福州閩江南北港巖土體特征及地基條件對(duì)比分析

李立生

(福建省地質(zhì)測(cè)繪院，福州，350011)

根據(jù)福州市發(fā)展規(guī)劃*福州市城市總體規(guī)劃(2011-2020),2011。*福州市“兩江四岸”概念規(guī)劃設(shè)計(jì)。，閩江南、北港及沿岸地區(qū)已成為福州市當(dāng)今和未來(lái)發(fā)展建設(shè)的黃金地帶。由于閩江南、北港及沿岸地區(qū)工程水文條件復(fù)雜，地層結(jié)構(gòu)多變，給地鐵、橋梁等城市基礎(chǔ)工程建設(shè)帶來(lái)較大影響。充分研究該區(qū)域以往地質(zhì)資料*福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，1∶5萬(wàn)閩侯縣幅、南嶼鎮(zhèn)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2010。*福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福建省福州市城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告，2009。*福建省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，福建省福州市福州盆地工程地質(zhì)圖說(shuō)明書(shū)，1984。收稿日期：2015-04-22作者簡(jiǎn)介：李立生(1966-)，男，助理工程師，水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)。，總結(jié)兩港巖土體結(jié)構(gòu)特征及地基條件變化規(guī)律，對(duì)基礎(chǔ)工程施工建設(shè)具有重要意義。

1 河道形態(tài)及洪流分流特征

閩江自西北向東南流入福州境內(nèi)，受南臺(tái)島阻隔，自淮安處分流為南北兩港，在馬尾匯流后向東北流入大海(圖1)。北港全長(zhǎng)32 km，較狹窄，寬300～500 m，局部不足200 m，水流較急。南港全長(zhǎng)27.5 km，寬300～4 000 m，岸線呈緩坡形態(tài)，水流較緩，港道中發(fā)育江心灘。

枯水期南、北兩港的分流比為3∶7，即北港流量占總流量的70%以上，洪水期剛好相反[1]。近年來(lái)，隨著人工采砂、沿河堤岸構(gòu)筑物建設(shè)等人工活動(dòng)，北港分流比逐漸增大，加劇了河床沖刷，直接影響了河道形態(tài)發(fā)育。

南、北兩港洪流分流的差異，對(duì)兩港形態(tài)的形成及河床地基的沖刷影響很大。形態(tài)上，閩江北港具有窄而直的特點(diǎn)。1993年水口大壩建成后，閩江下游來(lái)沙銳減，因淮安分流處丁字壩對(duì)江水流向的人為導(dǎo)向作用，使得水流大部分都流向北港，江水流速的增大加重了對(duì)北港的沖刷力度，使得河道逐漸加深，從而形成了河床切割較深、河道相對(duì)較窄的形態(tài)，最深處超過(guò)15 m。與北港相比，南港寬而淺的特點(diǎn)十分明顯，河深一般為5～10 m，淤積嚴(yán)重，河寬變化大，上段淮安分流口至灣邊為寬淺游蕩性河道，主流擺動(dòng)頻繁，水流散亂，灘槽多變。下段江面寬闊，各個(gè)河槽內(nèi)主流線擺幅相對(duì)較小。

2 巖土體特征

2.1 閩江北港巖土體特征

閩江河床演變歷史從一定程度上決定了河道巖土體的結(jié)構(gòu)特征。筆者通過(guò)對(duì)北港尤溪洲大橋、三縣洲大橋、閩江大橋*福州市勘測(cè)院,福州市六一路閩江大橋重建工程巖土工程勘察報(bào)告,2003。、鰲峰大橋*福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州市鰲峰大橋工程地質(zhì)勘察報(bào)告，1991。(圖2)、馬尾大橋*福州市勘測(cè)院，福州市馬尾大橋及接線工程巖土工程勘察報(bào)告(可行性研究階段)，2006?？缃瓨蛄旱墓こ痰刭|(zhì)剖面圖進(jìn)行了分析研究(以鰲峰大橋?yàn)槔?，總結(jié)北港下部巖土層總體發(fā)育特征[2-4]。

(1)第四系沉積物主要以砂質(zhì)土、淤泥質(zhì)軟土及礫卵石為主，局部發(fā)育粉質(zhì)粘土。土體一般呈多層結(jié)構(gòu)，成因類型主要為沖積、沖海積?；鶐r巖性主要為花崗巖。

