廣州南部濱海地區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題及對(duì)策

容穗紅

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣州 510060）

1 前言

濱海地區(qū)歷來(lái)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展前沿，我國(guó)70%以上的大中城市屬于濱海城市，聚集了55%以上的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值［1]。由于濱海城市地處大陸與海洋交匯地帶，一般位于濱海海涂或沖積平原的河流出?？?，地質(zhì)活動(dòng)活躍，河相和海相沉積交互發(fā)育，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，屬于脆弱敏感帶［2]。因此，研究濱海城市工程地質(zhì)的共性問(wèn)題，不僅有理論價(jià)值，也有迫切的現(xiàn)實(shí)意義，是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略意義的重要課題［3]。

廣州南部地區(qū)地處珠江三角洲入海口，地勢(shì)由北、西北向東南傾斜，北部主要是50 m以下的低丘臺(tái)地，南部是連片的三角洲平原。區(qū)域內(nèi)江環(huán)水繞，河網(wǎng)縱橫，松軟土層、砂層及構(gòu)造斷裂發(fā)育［7，8]，咸潮時(shí)有發(fā)生，具有濱海城市工程地質(zhì)的典型特點(diǎn)。本文通過(guò)研究廣州南部地區(qū)城市工程地質(zhì)問(wèn)題，劃分了區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)問(wèn)題的專(zhuān)題分區(qū)，并進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)，提出了城市規(guī)劃和工程建設(shè)的對(duì)策建議，對(duì)于城市規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)和施工具有一定的參考價(jià)值，對(duì)其他城市的工程地質(zhì)問(wèn)題的研究也具有一定的借鑒意義。

2 濱海城市主要工程地質(zhì)問(wèn)題及其影響

2.1 松軟土地基

2.1.1 松軟土層的基本特征

松軟土通常是指近代海河湖相沉積的軟粘土（淤泥、淤泥質(zhì)土）、沖填土、雜填土和其他高壓縮性土及松散的淤泥質(zhì)細(xì)砂層。濱海城市松軟土層普遍發(fā)育，并具有以下特征：

（1）河流及海湖的復(fù)雜交替作用，松軟土層通常與薄層砂交錯(cuò)沉積，多交錯(cuò)成不規(guī)則的尖滅或透鏡體夾層，分選程度差，結(jié)構(gòu)疏松，顆粒細(xì)。

（2）土層含水量高，孔隙比大，抗剪強(qiáng)度低，壓縮性大，滲透性弱，靈敏度高，具有觸變性、流變性、高壓縮性、低強(qiáng)度、低滲透性、工程性質(zhì)不均勻性。

2.1.2 松軟土地基對(duì)城市建設(shè)的影響

（1）地面沉降變形與軟土震陷

濱海地區(qū)軟土淤泥層發(fā)育較厚，具有高壓縮性、低承載力和觸變性等特點(diǎn)，在外部荷載和地震作用下，容易引起不均勻沉降變形和震陷變形，對(duì)上部構(gòu)筑物造成危害，影響工業(yè)與民用建筑物的安全，對(duì)城市水利工程、道路、橋梁和地下供電、供氣、供水等基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)作。因此，需科學(xué)規(guī)劃建設(shè)工程布局，并在城市工程建設(shè)時(shí)對(duì)松軟土層選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行加固處理。

（2）提高工程建設(shè)成本

濱海地區(qū)軟土地基在城市建設(shè)中，容易產(chǎn)生基坑開(kāi)挖變形、樁的負(fù)摩阻力、土體穩(wěn)定性等問(wèn)題，增加施工安全性，解決這些問(wèn)題，將造成工期延長(zhǎng)、建設(shè)項(xiàng)目成本增加等問(wèn)題。

