研究区主要集中在莱州湾及其沿岸，36°55′—37°40′N，118°40′—120°05′E，总面积约10 259 km²，陆域约5 092 km²，海域约5 167 km²。山东省第四地质矿产勘查院于2015—2016年共施工工程地质钻孔24孔(孔深40~50 m)、水文地质钻孔10孔(孔深100~112 m)，采集土工试验样品389件、标准贯入试验357次，收集各类钻孔202个(图 1)。

图  1  主要钻孔位置示意图

Figure 1.  Location map of drilling holes

为了研究其地下水和土的腐蚀性，采集了地下水样品5件，易溶盐样品214件。研究区东部(陆域)5个钻孔(GZK16-GZK20)地下水静水位埋深较浅，因而采集地下水样品进行腐蚀性试验，测试分析项目包括SO₄^2-、Mg²⁺、NH₄⁺、OH^-、侵蚀性CO₂、HCO₃^-、Cl^-、pH、矿化度等。研究区西部(陆域)5个钻孔(GZK11-GZK15)处于地下卤水区，周边盐场、溴素厂不断抽取地下水，地下水静水位埋深均＞40 m，因而采集土样品进行腐蚀性试验；海域10个钻孔(GZK01-GZK10)，因无法采集相应的海底地下水，因而也采集土样品进行腐蚀性试验；测试分析项目包括K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO4^2-、HCO₃^-、CO₃^2-、全盐量和pH。

研究区南部和西部地表几乎全是全新世沉积，第四系地层厚度一般为250~400 m，成因类型主要为冲积和海积，岩性以粉砂、黏土质粉砂和黏性土等为主，另有细砂、粉细砂等。根据研究区现状，本次工程地质层组划分原则与标准如下：

(1) 沉积时代、成因类型和形成环境  土是自然历史的产物，其性质与其自然历史(包括土的成因、形成年代、沉积环境、以及形成后的变化等)密切相关，静水中沉积的土与流水中沉积的土性质不同，干燥环境下形成的土与温暖潮湿环境中形成的土形成不同；不同时代、不同成因类型的土体，即使其物理力学指标相近，其工程特性亦可能相差悬殊^[4-7]。

(2) 物质成分和结构特征  土的物质成分和结构，是决定土的工程地质性质的最本质的因素，土的物质成分和结构不同，其工程特性亦不同，物质成分和结构特征是层组划分的重要因素^[6]。

(3) 工程特性指标  不同土性需分析测试的参数评价方法不同，时代、成因类型以及岩性与结构特征相同或相近的土体，其工程特性指标也可能在空间上变化很大，工程特性指标是工程地质层组划分的需要考虑的重要因素之一^[6-7]。

根据上述工程地质层组划分原则与标准，采用绘制工程地质剖面的方法，对研究区地表以下50 m深度范围内的土层进行分层排序，将研究区土体划分为9个工程地质层，其中第2工程地质层根据物质成分和工程特性指标的差异，又划分为2个亚层(表 1、图 2)；莱州湾东岸地区因第四系较薄，且海拔较高，因而将其划为了1层，即基岩层。需要说明的是，第1、3、5、7、9层，粉土与粉砂本属于不同的土体类型，但因其工程性质相似，且区域内这些层位从研究区南部向北至海域内由粉砂逐渐过渡到粉土，为了海陆统一划分层位，考虑其沉积时代、成因类型相似，故将其划分为同一层位。从图 3中可以看出，第1、3、5、7、9层，自ZK01孔向北逐渐由粉砂变为粉土。

图  2  研究区三维工程地质结构图

Figure 2.  Three-dimensional engineering geological structure of the study area

图  3  纵5剖面示意图

Figure 3.  Schematic diagram of longitudinal profile 5

该层岩性为粉土、粉砂，在研究区内广泛分布；灰色，湿润，松散；顶板埋深0~4.30 m，层厚0.67~24.30 m，平均厚度7.48 m。自莱州湾向陆逐渐变厚，在潍河两岸达到最厚。该层承载力一般为60~120 kPa，工程地质性质多数较差，仅研究区东部和南部青乡镇一带砂层较致密，工程地质性质相对较好。

为全新世海相沉积，分为2个亚层：

2-1层为淤泥质土，在莱州湾北部、东营市一带广泛分布。黄灰色，饱和，软塑—流塑，切面光滑，有臭味^[8]。顶板埋深0~12.68 m，大部分埋深＜5 m，仅在下镇一带＞5 m；层厚1.44~12.30 m，平均厚度6.39 m，自南向北、自东向西逐渐变厚，最厚处分布在黄河入海口一带(图 3)。压缩模量0.54~1.19 MPa，孔隙比为1.07~1.673，黏聚力为1.0~9.1 kPa，内摩擦角为1.2°~8.6°，承载力一般为60~80 kPa，工程地质性质较差。

