（海洋地质专业论文）南堡曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究.pdf

l l i j i r l l l l l f i i i j r i l i i i i i l l f f f i i i i f i i i l f i j i i i f i 册 y 18 2 9 9 15 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得中国海洋大学或其他教育机 构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：立0 v 签字日期：的f 6 年月甲日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：立胤 签字日期：讪厂d 年月甲e l 导师签字： 签字日期：沪o 年6 月夕e l 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 摘要 渤海湾是我国油气资源勘探与开发最早的地区之一，其中渤海湾北部的南堡 一曹妃甸海区是浅海油田的重点开发区，其海洋环境具有相当的特殊性，多动态 要素变化极为活跃，工况条件相当复杂。 本文系统总结了南堡一曹妃甸海域气象、海洋水文、地质地貌及工程地质等 工程环境资料，对研究区进行了工程地质分区，着重讨论了两类插桩式平台桩基 础( 具大桩靴和不具大桩靴的桩基) 在各工程地质区的稳定性，分区块对南堡一 曹妃甸海区的桩基适宜性进行了评价。 依据工程地质条件和桩基适宜性研究，将南堡一曹妃甸海域分为三个工程地 质区。对于具大桩靴的平台桩基础来说，位于南堡海域的i 区和曹妃甸中部海域 的i i 区为研究区内桩基适宜性较好的区块，位于曹妃甸东部海域的i i i 区为内桩基 适宜性差异较大的区块；对于不具桩靴的平台桩基础来说，i i 区和i i i 区为桩基适 宜性较好的区域，位于南堡海域的i 区则为研究区内桩基适宜性差异较大的区 域。 南堡一曹妃甸海域海底上部的全新世海相层发育着较厚的粉砂层，为良好的 工程地质层。下部晚更新世沉积中强度较高的粉土、砂质粉土、粉砂层等亦是良 好的工程地质层。不同区块晚更新世沉积中粉土、砂质粉土、粉砂层分布的层位、 厚度是影响桩基适宜性的主要因素。此外，桩基础桩截面面积和桩靴面积的差异， 也是影响桩基适宜性的因素之一。 关键词：南堡一曹妃甸；工程地质特征：插桩式平台；桩基础 r e s e a r c ho nm a r i n ee n g i n e e r i n gg e o l o g yc h a r a c t e r i s t i ca n d f e a s i b i l i t yo fp i l ef o u n d a f i o na tt h en a n p u - - - c a o f e i d i a ns e aa r e a a b s t r a c t t h eb o h a ib a yi so n eo ft h ea r e a sw h e r et h ee x p l o i t a t i o no fp e t r o l e u ma n d n a t u r a lg a sw a sm o s te a r l y a n dt h en a n p u - - c a o f e i d i a na r e ai nt h eb o h a ib a yn o r t h s h a l l o ws e aa r e ai st h ei m p o r t a n tr e g i o no fs h a l l o ws e ao i lf i e l d ，丽ms p e c i a lo c e a n e n v i r o n m e n t 、a c t i v ed y n a m i cf a c t o ra n dc o m p l e xg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s t h ea r t i c l es u m m a r i z e st h eo r d e r l i n e s so fw e a t h e r 、o c e a nh y d r o a r a p h y 、o c e a n i c e 、g e o l o g i ca n dp h y s i o g n o m y , d i v i d i n gt h er e s e a r c ha r e ai n t od i f f e r e n te n g i n e e r i n