2.2 活動(dòng)斷裂及其影響

活動(dòng)斷裂主要指第四紀(jì)以來(lái)活動(dòng)過(guò)的斷裂。根據(jù)其與發(fā)震的關(guān)系可分為非全新活動(dòng)斷裂、全新活動(dòng)斷裂和發(fā)震斷裂。其中全新活動(dòng)斷裂是1×104a內(nèi)有過(guò)地震活動(dòng)或近期正在活動(dòng)，在今后100 a可能繼續(xù)活動(dòng)的斷裂，其對(duì)一般民用建設(shè)工程影響較大，但水利、地震部門(mén)需考慮10×104a以來(lái)的活動(dòng)特征。由于濱海地區(qū)往往處于大洋板塊與大陸板塊的交匯地區(qū)，斷裂等地質(zhì)活動(dòng)頻繁，容易引起地面構(gòu)筑物扭曲、撕裂等強(qiáng)烈危害。

2.3 砂土液化

2.3.1 砂土液化的特征

濱海城市第四系地層發(fā)育，廣泛分布著砂層，具有厚度大，分布不均等特點(diǎn)，容易產(chǎn)生液化，對(duì)工程建設(shè)造成危害。濱海城市地區(qū)砂土液化初步判定的特征因素如下：

（1）土質(zhì)因素。一般粉細(xì)砂比較容易液化，尤其是平均粒徑（d50）在0.1 mm左右的抗液化能力最差，中砂至礫石的液化較為困難。至于粉土，粘土顆粒含量多少?zèng)Q定其液化能力。

（2）土層時(shí)代。根據(jù)地震調(diào)查，液化土?xí)r代大多數(shù)屬于全新世，晚更新世及更老的土層極少出現(xiàn)液化。

（3）地形地貌。液化土層一般分布在古河道、河曲、牛軛湖、近代海積平原和一級(jí)階地等地貌單元上，而處于高級(jí)階地的土層甚少發(fā)現(xiàn)液化。

（4）地下水位。一般地下水位埋深大，土體越不容易液化。海城和唐山地震資料表明，砂土液化區(qū)水位最深為4 m，超過(guò)此深度后就未發(fā)現(xiàn)液化。

（5）非液化覆蓋層厚度。地震調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)顯示，當(dāng)砂土和粉土埋藏較深時(shí)，靜應(yīng)力比較大，一般不容易液化。

2.3.2 砂土液化引發(fā)的問(wèn)題

根據(jù)液化場(chǎng)地是否水平，上覆非液化層是否密實(shí)堅(jiān)硬，液化土層引起的工程地質(zhì)問(wèn)題主要為噴水冒砂、振密作用和液化側(cè)擴(kuò)這三種［4]。在上覆非液化層密實(shí)堅(jiān)硬的水平場(chǎng)地只會(huì)發(fā)生振密作用，在上覆非液化層比較松散軟弱的水平場(chǎng)地則會(huì)同時(shí)發(fā)生噴水冒砂和振密作用，而液化側(cè)擴(kuò)一般只會(huì)發(fā)生在傾斜的場(chǎng)地上。

2.4 海水（咸潮）入侵及其影響

2.4.1 咸潮入侵的途徑

濱海城市海水（咸潮）入侵的方式主要通過(guò)兩種途徑：

（1）地下水：由于過(guò)量開(kāi)采地下水，地下水位不斷下降，低于海平面，使海水回流下滲至地下水，導(dǎo)致地下水中氯離子（Cl－）含量增高，甚至引起地下水化學(xué)類(lèi)型由HCO3型向HCO3·Cl型或Cl·HCO3型轉(zhuǎn)化，造成地下水水質(zhì)日趨惡化，并且造成地表大面積土壤鹽漬化［6]。

（2）地表水：當(dāng)海洋大陸架高鹽水團(tuán)隨潮汐漲潮沿著河口向上游推進(jìn)，鹽水?dāng)U散、咸淡水混合往內(nèi)陸上溯，內(nèi)河含鹽量超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)，水體變咸即形成咸潮。河口地區(qū)咸潮上溯是入注海洋河流的河口最主要潮汐動(dòng)力過(guò)程之一，是河口特有的自然現(xiàn)象。咸潮在沿海地區(qū)，尤其是河口區(qū)域常見(jiàn)，多發(fā)生在冬春旱季。冬末春初上游來(lái)水量減少，江河水位下降，受潮汐影響，海水沿河口上溯，造成內(nèi)河水體含鹽量升高變咸。