(2)砂質(zhì)土一般發(fā)育2層。上層砂土以灰黃色、淺灰色全新統(tǒng)沖積(含泥)細(xì)砂或中細(xì)砂為主，常夾淤泥質(zhì)成分，或與淤泥、砂質(zhì)淤泥呈互層發(fā)育。頂板埋深5～7 m，厚度變化較大，為3～22 m；第二層砂土以淺灰色、灰色含泥中砂為主，夾少量薄層淤泥，局部含礫石成分，屬全新統(tǒng)沖洪積地層，局部缺失，頂板埋深8～15 m，厚度5～8 m。

(3)軟土一般發(fā)育2層。上層為深灰色、灰黑色全新統(tǒng)長(zhǎng)樂(lè)組沖海積淤泥，頂板埋深為3～5 m，厚度0.5～5.6 m，該層一般與砂質(zhì)土呈互層交錯(cuò)發(fā)育，或以透鏡體出現(xiàn)在砂層中；第二層為上更新統(tǒng)龍海組沖海積淤泥質(zhì)土，深灰色，含少量粉細(xì)砂，偶夾薄層粉質(zhì)粘土，頂板埋深15～25 m，厚度15～32 m。

(4)粘性土層呈單層發(fā)育，局部缺失，為上更新統(tǒng)龍海組沖積地層，為粉質(zhì)粘土，褐黃色或青灰色，可塑，局部夾薄層細(xì)砂，頂板埋深30～37 m，厚度3～5 m，局部為8～10 m。

(5)礫卵石一般呈單層發(fā)育，為上更新統(tǒng)龍海組沖洪積地層，局部含泥質(zhì)，呈飽和狀態(tài)，中密-密實(shí)。上部為32～43 m，礫石粒徑多為20～60 mm，個(gè)別大于100 mm；下部(43 m以下)卵石大多數(shù)粒徑為40～130 mm，個(gè)別大于200 mm。礫卵石多為硬質(zhì)巖，部分表層已風(fēng)化蝕變。該層厚度變化較大，發(fā)育不穩(wěn)定，局部缺失。如鰲峰大橋附近卵石層厚度為12～20 m，頂板埋深約為37 m；三縣洲大橋和閩江大橋一帶，卵石層厚度約5 m。

(6)基巖巖性主要為中粗粒花崗巖，受沿江兩岸低丘、殘丘地貌的影響，北港下部基巖面起伏較大，尤其以上渡至倉(cāng)山街道一帶及洪山橋一帶最為明顯，基巖面頂板埋深為35～60 m，最大處約70 m。

2.2 閩江南港巖土體特征

筆者對(duì)南港浦上大橋*福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福州浦上大橋及接線工程補(bǔ)勘工程地質(zhì)報(bào)告，2003。(圖3)、灣邊大橋*福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州市灣邊特大橋及接線公路工程A1合同段施工圖設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告，2004。、螺洲大橋*中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，螺洲大橋施工圖設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)詳勘報(bào)告(補(bǔ)勘稿)，2007。跨江橋梁的工程地質(zhì)剖面圖進(jìn)行對(duì)比研究(以浦上大橋?yàn)槔?，總結(jié)南北港巖土體特征的差異。

(1)軟土一般發(fā)育2層，上層軟土以全新統(tǒng)長(zhǎng)樂(lè)組沖海積砂質(zhì)淤泥為主，頂板埋深8～19 m，厚度7～16 m；下層軟土較少，僅在港道近岸一帶少量分布，頂板埋深32～41 m，厚度3～15 m。與北港相比，南港的軟土層發(fā)育規(guī)模不大，大部分地段無(wú)較厚軟土層出現(xiàn)。受河流侵蝕作用的影響，河道中心無(wú)軟土層分布，大部分軟土層出現(xiàn)在港道兩側(cè)近岸一帶，一般以薄層狀與細(xì)砂、中砂呈互層發(fā)育，軟土層中常伴有砂層。

(2)砂土層在南港沿河一帶廣泛發(fā)育，一般呈單層結(jié)構(gòu)，為全新統(tǒng)長(zhǎng)樂(lè)組沖積成因。巖性為淺灰色含泥中細(xì)砂，呈飽和狀態(tài)，泥質(zhì)含量為3%～8%。頂板埋深為0～10 m，厚度為8～40 m，局部與淤泥呈互層發(fā)育。