g g e o l o g i c a lr e g i o n s ，a n dd i s c u s s e st h es t a b i l i t yo ft w od i f f e r e n tp i l ef o u n d a t i o no f i n s e r t i n gp i l ep l a t f o r m ( w i t hl a r g ep i l es h o e sa n dw i t h o mp i l es h o e s ) ，e v a l u a t i n gt h e f e a s i b i l i t yo fd i f f e r e n te n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lr e g i o n si nt h et h en a n p u - - - c a o f e i d i a n a c c o r d i n g t ot h es t u d yo f e n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o n sa n dt h ef e a s i b i l i t yo f p i l ef o u n d a t i o n ，i td i v i d e st h en a n p u a o f e i d i a ns e aa r e ai n t ot h r e er e g i o n s f o rt h e p l a t f o r mw i t hl a r g ep i l es h o e s ，1w h i c hl i e si nn a n b us e aa r e aa n d1 1w h i c hl i e s i n c a o f e i d i a nc e n t r a la r e ai sg o o df e a s i b i l i t yr e g i o n ，1 1 1 w h i c hl i e si ne a s to fc a o f e i d i a n a r e ai st h e r e g i o nw i t hg r e a td i v e r s i t y ；f o r t h ep l a t f o r mw i t h o mp i l e s h o e s ， i ia n d l i i a r e ai sg o o df e a s i b i l i t yr e g i o n ，ia r e ai st h er e g i o n 晰t hg r e a td i v e r s i t y t h eo b v i o u sd e e pp o w d e rs a n di nt h es e as u r f a c ei sg o o de n g i n e e r i n gg e o l o g i c a l s t r a t u m ，i ti sf e a s i b l ef o rt h ep i l ef o u n d a t i o nt oc h o o s et h i ss t r a t u m ，i ti sa l s of e a s i b l e f o rt h ep i l ef o u n d a t i o nt op l e i s t o c e n es i l ts o i l 、s a n ds i l ts o i ls t r a t u mw h i c hh a sh i g h e r i n t e n s i t ya sb e a r i n gs t r a t u m a n dt h ep o s i t i o na n dd e p t ho fp l e i s t o c e n es i l ts o i l 、s a n d s i l ts o i ls t r a t u mi st h em a i nf a c t o rw h i c hi n f e c tt h es t a b i l i t yo fp i l ef o u n d a t i o n m o r e o v e r , t h ed i f f e r e n ta c r e a g eo fp i l es e c t i o na n dp i l es h o e si sa n o t h e ri n f l u e n c e f a c t o r k e y w o r d s ：n a n p u - - c a o f e i d i a