2-2层为粉质黏土(黏土)，在莱州湾南部、潍坊市北部一带广泛分布。灰黑—浅灰色，可塑，湿，干强度中等，韧性中等，切面光滑^[9]。顶板埋深3.00~24.30 m，自北向南埋深逐渐变大，最深处分布在潍河两岸；层厚0.70~13.00 m，平均厚度5.63 m，厚度呈现中间高，南北低的特点(图 3)。压缩模量3.00~18.60 MPa，孔隙比为0.509~1.070，黏聚力为6.90~52.20 kPa，内摩擦角为5.1°~27.2°，承载力一般为120~280 kPa，工程地质性质较好。

该层岩性为粉土、粉砂，在莱州湾中部、西部、南部广泛分布。灰—青灰色，湿润，松散，贝壳碎屑较多，干强度弱，韧性差。顶板埋深0~27.00 m，埋深自研究区东北部海域向西南部陆域逐渐变深；层厚0.22~16.60 m，平均厚度6.02 m，厚度自北向南逐渐变厚，最厚处分布在潍河西岸(图 3)。压缩模量6.40~26.30 MPa，孔隙比为0.516~0.675，黏聚力为4.4~13.5 kPa，内摩擦角为4.1°~26.1°，承载力一般为120~280 kPa，海域工程性质较差，陆域相对较好。该层位处于地下空间开发深度范围内，工程建设过程中应采取相应的处治措施，以消除其对工程的不利影响^[10]。

该层为粉质黏土，在莱州湾中部、西部、南部广泛分布。黄灰色，稍湿，可塑—硬塑，干强度中等，韧性中等，有大量锈痕^[11]。顶板埋深6.30~29.50 m，埋深自研究区东北部海域向西南部陆域逐渐变深；层厚1.20~17.00 m，平均厚度6.15 m，下镇—土山镇一线厚度较薄，往两侧逐渐变厚(图 3)。压缩模量3.60~21.10 MPa，孔隙比为0.408~0.834，黏聚力为8.4~48.8 kPa，内摩擦角为5.1°~30.1°，工程地质性质较好，承载力200~480 kPa，可做为持力层。

该层为粉土、粉砂层，在莱州湾中部、西部、南部广泛分布^[12]。黄灰—灰黄色，湿润—饱和，稍密—密实，干强度弱，韧性差。顶板埋深14.80~38.65 m，自研究区东北部向西南部逐渐变深；层厚0.60~13.65 m，平均厚度5.41 m，下镇—东冢镇厚度较大，两侧厚度逐渐变薄(图 3)。压缩模量4.40~19.50 MPa，孔隙比为0.470~0.902，黏聚力为2.70~36.70 kPa，内摩擦角为3.1°~27.3°，工程地质性质较好，承载力150~280 kPa，工程地质性质较好，分布普遍且厚度较大。

该层为粉质黏土(黏土)，在莱州湾中部、西部、南部广泛分布。深灰色，稍湿，可塑—硬塑，干强度中等—强，韧性中等—强^[11]。顶板埋深34.80~68.50 m，自研究区东北部向西南部逐渐变深；层厚1.40~15.10 m，平均厚度5.76 m，羊口—下营镇一线较厚，两侧逐渐变薄(图 3)。压缩模量3.90~17.70 MPa，孔隙比为0.413~0.861，黏聚力为12.80~56.00 kPa，内摩擦角为8.1°~27.4°，工程地质性质较好，承载力200~440 kPa，工程地质性质较好，分布普遍且厚度较大。

该层为粉土、粉砂层，在莱州湾中部、西部、南部广泛分布。黄灰色，饱和，密实，主要矿物成分为石英、长石，夹薄层粉质黏土和粉土^[13]。顶板埋深26.00~56.00 m，自研究区东北部向西南部逐渐变深；层厚0.60~16.64 m，平均厚度5.04 m，莱州湾东北部、土山镇—新河镇、卧铺镇北部、央子镇一带较厚，厚度一般＞8 m，其余地方较薄(图 3)。压缩模量7.2~8.5 MPa，承载力200~300 kPa，工程地质性质较好。