(3)南港卵石層一般呈單層發(fā)育，局部為雙層(如螺州大橋處)。頂板埋深23～37 m，厚度為15～33 m，局部為10 m。與北港相比，南港下部卵石層發(fā)育更為廣泛，且層位更穩(wěn)定，頂板埋深與厚度變化相對(duì)較小。

(4)基巖面形態(tài)相對(duì)穩(wěn)定、較平緩，受切割程度相對(duì)較小，頂板埋深為37～55 m，較北港埋深淺。

3 地基條件對(duì)比分析

3.1 閩江北港地基條件

閩江南、北港大型工程建設(shè)主要有跨江橋梁和越江隧道2類。

由于橋梁工程承重載荷較大，選擇合適的樁基持力層是橋梁建設(shè)的首要問(wèn)題。閩江北港第四紀(jì)松散層中的粘性土層、砂土層的承載力有限(承載力特征值一般為120～250 kPa)，均不能滿足橋梁荷載要求，且存在土層層位分布不均勻(局部缺失)，發(fā)育規(guī)模有限的問(wèn)題，不宜作為橋梁工程的樁基持力層。礫卵石層及基巖全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化層的工程力學(xué)性能較好，但同樣存在分布不均、個(gè)別土層發(fā)育規(guī)模較小的問(wèn)題。因此，橋梁工程樁基持力層應(yīng)選擇中-微風(fēng)化基巖，這類地層工程力學(xué)性能好，巖石堅(jiān)硬，巖體質(zhì)量好，承載力高(承載力特征值一般超過(guò)1 500 kPa)，且發(fā)育較穩(wěn)定，在區(qū)內(nèi)各場(chǎng)地均有分布，為良好的橋梁樁基持力層。但北港底基巖面起伏較大，基巖面的起伏不僅給層位埋深判斷造成影響，還可能因?yàn)榛鶐r的風(fēng)化差異造成不均勻沉降等問(wèn)題，施工時(shí)應(yīng)引起注意。

對(duì)于越江隧道工程，主要解決隧道體在盾構(gòu)施工過(guò)程中遇到的工程地質(zhì)問(wèn)題。地鐵隧道越江段主要位于河床面以下10～30 m，隧道穿越北港的主要地層為全新世海積相的淤泥質(zhì)土，局部為晚更新世沖積相的粉質(zhì)粘土。由于淤泥質(zhì)土具有強(qiáng)度低、靈敏度高、易擾動(dòng)的特點(diǎn)，有明顯的觸變、流變特性，工程地質(zhì)性能差，在外力作用下土體結(jié)構(gòu)易被破壞，造成土層蠕動(dòng)以致開(kāi)挖面失穩(wěn)。同時(shí)，因軟弱土層排土較多，有可能引起地面下沉。另外，隧道結(jié)構(gòu)體的頂、底面為富水含水層，上覆土體為中細(xì)砂層，下伏土體為中砂或卵石層，此類土層因富水性、滲透性強(qiáng)、水頭壓力大，對(duì)盾構(gòu)施工不利，尤其是在砂層中施工時(shí)易產(chǎn)生流砂，從而引起開(kāi)挖面失穩(wěn)和地面下沉，施工時(shí)需采取措施對(duì)隧道洞壁土體進(jìn)行預(yù)加固，防止透水、涌水等事故的發(fā)生。

3.2 閩江南港地基條件

南港巖土體中大部分第四紀(jì)松散層的工程力學(xué)性能不足以承載大橋橋梁的載荷。如砂土、粘性土、淤泥質(zhì)土，全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等。根據(jù)南港巖土體發(fā)育特征，可選擇卵石層、中風(fēng)化、微風(fēng)化花崗巖作為樁基持力層。南港卵石層發(fā)育相對(duì)穩(wěn)定，且具一定規(guī)模，頂面埋深與厚度變化一般不大，有利于對(duì)持力層的深度判斷，可作為樁基持力層。其次，中風(fēng)化、微風(fēng)化花崗巖的工程力學(xué)性能好，巖石堅(jiān)硬，巖體質(zhì)量好，承載力大，在場(chǎng)地內(nèi)廣泛分布，且基巖頂面埋深較淺而且穩(wěn)定，是理想的樁基持力層。