2.4.2 咸潮入侵的影響

咸潮入侵會(huì)導(dǎo)致地下水和土壤內(nèi)鹽度升高，給濱海地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境造成嚴(yán)重影響，危害人和生物的生存。地下水咸化，會(huì)對(duì)建筑物的地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕作用，特別是對(duì)于鋼筋混凝土的腐蝕，將嚴(yán)重影響橋梁、公路等建筑物的使用壽命。

3 廣州南部地區(qū)主要工程地質(zhì)問(wèn)題研究

根據(jù)地質(zhì)資料和鉆孔資料分析，廣州南部濱海地區(qū)主要存在松軟土地基、活動(dòng)斷裂、地震砂土液化及咸潮入侵等工程地質(zhì)問(wèn)題，具體分析如下。

3.1 松軟土地基的發(fā)育特征

廣州南部地區(qū)松軟土層主要以流塑狀淤泥、淤泥質(zhì)土和松散砂土（淤泥質(zhì)細(xì)砂）為主，屬晚更新世晚期至全新世的三角洲相沉積層。受海侵規(guī)模及地表河網(wǎng)變遷影響，松軟土層巖性、層厚和分布變化較大，不同海侵期沉積的松軟土體的呈內(nèi)疊式、交錯(cuò)式或超覆式接觸，具有厚度大、埋深淺、地下水淺、含水量高、孔隙比大、壓縮性高、固結(jié)系數(shù)偏小和呈現(xiàn)多層分布的特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)有鉆孔資料揭露，區(qū)內(nèi)松軟土層厚度最大的達(dá)到41.5 m，最小的也有3～4 m，天然埋深普遍較淺，許多地方出露就是軟土層，局部地區(qū)存在薄薄一層填土，在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地域，填土相對(duì)較厚，使得上層軟土埋深最大達(dá)到3～5 m。

根據(jù)區(qū)內(nèi)松軟土層分布特征、松軟土層的厚度及對(duì)工程施工的影響規(guī)律，可以將廣州市南部地區(qū)劃分為非軟土層分布區(qū)、較厚層軟土分布區(qū)、厚層軟土分布區(qū)和巨厚層軟土分布區(qū)等4類(lèi)區(qū)域，具體分布如圖1所示。

四類(lèi)區(qū)域的主要特征如下：

圖1 廣州市南部地區(qū)松軟土層分布及斷裂構(gòu)造圖Fig.1 Soft soil distribution and fract ure structure

（1）非軟土層分布區(qū)。主要為斷陷盆地和剝蝕臺(tái)地。該區(qū)基巖埋藏淺，是良好地基持力層，施工條件好。

（2）較厚層軟土分布區(qū)。松軟土層厚度≤12 m，軟土層厚度較小，基巖埋藏較淺，施工條件較好。

（3）厚層軟土分布區(qū)。松軟土層厚度＞12 m，≤25 m，軟土層厚度較大，基巖埋藏較深，施工條件較差。

（4）巨厚層軟土分布區(qū)。松軟土層厚度＞25 m，軟土層厚度大，基巖埋藏很深，施工條件差。

3.2 活動(dòng)斷裂空間分布及活動(dòng)特征

根據(jù)現(xiàn)有研究表明，區(qū)域內(nèi)與廣州市城市建設(shè)有較密切關(guān)系的活動(dòng)斷裂主要有十組，分別為白坭－沙灣斷裂、文沖斷裂（獅子洋斷裂）、化龍－黃閣斷裂、北亭－南村斷裂、沙灣－石樓斷裂、東莞斷裂、橫瀝斷裂、會(huì)江斷裂、石壁斷裂、市橋斷裂，具體分布如圖1所示。

區(qū)內(nèi)活動(dòng)斷裂主要為北東、北西和東西走向，其中北西向、北東向分別有5組和4組斷裂，東西向僅有一組。根據(jù)廣東省地質(zhì)調(diào)查院等調(diào)查研究，區(qū)內(nèi)活動(dòng)斷裂發(fā)育較多，但活動(dòng)速率不大，活動(dòng)年代主要發(fā)生在中更新世中期至晚更新世，最新約2×104a左右，僅在伶仃洋水下發(fā)現(xiàn)有全新世活動(dòng)斷裂，在兩組斷裂的交匯部位往往是全新世以來(lái)的活動(dòng)幅度較大，而且目前仍有一定的活動(dòng)性的地方。