n ；e n g i n e e r i n gg e o l o g yc h a r a c t e r i s t i c ； t h e i n s e r t i n gp i l ep l a t f o r m ；p i l ef o u n d a t i o n 2 目录 0 前言1 o 1 研究意义1 0 2 研究内容1 0 3 前人研究工作1 1 研究区概况3 1 1 研究区地理位置3 1 2 研究区气象水文条件4 1 2 1 气温4 1 2 2 降水4 1 2 ：；j j 目l 4 1 2 4 雾6 1 2 5 海浪6 1 2 6 潮汐与潮流1 0 1 2 7 风暴潮12 1 2 8 海冰1 3 1 2 9 地震14 1 3 区域地质14 2 研究区地形地貌及表层沉积物特征15 2 1 地形地貌特征l5 2 2 表层沉积物分布特征15 2 2 1 海底底质特征15 2 2 2 表层沉积物类型分布15 2 3 表层沉积物的抗剪强度1 6 3 研究区地层结构特征1 8 4 研究区分区及各区块工程性质21 4 1 分区原则2 l 4 2 研究区工程地质分区2 1 4 3 典型钻孔的选取21 4 4 各区浅部地层分布及其工程性质2 2 4 4 1i 区浅部地层及物理力学指标2 2 4 4 2i i 区浅部地层及物理力学指标2 5 4 4 3i i i 区浅部地层及物理力学指标2 9 5 研究区桩基稳定性分析3 4 5 1 两类不同的插桩式平台桩基参数3 4 5 2 桩基计算3 4 5 2 1 平台插桩地基土极限承载力计算3 4 5 2 2 刺穿分析3 6 5 3 各工程地质区承载力特征3 7 5 3 1i 区承载力特征3 7 5 3 2i i 区承载力特征3 7 5 - 3 3i i i 区承载力特征3 7 5 4 研究区各工程地质区桩基稳定性分析4 5 5 4 1i 区桩基稳定性分析4 5 5 4 2 区桩基稳定性分析4 5 5 4 3 区桩基稳定性分析。4 6 5 4 4 各区桩基分析结果4 8 6 影响桩基适宜性的因素5 1 6 1 影响桩基适宜性的工程地质因素5 1 6 1 1 刺穿破坏5l 6 1 2 砂土液化5 2 6 2 影响桩基适宜性的环境因素5 4 6 2 1 环境荷载对桩基稳定性的影响5 4 6 2 2 海底构筑物的冲刷淘空5 4 7 南堡一曹妃甸海域桩基适宜性评价5 7 i l 7 1 各工程地质区桩基适宜性评价5 7 7 1 1 具大桩靴桩的桩基适宜性5 7 7 1 2 不具桩靴桩的桩基适宜性5 7 7 2 不同类型桩基插桩深度分布规律5 8 8 主要结论5 9 参考文献6 l ， 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 0 前言 o 1 研究意义 渤海是一个半封闭的内海，其海洋环境具有相当的特殊性，多动态要素变化 极为活跃，工况条件相当复杂。渤海作为我国浅海油气资源勘探与开发最早的地 区之一，自改革开放以来，先后发现储量在几千万吨甚至上亿吨的油田就有数个， 这意味着，渤海油气资源勘探与开发进入高峰期。据勘探表明，在渤海湾北部的 南堡一曹妃甸海域，蕴藏着丰富的油气资源。海洋油气勘探与开发较陆地有着施 工难度大成本高的特点，石油钻井平台做为油气资源开发的一种重要手段，其作 用越来越明显。该区域的研究可以对南堡油田浅海人工岛建设和近海海洋钻井平 台施工，及曹妃甸区域的海洋工程提供参考。对海洋钻井平台的选择和就位，避 免或预防工程地质灾害的发生，降低海洋钻井平台的作业风险，都具有重要的现 实意义。 o 2 研究内容 随着渤海湾北部地区油气资源的勘探和海洋工程的推进，对本区域的研究也 越来越深入。本文在收集南堡一曹妃甸区域地形地貌、表层沉积物、钻孔等资料 的基础上，对该区域的工程地质特征及桩基适宜性进行了研究，主要研究内容如 下： ( 1 ) 根据大量站位的表层沉积物的粒度特点及抗剪强度指标，得出渤海湾 北部地区表层沉积物的分布特规律其抗剪强度特征的分布。 ( 2 ) 根据研究区内大量钻孔的比较，概括出其地层结构特征。 ( 3 ) 根据典型钻孔的计算分析，对研究区内两类不同插桩式钻井平台的桩 基适宜性进行研究。 ( 4 ) 对研究区内不同型号的平台的稳定性给与评价，总结出各个区块所适 合作业的平台型号。 0 3 前人研究工作 李凤业和史玉兰( 1 9 9 5 ) 研究了渤海现代沉积。赵保仁合雷方辉( 1 9 9 5 ) 分析研 究了渤海的环流、潮余流及其对沉积物分布的影响。董太禄( 1 9 9 6 ) 对渤海现代沉 积作用与模式进行了研究。冯金良和张稳( 1 9 9 7 ) 研究了渤海湾西北淤泥质海岸河 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 口现代沉积物的物理及力学特征。