该层为粉质黏土，在莱州湾中部、西部、南部广泛分布。灰色，稍湿，可塑-硬塑，锈斑较多，干强度强，韧性强。顶板埋深28.60~58.00 m，自研究区东北部向西南部埋深逐渐增大；层厚0.95~33.70 m，平均厚度7.27 m，自东北部向西南部逐渐变厚，另外下镇一带也较厚(图 3)。压缩模量4.60~14.60 MPa，孔隙比为0.431~0.900，黏聚力为10.50~90.40 kPa，内摩擦角为8.4°~22.7°，工程地质性质较好，承载力250~480 kPa，工程地质性质较好，分布普遍且厚度较大，为良好的桩端持力层。

该层岩性为粉土、粉砂，在莱州湾中部、西部、南部广泛分布。黄灰—灰色，饱和，松散。顶板埋深28.60~58.00 m，揭露层厚0.95~33.70 m，平均揭露厚度6.40 m。因该层较深，研究区内工程地质钻孔大都没有穿透，因此工程地质参数不详。

主要分布在研究区东部莱州一带，岩性以花岗岩类、闪长岩类及正长岩类为主。岩石坚硬、致密、性脆、块状结构、力学强度高^[14]。山区风化带一般＜3 m，其他地区为10~20 m。该岩组抗压强度一般为120~200 MPa。

研究区东部分布有坚硬的侵入岩及变质岩，工程地质条件良好；南部和西部地表几乎全是全新世沉积，成因类型主要为冲积和海积，岩性以第四纪粉细砂、粉土、粉质黏土等为主，工程地质条件较复杂。根据本次施工钻孔及收集资料，研究区存在的工程地质问题主要有饱和砂土液化、软土、盐渍土和水土腐蚀等。

根据《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB50011—2010)^[15]，莱州湾西岸东营市、东岸莱州市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10 g；莱州湾南岸寿光市、潍坊滨海开发区、昌邑市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15 g；海域规范中未规定，因研究区海域均在潍坊北部，断裂构造也是潍坊市陆域构造在海里的延伸，因此抗震设防烈度、设计基本地震速度同莱州湾南岸。本次地震作用下地基土液化可能性评价到20 m范围。

首先按《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB50011—2010)对研究区内饱和砂土进行初步液化判别；当初步判别认为需要进一步进行液化判别时，采用标准贯入试验判别法对研究区地面下20 m范围内的饱和砂土层进行液化判别^{[15, 16]}。

经计算，将研究区划分为饱和砂土液化严重区、中等区、轻微区和不液化区等(图 4)。具体如下：

图  4  研究区7度地震作用下液化程度分区图

Figure 4.  Regional map of possible liquefaction under 7 grade earthquake in the study area

饱和砂土严重液化区：海域主要分布在潍坊森达美港北部往东北呈环形分布，陆域主要分布在东营市永安镇一带，液化指数最高可达74.76。

饱和砂土中等液化区：在莱州湾及其西岸广泛分布，液化指数在9.67~16.00之间。

饱和砂土轻微液化区：主要分布在莱州湾近海岸区，液化指数在2.29~5.39之间。

饱和砂土不液化区：主要分布在莱州湾南岸、东岸的广大区域，液化指数均＜6，地下水位埋深普遍＞20 m。

研究区内软土一般是指天然含水量大、压缩性高、承载能力低的软塑到流塑状态的黏性土，如淤泥、淤泥质土以及其他高压缩性饱和黏性土、粉土等^[17-19]。莱州湾及黄河三角洲地区地处渤海之滨，具有软土的沉积环境，钻探资料亦表明，研究区北部呈片状分布着软土，即第2-1工程地质层。软土顶板埋深多在5 m左右，0~20 m深度范围内软土单层厚度大多小于2 m，累计厚度5 m左右。

研究区盐渍土主要分布在黄河三角洲、莱州湾滨海平原区，地貌类型为冲积海积平原和黄河三角洲平原区，地面标高一般小于10 m^[20]；另外，在莱州湾东岸主要河流入海口附近滨海平原地带也有分布。土壤含盐量一般在0.60%~1.50%，有的大于1.50%。盐化类型以氯化物或氯化物、硫化物为主，其厚度及埋藏深度一般小于4 m。其工程地质性质是干燥状态时强度较高，浸水后盐分溶解，强度降低，压缩性增大，影响建筑的稳定性，一般对管道及混凝土具腐蚀作用^[21](图 5)。

图  5  研究区盐渍土分布示意图

Figure 5.  Distribution map of saline soil in the study area

地下水和土的腐蚀性评价按《岩土工程勘察规范(GB 50021—2001)》^[22]进行评价，考虑水文气象、场地地层与水文地质条件，确定研究区的场地类型为湿润区；场地环境类型为Ⅱ类；地层属于弱透水，地层渗透类别按B类，建筑基础结构按长期浸水考虑。