3.3 地震砂土液化的分布特征

鉆孔資料揭示，區(qū)域內(nèi)除市橋斷隆外的廣大斷陷構(gòu)造區(qū)內(nèi)，均覆蓋了早－中全新世海相淤泥層夾砂層，或河流相的砂層、粉土層，晚全新世砂質(zhì)粘土層、砂層。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011－2001），該區(qū)處于地震烈度7度區(qū)，根據(jù)區(qū)內(nèi)土質(zhì)、土層年代、地形地貌、地下水位和非液化層覆蓋厚度等因素綜合分析，對(duì)區(qū)內(nèi)符合砂土液化初判條件，存在可能發(fā)生地震砂土液化的區(qū)域進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 廣州市南部地區(qū)地震砂土液化分布預(yù)測(cè)圖Fig.2 Map for the predicted distribution of liquefied earthquake sand and soil

3.4 咸潮入侵特征

廣州南部地區(qū)地處珠江下游入海口，由于以下原因，該區(qū)域咸潮入侵規(guī)模和影響范圍有擴(kuò)大趨勢(shì)。一是珠江上游冬季少雨，水源水量減少，潮位降低；二是珠江口無(wú)序挖沙，河砂開(kāi)采量已經(jīng)連續(xù)15 a超過(guò)了8 000×104t，上游泥沙不夠補(bǔ)充已被挖走的河沙，且挖走的河沙主要為粗砂，導(dǎo)致河床下切，河口與淺海區(qū)深槽加深，珠江河口及珠三角地區(qū)的潮汐通道更加暢通，咸潮上溯越來(lái)越遠(yuǎn)；三是生產(chǎn)生活用水增加，由于珠江沿岸經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展快速，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)張，常住人口急劇增加，導(dǎo)致進(jìn)入珠江的水流量減少；四是由于全球氣候變暖，海平面上升，根據(jù)中國(guó)科學(xué)院等的研究預(yù)測(cè)，至2030年，區(qū)域海平面可能上升30 cm。近20 a來(lái)珠三角地區(qū)曾發(fā)生過(guò)5次嚴(yán)重咸潮，其中3次發(fā)生在近3 a的冬春季節(jié)，咸潮影響時(shí)間和范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)農(nóng)業(yè)、工業(yè)等行業(yè)，擴(kuò)大到城市供水、生態(tài)環(huán)境等社會(huì)經(jīng)濟(jì)的多個(gè)領(lǐng)域。每逢冬春枯水季節(jié)，高濃度海水屢屢沿珠江入?？谏纤?，咸潮上溯時(shí)，用水咸度猛增，企業(yè)被迫停產(chǎn)，良田被迫棄耕。

4 廣州南部地區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題的對(duì)策分析

根據(jù)前面對(duì)廣州南部地區(qū)松軟土地基、活動(dòng)斷裂、地震砂土液化和咸潮入侵等工程地質(zhì)問(wèn)題及其影響分析，提出對(duì)策如下：

4.1 對(duì)城市規(guī)劃的考慮

（1）城市規(guī)劃應(yīng)綜合考慮土地的區(qū)位、地貌、地質(zhì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等因素，盡量避免在厚層軟土分布區(qū)、巨厚層軟土分布區(qū)等區(qū)域規(guī)劃別墅、高要求的工業(yè)廠房等，確保土地利用和投資效益。

（2）對(duì)于圖1中活動(dòng)斷裂帶上，特別是活動(dòng)斷裂交匯區(qū)，應(yīng)避免布局重大工程項(xiàng)目或規(guī)劃適度的緩沖帶，避免產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)損失。

（3）為避免受咸潮影響，應(yīng)合理規(guī)劃區(qū)域工業(yè)和生活用水取水點(diǎn)，并合理控制地下水開(kāi)發(fā)，減少地下水開(kāi)采量。適度規(guī)劃攔蓄工程、地下水庫(kù)和跨流域調(diào)水工程。