周立宏，李三忠等( 2 0 0 3 ) 运用深层地震勘探方 法，论述渤海湾盆地区燕山期构造特征与盆地原型。于宜法，俞幸修( 2 0 0 3 ) 利用 三维模式模拟了海区的天文一风暴潮。沈照伟和王永学( 2 0 0 3 ) 应用非冻结合成模 型冰对渤海海冰的物理进行模拟并研究其对直桩的作用。贾志斌合谷维成( 2 0 0 3 ) 根据盆地演化过程中的地应力场变化，分析、确定了盆地性质，划分了5 个应力 区带，并分析了成因机制，结合各区带的油气勘探现状，进行了油气评价。张抗 ( 2 0 0 2 ) 对总结了渤海海域和滩海勘探工作的新进展。陶长飞( 2 0 0 8 ) 对曹妃甸浅 滩工程地质特征及插桩深度做了初步研究。陈文文( 2 0 0 9 ) 对渤海湾北部5 0 0 0 年 以来环境变化及其背景做了初步探讨。邹浩( 2 0 0 9 ) 探讨了渤海湾北部沉积物的物 源和沉积环境。运用粒度、矿物学和沉积动力学手段，对研究区表层沉积物进行 了沉积物类型、矿物组成、运移趋势、沉积物物质来源等多种分析。结合矿物学、 沉积学的方法，对研究区柱状沉积物样品进行了综合分析，进一步探讨了时间尺度 上沉积环境的变化。 前人对渤海湾的研究主要集中在盆地构造格架的成因及演化、油气系统的预 测和评价，沉积体成因、沉积相特征及风暴潮、海冰等海洋灾害方面，对曹妃甸 海域的分区主要是根据其海底地形地貌所划分。而本文在总结了前人研究工作的 基础上，根据研究区地层特点，将其划分为三个工程区块，并对各个区块内不同 型号的插桩式钻井平台的桩基适宜性进行了系统的总结，对海洋钻井平台的选择 和就位，避免或预防工程地质灾害的发生，降低海洋钻井平台的作业风险，具有 重要的现实意义。 2 南堡一曹妃甸海域上稗地质特征及桩基适宜性研究 l 研究区概况 1 1 研究区地理位置 渤海位于北纬3 7 0 0 77 - 4 1 0 ，东经1 1 7 0 3 5 - - 1 2 1 0 1 07 之间，是深入中国大陆的 一个近封闭型的浅海，其南、北、西三面环陆，东面以渤海海峡与黄海相通，其 间以北起辽东半岛南端的老铁山角、南至山东半岛北端的蓬莱角一线与黄海分 界。渤海可以分为以下几个部分：辽东湾、渤海湾、莱州湾、渤海海峡和中央盆 地。渤海湾区位于秦皇岛金山咀( 3 9 0 4 8 8 n ，1 1 9 0 3 1 7 e ) 和老黄河口( 3 8 0 0 8 5 n ， 1 1 8 0 5 2 e ) 连线为界以西海域，被河北省秦皇岛市、天津塘沽、河北省黄骅县、 山东省沾化县等沿岸所环绕，其面积约为l 万5 千余平方公里。本文的研究区域 位于渤海湾北部的南堡一曹妃甸海域，具体位置如图1 - 1 所示。 图1 1研究区地理位置 南馑一曹妃甸海域上释地质特征及桩摹适宜性研究 1 2 研究区气象水文条件 1 2 1 气温 该地区多年年平均气温为1 2 6 c ，而多年月平均最高气温为2 6 1 ( 8 月) ， 月平均最低气温值为2 5o c 0 月) 。渤海湾多年来记录到的极端最高温度是 4 3 7 ，极端最低温度一2 0 以下( 曾记录到2 8 ) 。 该区的年温差在3 0 。c 以上，月温差为7 , - 一9 0 c ，气候属大陆型。 1 2 2 降水 该区的多年平均降水量为6 4 6 9 m m 年，最大年降水量为8 2 1 6 m r n 年，最小 的年降水量4 7 2 2 m r n 年，年降水量变化率在1 1 - - 2 7 。 本区年降水量分布不均，主要集中在夏季( 7 、8 月份) ，约占全年降水量的 6 4 3 ，冬季( 1 、2 月份) 降水量最少，仅占全年降水量的1 1 。 1 2 3 风 ( 1 ) 季风i 渤海处于东亚季风气候区，冬寒夏暖，四季分明，风向的季节 变化显著。图1 1 给出了累年的风向、风速玫瑰图。可以看出，全年以s 、n w 、 s w 、e 风为主，风频率分别为1 0 、9 、9 、9 ，s e 、s s e 、w s w 、w 次 之，为7 ，静风最少，为1 。 冬季( 1 2 至翌年2 月) ，n w 风占主导地位，静风较少，e s e - - s s e 各向风 也很少出现。代表月为1 月份，以n w 向风出现频率最高，为1 7 ，其次为w 和e ，出现频率分别都为1 0 ，静风、e s e - - s s e 各向风也很少，频率均为2 。 春季( 3 - - 一5 月) 为冬季向夏季过度的季节。与冬季相比，春季的风向比较 分散，且偏北风明显减少，偏南风明显增多。代表月为4 月份，以s 风出现频率 最高，1 4 ，其次为偏e 风，出现频率为1 0 ，n n e 、w n w 各向风也很少， 频率均为2 ，静风最少，频率接近零。 夏季( 6 - - 8 月) 各月与冬季相反。