通过对研究区内地下水和土成分分析得出以下认识：

(1) 区域内地下水和土的阴离子以SO₄^2-、HCO₃^-、Cl^-为主，不含OH^-和CO₃^2-；阳离子主要为Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺和K⁺。GZK01-GZK15为土的易溶盐含量，单位为mg/kg；GZK16-GZK20为地下水的离子含量，单位为mg/L。

(2) SO₄^2-是地下水和土的主要阴离子成分之一，也是混凝土结构腐蚀的主要因子之一^[23]。研究区内GZK17、GZK18、GZK20孔的SO₄^2-含量显示地下水对混凝土结构具有微腐蚀性；GZK01-GZK13、GZK15、GZK19孔的SO₄^2-离子含量392.44~2 206.67 mg/L(mg/kg)之间，地下水和土对混凝土结构具有弱腐蚀性；GZK14孔SO₄^2-含量2 420.26 mg/kg，地下水和土对混凝土结构具有中等腐蚀性；GZK16孔SO₄^2-含量达到5 546.76 mg/L，地下水对混凝土结构具有强腐蚀性。

(3) 区内地下水和土的总矿化度由主要阴离子SO₄^2-、HCO₃^-、Cl^-与阳离子Mg²⁺、Na⁺、Ca²⁺等离子的含量共同决定。研究区地下水和土中总矿化度最高的为GZK16孔，含量达到66 505.86 mg/L, 地下水和土对混凝土结构具有强腐蚀性；其余钻孔中地下水中总矿化度含量均＜20 000 mg/L，土中总矿化度含量均＜30 000 mg/kg，地下水和土对混凝土结构具有微腐蚀性。

(4) 研究区内地下水和土中Mg²⁺含量仅GZK16孔较高，达到3 059.03 mg/L，地下水对混凝土结构具有中等腐蚀性；其余钻孔Mg²⁺含量在18.04~870.65 mg/L(mg/kg)之间，地下水和土对混凝土结构具有微腐蚀性。

(5) 区内地下水和土的pH值在6.95~9.25之间，平均值为8.62。据pH值含量显示该区域地下水对混凝土的腐蚀性均为微腐蚀。

(6) 研究区的Cl^-高浓度主要分布在GZK11、GZK14-GZK16孔，地下土中Cl^-含量在10 104.46~12 970.90 mg/kg之间，地下水中Cl^-含量最高达到37 582.71 mg/L，地下水和土对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为强腐蚀; GZK01-GZK10、GZK12、GZK13孔中Cl^-离子含量在2 595.19~7 018.95 mg/kg之间，地下水和土对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为中等腐蚀；GZK17-GZK20孔中Cl^-含量较低，含量在93.37~337.31 mg/L之间，地下水和土对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为微腐蚀。

通过对研究区施工的20个钻孔内地下水和土腐蚀性分析得出地下水和土腐蚀性分布(图 6、7)及如下结果：

图  6  地下水和土对混凝土结构腐蚀性评价分布图

Figure 6.  Assessment map of ground water and/or soil corrosion to concrete structures

图  7  地下水和土对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性评价分布图

Figure 7.  Assessment map on corrosion of reinforced concrete structures by groundwater and soil

(1) GZK16孔地下水和土对混凝土结构的腐蚀性为强腐蚀性；GZK14孔地下水和土对混凝土结构的腐蚀性为中腐蚀性；GZK01-GZK13、GZK15、GZK19孔地下水和土对混凝土结构的腐蚀性为弱腐蚀性；GZK17、GZK18、GZK20孔地下水和土对混凝土结构的腐蚀性为微腐蚀。

(2) GZK11、GZK14-GZK16孔地下水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为强腐蚀；GZK01-GZK10、GZK12、GZK13孔地下水和土对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为中等腐蚀；GZK17-GZK20孔地下水和土对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为微腐蚀。

(1) 在搜集资料和综合对比的基础上，分析了研究区的工程地质特征，依据①沉积时代、成因类型和形成环境；②物质成分和结构特征；③工程特性指标等3个方面，采用绘制工程地质剖面的方法，对研究区地表以下50 m深度范围内的土层进行了分层排序，将研究区土体划分为9个工程地质层，其中第2工程地质层又根据物质成分和工程特性指标的差异，分为2个亚层。

(2) 分析评价了研究区软土、盐渍土的分布范围、物理力学性质；分析研究了研究区液化土的分布及液化等级；对地下水和土的腐蚀性进行了分析评价。

(3) 在进行海岸带开发利用时，要充分考虑研究区内存在的饱和砂土液化、软土以及盐渍土等工程地质问题，及早做好防范工作。