（4）港口和航道規(guī)劃應(yīng)注意航道開(kāi)挖的深度和范圍控制，避免河床下切導(dǎo)致咸潮上溯。

（5）城市規(guī)劃應(yīng)充分考慮地面沉降和海平面上升的因素。

4.2 對(duì)工程施工的考慮

4.2.1 松軟土地基區(qū)的施工

（1）非軟土層分布區(qū)。道路、低層建筑施工可采用天然基礎(chǔ)或管樁，充分利用硬塑風(fēng)化土，高層建筑可采用樁基礎(chǔ)，并要注意局部軟質(zhì)巖強(qiáng)度較低及巖土互層的影響作用。

（2）較厚層軟土分布區(qū)。道路、低層建筑不宜采用天然地基，可采用高真空擊密法、真空預(yù)壓法、堆載預(yù)壓法和復(fù)合地基對(duì)松軟土層進(jìn)行處理，高層建筑必須采用樁基礎(chǔ)，施工時(shí)應(yīng)注意基礎(chǔ)不均勻沉降、工后變形過(guò)大及巖土互層的影響作用。

（3）厚層軟土分布區(qū)。道路、低層建筑不宜采用天然基礎(chǔ)，對(duì)沉降變形要求不高的工程，可采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓或復(fù)合地基對(duì)松軟土層進(jìn)行處理，不宜采用高真空擊密法，對(duì)沉降變形要求較高的工程，須采用樁基礎(chǔ)；高層建筑必須采用樁基礎(chǔ)。施工時(shí)應(yīng)注意基礎(chǔ)沉降變形過(guò)大及負(fù)摩阻力對(duì)樁基礎(chǔ)的影響作用。

（4）巨厚層軟土分布區(qū)。道路、低層建筑可采用復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)，高層建筑必須采用樁基礎(chǔ)。施工時(shí)應(yīng)注意基礎(chǔ)不均勻沉降、工后變形過(guò)大及負(fù)摩阻力對(duì)樁基礎(chǔ)的影響作用。

4.2.2 砂土液化區(qū)的施工

在砂土液化區(qū)，設(shè)計(jì)時(shí)需將提高地基承載力與消除液化的不利影響結(jié)合考慮［5]，施工時(shí)，應(yīng)避免未加固處理的可液化土層作天然地基的持力層。根據(jù)地基的液化等級(jí)、建筑類(lèi)別、結(jié)合具體情況，選擇適當(dāng)?shù)目挂夯胧?/p>

（1）采用樁基、深基礎(chǔ)、深層處理至液化深度下界或挖除全部可液化土層。

（2）挖除部分可液化土層、加固、固封、蓋重或人工加密，加密的目的為增加砂土的密實(shí)度。例如：振沖加密、擠密砂樁。對(duì)于容易產(chǎn)生砂土液化的場(chǎng)地，可以采用強(qiáng)夯，擠密碎石樁和振沖法進(jìn)行處理，也可采用振沖碎石樁復(fù)合地基處理方法。

4.2.3 咸潮入侵區(qū)的施工

在咸潮入侵導(dǎo)致地下水腐蝕比較嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)增強(qiáng)對(duì)鋼筋混凝土地基的保護(hù)，防止地下水入滲。

5 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)研究了廣州南部濱海地區(qū)的工程地質(zhì)問(wèn)題，并提出相關(guān)的對(duì)策，對(duì)松軟土地基、活動(dòng)斷裂、地震砂土液化和咸潮入侵等工程地質(zhì)問(wèn)題的特征、影響作了較為細(xì)致的分析，提出了相關(guān)的對(duì)策建議，對(duì)于城市規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)和施工具有一定的參考價(jià)值。廣州市南部地區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題與其他濱海城市具有共性特征，對(duì)于濱海城市工程地質(zhì)問(wèn)題的研究也具有借鑒意義。但對(duì)于廣州南部地區(qū)活動(dòng)斷裂的影響范圍、地震砂土液化的實(shí)驗(yàn)研究和三維地質(zhì)環(huán)境模擬等有待進(jìn)一步的深入研究，以進(jìn)一步準(zhǔn)確把握和評(píng)價(jià)廣州南部地區(qū)的工程地質(zhì)問(wèn)題，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)建設(shè)活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境的和諧。

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