风向多集中在s s e 各向。w n n w 各 向风很少出现，代表月为7 月份，以e 、e s e 、s e 、s s e 、s 风出现频率最高， 分别为1 0 、1 0 、1 5 、l l 、1 l ，w n w - - n n e 各向风也很少，静风最少， 频率接近零。 秋季( 9 , - - 一1 1 月) 和夏季相比，偏北风和偏西风出现频率明显增多，e s e 向风相对偏少，9 、1 0 月份风向相对分散一些，1 1 月份己接近冬季风特征。代表 4 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 月为l o 月份，以s w 、n 风出现频率最高，为1 1 ，静风最少，频率接近1 。 研究区平均风速较小，为4 1 m s 。各月平均风速以4 月份最大，为4 7 m s ； 1 月份为最小，为3 3 m s 。全年以e s e - - s s e 风速较大，平均为5 2 m s ；n w 向 风速最小，平均为2 9 m s 。 各月最大风速以6 月份最大，风速为1 9 4 m s ，出现在2 0 0 4 年6 月1 6 日， 受热带气旋影响产生。极大风速也出现在6 月份，出现在2 0 0 4 年6 月1 2 日。 、? _ n e 瓣 蟒戮 c c 矗卜、一一7 c c 口 图1 - 2 累年各风向频率玫瑰图 ( 2 ) 大风：风速大于8 级( 1 7 2 m s ) 的风为大风，大风对该区海上作业会造 成很大的影响，如与天文大潮相遇，常造成风暴潮，使海水倒灌，造成严重的危 害。 据塘洁站统计资料，多年平均大风日数为4 8 9 天，其中主要集中在春季( 约 占3 6 ) 和冬季( 约占2 5 ) ，夏秋频率较低，分别为2 0 左右。 大风的风向与季风类似，冬季以北和西北风为主，夏季以南风为主，偏西南 风与偏东南风次之。 表1 1 给出了1 9 9 6 - - 2 0 0 4 年风观测资料各月不低于8 级大风的天数。可以 看出春季及秋季出现不低于8 级大风的天数较多，夏季和冬季较少。春秋季出现 大风偏多的主要原因是由于气旋的影响。 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 表1 1 历年各月不低于8 级大风日数( 1 9 9 6 - - 2 0 0 4 ) 月份年合 年份 12 3 4 56 789l o1 l1 2 计 1 9 9 622433l2132623 1 1 9 9 72241 72 02 23102 6 1 9 9 8313o34ll0371 2 7 1 9 9 9 1226542o22o12 7 2 0 0 04247421114l l3 2 2 0 0 123653352l2323 8 2 0 0 23o551o0113 lo2 0 2 0 0 31oo4l10o16442 2 2 0 0 4l341 13112o011 8 合计 1 91 53 23 22 82 01 291 42 52 31 22 4 l 平均2 11 73 63 63 12 21 311 62 82 61 32 6 8 1 2 4 雾 大气中水汽凝结物使能见度距离小于l k m 时：称此天气现象为雾。它是危害 海上航行、港口作业、海上石油勘探与开发、渔业生产等的灾害性天气。 渤海周边平均雾日为5 - 1 5 天，海峡地区可达3 0 天。雾一年四季都可能发 生，但研究区附近以秋冬季( 1 1 - 3 月) 最多，且大都出现在早晨。 1 2 5 海浪 表1 2 为本海区各向风浪频率，可以看出各向风浪频率的季节变化计较明显。 春季( 4 5 月) 风浪以e n e 、e 和s 向频率相对较大，其中e n e 和s 向频率最 大，各占1 3 ；e 向风浪出现的也较多，频率均在1 0 。w n n w 向风浪频率 最小，都不超过3 。夏季( 6 8 月) e 、s 向风浪频率最大，1 1 ，s e 、n e 向频率次之，为6 和7 。w n 方向出现频率都不超过l 。秋季( 9 1 0 月) s w 向风浪最多，频率分别为9 ，w n w - - n w 向次之，分别为8 和7 。 表1 2 各向各季风风浪频率( ) 浪向 季节 nn n en ee n eee s es es s ess s ws ww s www n wn wn n w 春季 l l 4 1 31 06 1 51 3l4l2l3o 夏季ll751 1365l ll523olo 秋季 4567533l63974874 6 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 表1 3 为本海区各向涌浪频率，可以看出全年中4 - 5 月份涌浪出现频率最 高，在3 0 3 8 之间。