對(duì)于越江隧道工程，由于南港砂質(zhì)土層和卵石層發(fā)育廣泛，含水量豐富，水頭壓力大，隧道掘進(jìn)時(shí)易產(chǎn)生流砂、坍塌等問(wèn)題，應(yīng)注意砂土層突發(fā)性的涌水和流砂等不良現(xiàn)象的發(fā)生。在礫卵石層中進(jìn)行隧道施工時(shí)，除地下水的影響外，該類土體硬度較大，導(dǎo)致掘進(jìn)阻力大，礫卵石對(duì)器械刀盤的磨損嚴(yán)重，施工時(shí)應(yīng)引起重視。

4 結(jié)論

南、北兩港巖土體具有共同的特點(diǎn)，土體上部主要為細(xì)顆粒的粘性土、砂土，下部為粗顆粒的碎石類土，基底多為花崗巖類侵入巖體。由于南、北兩港分流的差異，對(duì)兩港形態(tài)的形成及河床地基的沖刷影響大，而具有不同的特性。

(1)閩江北港河床切割較深，港道相對(duì)較窄；南港寬而淺的特點(diǎn)十分明顯，河道淤積嚴(yán)重，河寬變化大，為寬淺游蕩性河道。

(2)兩港巖土體成因類型大致相似，但其發(fā)育規(guī)模和結(jié)構(gòu)特征有所區(qū)別。北港軟土層廣泛發(fā)育，基巖面變化大。與北港相比，南港軟土層發(fā)育相對(duì)較少，砂土和卵石層發(fā)育廣泛，較為穩(wěn)定，基巖面起伏較小，埋深相對(duì)較淺，受切割程度較小。

(3)北港橋梁工程基礎(chǔ)持力層可選擇第四紀(jì)松散層之下的中-微風(fēng)化基巖，但因基巖面起伏較大，容易給持力層判別造成困難，還可能因?yàn)榛鶐r的風(fēng)化差異造成不均勻沉降等問(wèn)題。相比之下，南港地層發(fā)育相對(duì)穩(wěn)定，更有利于橋梁工程施工建設(shè)，地基基礎(chǔ)持力層可選擇河道下部卵石層或中-微風(fēng)化基巖。

(4)對(duì)于越江隧道工程，北港軟土層和強(qiáng)富水性砂層發(fā)育，在穿越軟土層段，易造成土層蠕動(dòng)以致開(kāi)挖面失穩(wěn)，并有可能引起地面下沉。在穿越砂土等富水層時(shí)，易產(chǎn)生流砂、突涌、坍塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。施工時(shí)，應(yīng)對(duì)隧道洞壁土體進(jìn)行預(yù)加固，防止透水、涌水等事故的發(fā)生。由于南港砂質(zhì)土層和卵石層發(fā)育廣泛，隧道掘進(jìn)時(shí)易產(chǎn)生流砂、坍塌等問(wèn)題，應(yīng)注意砂土層突發(fā)性的涌水和流砂等不良問(wèn)題的發(fā)生。在礫卵石層中進(jìn)行隧道施工時(shí)，掘進(jìn)阻力大，器械刀盤磨損嚴(yán)重，施工時(shí)應(yīng)引起重視。

文中資料主要引用自部市合作項(xiàng)目“閩江口地區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查(福州城市地質(zhì)調(diào)查)”(編碼：1212011120094)的專項(xiàng)課題“福州市‘兩江四岸’工程地質(zhì)調(diào)查與評(píng)價(jià)”工作的成果，在論文編寫(xiě)過(guò)程中得到余德林工程師的悉心指導(dǎo)，承蒙賴樹(shù)欽教授級(jí)高級(jí)工程師的審閱，及提出寶貴的修改意見(jiàn)，在此一并表示衷心感謝！

1 鄭鳴芳.閩江下游分流口河段分流比及河道演變分析.河海大學(xué)，2005.

2 GB50021-2001 巖土工程勘察規(guī)范.

3 工程地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

4 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局.水文地質(zhì)手冊(cè)(第二版).北京：地質(zhì)出版社，2012.