
③为减轻液化影响，可对地基基础及上部结构综合考虑采用如下措施：合理设置沉降缝；选择合适基础埋置深度，调整基础底面积，减小基础偏心等。
3 海（咸）水入侵问题
3.1 海（咸）水入侵原因
海水入侵：开发区为沿海低平原，区内地下水径流迟缓，以垂直蒸发排泄为主，在天然情况下，地下水水位高于海平面，部分径流排泄入海，由于地下水的超量开采，造成地下水水位大幅下降，在沿岸地带低于海水水面，改变了地下水的径流方向，导致海水补给地下水，形成海水入侵。
咸水入侵：主要原因为南部过量开采地下水淡水，导致淡水区水位大幅下降，在淡、咸水接壤附近地带低于咸水水位，造成咸水反向补给淡水区，形成咸水入侵。
据调查，潍坊市自 1977 年开始发生咸水入侵以来至2000 年，咸水已全面向南侧淡水区入侵 413 平方公里，年均入侵 17.2 平方公里。
3.2 海（咸）水入侵的危害
①工业方面的危害：在海（咸）水入侵以前，工业用水比较方便且产值利润较高，海（咸）水入侵后地下水被污染，地下水质恶化，原有水源地水井报废，被迫易地另建水源地；部分工矿企业设备严重锈蚀，缩短了设备使用年限，提高了生产成本，甚至部分企业会因此倒闭。②农业方面的危害：海（咸）水入侵一般发生在滨海平原及入海河流下游冲洪积平原区，这些地区土地肥沃，地下水丰富，是农业生产的高产区，海（咸）水入侵后，地下水被咸化，农田机井大批报废，导致大批良田变成了荒地。
③人民群众生活方面的危害：海（咸）水入侵以前，当地人民的生活饮用水充足且水质好，海（咸）水入侵后，给居民的生活用水带来很大困难，为解决人畜饮用水困难，只得投入大量资金打深井或从外地引（送）水。
3.3 海（咸）水入侵的防治对策
①加强用水管理，优化开采布局；②修建、加固防潮堤、闸；③设立海水入侵长期监测网点，进行系统的监测研究，及时掌握海水入侵的动态变化和发展趋势，为制定预防、治理措施提供科学依据。
为防止海水倒灌，减少海水入侵，潍坊市政府于2011年修建沿海防护堤（包括防潮闸在内）项目。防护堤轴线总长 16.162km,堤顶宽 7.0m,堤顶标高为 6.5m,总投资 8 亿元。防护堤在平面布局上现成环抱的态势，可以为防护堤后方水、陆域形成全方位的掩护，防护堤采用斜坡式结构。（图 2）
4 结语
①北部沿海区域主要通过合理地开采地下水资源，保持地下水开采与补给的平衡来防治地面沉降。
②可采取换填、强夯、振冲加密等地基处理方法对液化土层进行加固处理，采用桩基础工程应穿过液化土层，并且选择较好的土层作为桩端持力层。
③采取加强用水管理，修建、加固防潮堤、闸以及设立海水入侵长期监测网点等有效手段来预防海（咸）水的入侵。
④应定期对地下水水位及水质进行监测。
参考文献：
[1]罗国煜，等编着。城市环境岩土工程[M].南京大学出版社，2002.
[2]李相然，王祖旗。中国东部沿海地带环境工程地质问题的地域综合管理与防治[J].地理学与国土研究，2000（02）。
[3]JGJ79-2012,建筑地基处理技术规范[S].中国建筑工业出版社。
[4]岩土工程手册。中国建筑工业出版社。