春季( 4 5 月) s 向涌浪占明显优势，频率为2 3 ； s w 向次之，5 ；其他各向极少出现涌浪，频率均不足2 。夏季( 6 - - - , 8 月) 涌浪集中在s e 向，频率高达1 1 。其他方向极少出现涌浪。秋季( 9 1 1 月) 涌浪仍然集中出现在s e 向，频率为7 ，其他各向很少出现涌浪。将各向的风 浪频率和涌浪频率进行分析得出，风浪频率远远多于涌浪频率，主浪向为e s e 向。将4 , - 一1 1 月各向的风浪频率和涌浪频率之和进行分析，可以得出全年的波浪 频率以s 向最突出，e 和s e 次之，e n e 和s w 再次之，如图1 3 所示。 表1 - 3 各向各季涌浪频率( ) 季 浪向 节 nn n en ee n eee s es es s ess s ws ww s www n wn wn n w 春 oololll22 325ooooo 季 夏 0ooolll ll2ol0ooo0 季 秋 o0o ol27llo looo 0o 季 一，一一 、? n w 熟簇 媒黜 r 、r 、t ；i 、- l ，r 、r 、i 图1 3 各向风浪频率玫瑰图 7 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 表1 - 4 研究区1 9 9 9 年4 1 1 月波高统计 月份 4 567891 01 1 月平均波高o 4o 3o 3o 1o 1o 1o 2o 2 月最大波高3 o2 23 o1 9l - 81 72 93 3 月平均周期 5 34 34 82 13 53 43 3 3 5 月最大周期 1 3 98 81 4 28 67 97 55 48 2 从表1 - 4 中可以看出，4 6 月的月平均波高、月最大波高、月平均周期和月 最大周期，4 月最大。7 - - 一9 月的月平均波高最小，9 月的月最大波高最小，7 月 的月平均周期最小，1 0 月的月最大周期最小。 各向平均波高( h ) 、十分之一波高最大值( h 1 1 0 ) 和百分之一波高最大值 ( h 1 l o o ) 的分布图1 3 所示。可以看出n e 各向平均波高稍大，为0 6 - - 一0 7 m ： n n w 向平均波高最小，为0 1 m 。n e 各向h 1 1 0 和h 1 1 0 0 均较大，其中e n e 向h 1 1 0 和h 1 1 0 0 最大，分别为2 5 m 和3 0 m 。w 向h 1 1 0 和h 1 1 0 0 较小。 由表1 5 可以看出s 向最突出，频率最大，而且大波高的频率s w 、e n e 较 大。本海区附近的常浪向为偏s 向，强浪向是偏e e n e 向。 各向平均周期和最大周期的分布如图1 3 所示。平均周期n 向最大，为4 4 s ， n n w 向平均周期最小，为3 2 s 。 最大周期的个向差别较大。n e s 各向较大，均大于9 o s ，其中e s e - - s 各 向大于1 3 o s ，s 向最大，为1 4 2 s ，w n w - - n n w 各向较小，均小于5 o s ，向最 小，为4 2 s 。 8 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 ，7、? n w 一一 一一 l r 、r 、t t ；、 1 1 倜磺撼高一一l l 嘘驮煸一1 1 0 0 燃 图1 - 4 各向波高分布 骶 、? 一一 一 一 ? ，弋 a o i f 、c o d 一一1 1 0 最大波高 一1 1 0 0 最大波高 图1 5 各向周期分布 9 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 表1 - 51 9 9 9 年4 1 1 月各级别波高频率表 波高级别 方位 o 一0 40 5 0 91 o 1 41 5 一1 92 0 2 42 5 2 9 芝3 0 n1 1 30 3 10 3 1o 1 0o 0 00 0 0o 0 0 n n e1 3 30 8 20 1 0o 1 00 0 00 0 00 0 0 n e2 0 5 2 4 6 o 9 2o 6 l0 0 0 0 o o0 0 0 e 1 9 52 3 6 2 1 51 1 3 0 2 0 o 1 0o 0 0 e4 1 02 1 52 0 50 4 10 0 00 0 00 0 0 e s e2 7 71 2 30 6 l0 3 lo 0 0o 0 0o o o s e7 4 82 3 6o 8 20 0 0o o oo o o0 0 0 s s e1 4 32 0 50 7 20 3 l0 0 0o o oo 0 0 s6 9 76 8 61 9 50 1 00 1 0o o oo 0 0 s s w1 3 30 2 00 4 l0 0 00 0 00 0 00 o o s w5 6 41 6 40 4 10 1 0o 2 0o 1 0o 0 0 w s w1 9 51 0 2o 3 10 2 0o 1 00 0 0o 0 0 w1 9 50 8 20 0 0 0 0 0o 0 0o 0 00 0 0 仆m r2 8 7o 3 10 0 00 0 0o 0 00 o oo 0 0 n w2 0 5o 9 2o 2 00 1 0o 0 0o 0 00 0 0 n n w1 4 30 0 0o 0 00 0 0o 0 0o o o0 0 0 1 2 6 潮汐与潮流 ( 1 ) 潮汐特征 研究区潮汐主要受黄河口外半日潮旋转潮波、秦皇岛以：i l # i - 海半日潮波及渤 海海峡日潮旋转潮波三个潮波系统的影响，如图1 - 6 、1 - 7 所示。 l o 研 河口至 潮。潮 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 潮沟的影响，潮流方向稍有变化。 渤海北岸的潮差由于m 2 无潮点的影响由东向西潮差逐渐增大，秦皇岛为 2 0 m ，而塘沽可达5 1 m 。本区在3 0 - - - 5 o m 之间。 根据调和常数计算出区内主要潮汐特征值，如表1 - 6 ，供在生产活动中参考。 表1 6 研究区潮汐特征值( 单位：e m ) 要素名称特征值 主要日分潮与主要半日潮振幅之比0 8 4 0 4 6 3 主要半日分潮振幅之比 0 2 6 5 5 2 6 主要日分潮振幅之比0 8 2 9 9 41 平均潮差 13 3 6 5 0 4 平均半潮面 1 7 7 9 9 7 l 平均高潮位2 4 4 8 2 2 3 平均低潮位 1 1 1 1 7 1 8 平均大潮差1 6 3 1 0 7 6 大潮平均半潮面 1 7 7 9 9 7 1 大潮平均高潮位 2 5 9 1 0 8 5 大潮平均低潮位 9 6 0 0 0 8 8 平均小潮差 1 0 4 6 0 3 8 小潮平均半潮面 17 9 3 6 8 4 小潮平均高潮位 2 3 1 6 7 0 3 小潮平均低潮位 12 7 0 6 6 4 平均高高潮位 2 4 2 3 6 2 2 平均低低潮位 2 3 9 7 6 0 5 平均高低潮位 7 6 5 0 5 6 9 平均大的潮差 1 6 5 8 5 6 5 平均小的潮差9 4 3 1 0 5 6 注：表内各值起算面均为当地验潮零点 ( 2 ) 潮流特征 在曹妃甸一带涨潮流流速为0 5 - - 0 8 节，落潮流为0 8 - 1 0 节。通过计算扣 除周期性潮流之外所剩余流构成渤海环流系统，流速一般为0 2 - 0 4 节，方向为 环渤海湾逆时针方向流动，这一环流将大量滦河输送的悬移质带向本区和渤海湾 顶。 1 2 7 风暴潮 由大风和大气压力剧变使海面产生短时间的异常升高现象称为“风暴潮”，也 称“风增水”或“气象海啸”，它对渤海沿岸的海上运输、渔业、海产养殖以及海上 石油勘探与开发都会造成很大的危害。 1 2 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 包括研究区在内的渤海湾沿岸是风暴潮严重的地区之一，据不完全统计，解 放前的4 0 0 年间曾发生较大的风暴潮3 0 余次，其中以1 8 9 5 年4 月2 8 日_ 9 日 的潮灾最甚，激烈的风暴伴随着二十英尺高的海溢，使渤海湾沿岸变为泽国。 产生风暴潮的天气主要有三种类型：第一类为变型场强冷锋型，多发生在春 秋，这种风暴潮的最大增水率可达5 0 c m h ，最大增水3 3 m ，最高水位可达6 2 m ， 形成强烈的风暴潮；第二类是冷高压前部冷锋型，多发生在冬季，也见于春秋， 造成渤海湾和莱州湾增水；第三类为台风型，台风进入渤海时形成巨浪，使迎风 岸水体堆积，引起水位急剧上升，造成严重的灾害。由于台风很少进入渤海，所 以研究区内发生台风型风暴潮的几率很低，引起渤海湾风暴潮的主要是前二种天 气类型，但对北上的台风造成风暴潮的危害却不可忽视，因为台风型风暴潮强度 大，往往造成更大的危害。如1 9 9 2 年8 月3 1 日9 月1 日台风北上，加上正遇 天文大潮，使渤海发生了很大的风暴潮，造成很大的经济损失，塘沽验潮站水位 达到5 8 m ，比正常潮位高1 5 m 。 应当指出的是向岸风增水，而背岸风减水，增减水交替出现，即大增之后必 然是大减，反之大减之后伴随着大增。另外在天气急剧变化时则往往出现短时期 的此增彼减。应当注意，减水也会给海上运输及海上施工带来危害。 根据多年的统计资料，渤海特大风暴潮发生的几率大约是每十年1 次。 1 2 8 海冰 渤海湾l 、2 月份年平均气温在3 o 。c 左右，所以每年都有海冰出现。测区初 冰平均气温为3 2 。据1 9 6 3 - - 1 9 9 0 年2 8 年的观测资料，海域初冰日最早为1 0 月2 8 日( 1 9 8 6 年) ，最晚为1 2 月3 1 日，终冰日最早为1 月1 6 日，最晚为4 月4 日。冰期最长1 3 9 天，最短3 4 天。冰期内最多无冰日5 1 天，最少1 5 天，平均3 1 天。盛冰期在1 月上旬至2 月中旬。测区固定冰的宽度一般为3 0 - - 4 o k m ，冰厚 2 0 3 0 c m ，最大可达4 0 c m ，但在冰情严重期，最大厚度可达5 0 c m ，冰的堆积 高度可达2 - - , 4 m 。 本区海域流冰大致沿1 0 , - 一1 5 m 等深线分布，流冰厚度为l o - - - 3 0 c m ，流冰漂 流方向比较分散，基本上各方向上都有，但主要集中在偏东南和西北方向上( 即 渤海湾主轴方向) ，流速0 4 - - 一0 6 m s ，最大为1 1 m s 。 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 1 2 9 地震 包括本区在内的唐山地区是地震多发区。东经1 1 7 0 3 0 一1 2 0 0 0 0 ，北纬 3 8 0 3 0 - - 4 0 0 0 07 范围内，从1 5 2 7 年至1 9 9 1 年5 月3 0 日共6 4 5 年内，共发生3 o 4 6 级地震6 2 5 次，频率为1 3 5 次百年，4 7 - - - 5 9 级地震6 0 次，频率为1 2 9 次 百年，6 0 - - - 6 9 级地震6 次，频率为1 2 9 次百年，7 0 - 7 9 级地震4 次，频率为 0 8 6 次百年。 地震震源深度一般在2 0 k m 左右，最浅的小于5 k m ，最深的3 3 k m ，均为浅 震。调查区属地震度烈度区。 1 3 区域地质 渤海湾盆地位于我国东部东北平原、渤海和下辽河平原，构造上处于华北陆 块东部，东界郯庐断裂，西界太行山东麓断裂，南北分别为鲁西隆起和燕山褶皱 带所限，是一个以新生代沉积为主体的大型板内裂谷盆地，面积约2 x 1 0 4 k m 2 。渤 海湾盆地形成于中国东部岩石圈总体伸展东移的构造背景，具备一般裂谷盆地的 典型特征，伸展和裂陷活动是新生代的主导构造变形方式。另一方面，渤海湾盆 地构造变形也有特殊性，除了发育伸展构造外，还有走滑构造和挤压构造，这与 该盆地新生代处于三大板块非正向汇聚的特殊板块构造背景有关。 渤海湾盆地以断裂发育、断块破碎著称，北北东一北东向和北西西一东西向 两组断裂是控制盆地构造格局的主干断裂。其中北北东一北东向新裂是新生代的 优势构造走向线，许多凹陷和凸起沿这些断裂呈带状展布，北西西向断裂对盆地 起分段作用，使渤海湾盆地的总体呈“三带一区”展布。郯庐、沧东一兰聊和太行 山东麓三条北北东一北东向断裂带的活动，相应形成了三个断陷带，自西而东依 次为：冀中坳陷一临清坳陷西部断陷带，黄骅坳陷一临清坳陷东部断陷带，下辽 河一辽东湾坳陷勘中坳陷东部一济阳坳陷东部一昌潍坳陷断陷带。三个北北东 方向延伸的断陷带之间有两个隆起带，即沧县一内黄隆起带、埕宁一海中隆起带。 每个断陷带内部，一般由2 3 排次级断陷带组成，之间被凸起带所分隔。 北京一蓬莱断裂带和无极衡水德州断裂，将盆地切割成北、中、南三个 大的段落。北段由下辽河一辽东湾坳陷组成，中段由冀中坳陷、黄骅坳陷、渤中 坳陷、济阳坳陷和昌潍坳陷组成，南段主要由临清坳陷组成。北段和南段狭窄， 中段裂陷区宽阔，使盆地的外部轮廓呈一n ”形( 高瑞祺，2 0 0 4 ) 。 1 4 南堡一曹妃甸海域工程地质特征及桩基适宜性研究 2 研究区地形地貌及表层沉积物特征 2 1 地形地貌特征 研究区内，除东北部( 曹妃甸浅滩外) 有一较深的凹槽外，其它海域海底地 形平缓的呈现自海域西南部向东北方向倾斜。研究区海域水深变化不大，其最浅 水深0 6 m ，出现在曹妃甸浅滩附近，而海湾近岸处水深最浅处为6 7 m ；最大水深 为3 2 4 m ，出现在东北部凹槽处；海湾平均水深不大于2 0 o m ，约为1 9 4 m 。海底地 形平坦，除个别海域( 如凹槽、水下岸坡) 外，海底地形坡度不大于0 2 o 。 研究区海底地貌形态和类型，是渤海全新世海侵以来，各种海洋动力因素和 沿岸周边的河流、岸( 岛) 滩进入海区泥沙沉积作用共同长期塑造的结果，并受 海侵前古地形地貌和区域性构造的控制。主要地貌类型为海湾堆积平原和水下岸 坡。海湾堆积平原区水深小于2 0 o m ，海底地形平坦，湾顶向湾口缓倾斜，整个 海湾自西南以东北缓倾斜，等深线走向呈北西一南东向。分布在渤海湾东北部， 滦河口至曹妃甸沿岸，东北与辽东湾水下岸坡相连，岸坡西南端内侧为曹妃甸浅 滩，其端点为槽形潮流凹地。岸坡向东北方至滦河口，岸坡内侧为滦河三角