廣州市軟土地面沉降特征分析

余革淼，李德洲，屈尚俠

（廣州市地質(zhì)調(diào)查院，廣東·廣州 510440）

廣州市軟土地面沉降特征分析

余革淼，李德洲，屈尚俠

（廣州市地質(zhì)調(diào)查院，廣東·廣州 510440）

隨著廣州新型城市化建設(shè)步伐的進一步加快，特別是廣泛分布有較厚軟土的南沙區(qū)，未來的開發(fā)建設(shè)和發(fā)展過程將面臨著軟土地面沉降的問題。本文總結(jié)了廣州市軟土分布范圍及特性，分析了廣州市地面沉降特征，并統(tǒng)計了南沙區(qū)15個地面沉降監(jiān)測點五年來的初步監(jiān)測結(jié)果，展望了未來廣州市軟土地面沉降調(diào)查和長期監(jiān)測成效的預(yù)期。

地面沉降；軟土；分布特征；變形監(jiān)測

廣州市地處珠江三角洲北緣，總面積7434km2。地勢東北高、西南低，背山面海。在廣州南部沖積平原和沿海海積平原和灘涂上，及沿河道兩旁的湖泊沼澤低洼地帶，大面積分布軟土。

軟土地面沉降是廣州市主要的地質(zhì)災(zāi)害種類之一，不僅造成建筑物結(jié)構(gòu)開裂、傾斜、以及道路的扭曲變形、市政管道的變形開裂等，也對軟土建設(shè)區(qū)域的居民安全構(gòu)成威脅。據(jù)統(tǒng)計，已造成危害的地面沉降區(qū)總面積超過60km2，直接經(jīng)濟損失超過5億元。

1 廣州軟土分布范圍

廣州市軟土分布總面積約1965km2。按地理位置，軟土主要分布于廣州南部沖積平原區(qū)，即珠江兩岸-番禺-南沙一帶，另外，廣花盆地、增城南增江平原的局部地段也有分布（圖1）。

珠江兩岸～番禺～南沙一帶分布軟土厚度在平面上表現(xiàn)出越靠近海岸厚度越大的規(guī)律。厚度小于10m的軟土一般分布在廣州市區(qū)珠江兩岸、增江、番禺大部分地區(qū)（市橋、大石、鐘村、南村等）以及南沙區(qū)靈山、烏洲、大小虎、黃山魯?shù)壬降厍鹆甑闹苓?；總厚度達10～20m的軟土分布在廣州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)（黃埔）-化龍鎮(zhèn)東-蓮花山一帶、東涌-魚窩頭一帶；20～40m的軟土分布在南沙區(qū)的橫瀝、萬頃沙、新墾、三民島、南沙港區(qū)（包括物流基地、鋼鐵基地、石化基地）；厚度大于40m的軟土分布于萬頃沙十七涌以南的局部地區(qū)，最厚處可達55m。

圖1 廣州市軟土分布Fig.1 Distribution of soft soil in Guangzhou city

廣花盆地軟土層多見于流溪河、巴江河兩岸。呈現(xiàn)北部薄、南部厚的特點。巴江河上游赤坭鎮(zhèn)僅局部發(fā)育軟土，成分為淤泥、淤泥質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)黏土，其厚度較薄，一般僅1～3m；中游炭步鎮(zhèn)軟土厚度一般0～20m，平均厚度5m，廣泛發(fā)育淤泥、淤泥質(zhì)土；下游白云區(qū)金沙洲較廣泛發(fā)育有淤泥、淤泥質(zhì)土，軟土厚度0～16.3m，平均厚度5m。

增城南部沿增江兩岸局部發(fā)育淤泥、淤泥質(zhì)砂、淤泥質(zhì)黏土，軟土發(fā)育不連續(xù)，厚度0～12.4m，平均厚度2～3m，三江鎮(zhèn)軟土厚度稍大于荔城、新塘等地。

2 廣州軟土的主要特性

廣州地區(qū)軟土具有含水量大、土體接近完全飽和、天然孔隙比大、垂向滲透性低、承載力低、黏聚力小而抗剪性能弱、靈敏度高而結(jié)構(gòu)性強等物理力學(xué)性質(zhì)。總結(jié)其基本物理力學(xué)特性如下：

（1）含水量高，孔隙比大。含水量一般在34%～82%之間，呈流塑－軟塑狀。天然孔隙比在1.0～2.5之間，且孔隙比隨著深度的增大而增大。飽和度一般大于95%，液限一般為28～66，塑性指數(shù)為7.7～25。

（2）壓縮性高。壓縮系數(shù)為0.5～2.5MPa－1，屬高壓縮性土，且壓縮系數(shù)隨著深度的增加而增大。

（3）抗剪強度低。其快剪黏聚力在10kPa左右，快剪內(nèi)摩擦角在2～10之間。

（4）透水性差。大部分軟土的滲透系數(shù)一般為3×10-6cm/s，透水性差。

（5）觸變性強。觸變性是軟土顯著結(jié)構(gòu)性的表現(xiàn)，一旦受到擾動，其絮狀結(jié)構(gòu)遭到破壞，土的強度明顯下降，甚至變成流動狀態(tài)，靜置后強度又增長。由于軟土一般為絮狀結(jié)構(gòu)，其中以濱海沉積的片架結(jié)構(gòu)黏土為代表，因而受到擾動后其強度會顯著降低，甚至呈流動狀態(tài)。

（6）流變性顯著。軟土長期抗剪強度只有一般抗剪強度的0.4～0.8倍，承載力低，地基承載力一般為20～80kPa，未進行地基加固處理很難滿足工程需要。

（7）固結(jié)性差。軟土的固結(jié)系數(shù)一般為(1～1.55)×10-3cm2/s，完成固結(jié)沉降過程所需的時間很長。

3 軟土地面沉降型式

軟土地面沉降是由于欠固結(jié)軟土（淤泥、淤泥質(zhì)土）在自重或者附加荷載作用下排水固結(jié)而造成的，因此其空間分布與軟土的分布范圍吻合。軟土地面沉降災(zāi)害主要分布于南沙區(qū)及番禺區(qū)南部，另白云區(qū)、荔灣區(qū)、天河區(qū)及蘿崗區(qū)也有少數(shù)地面沉降災(zāi)害發(fā)生。

廣州已發(fā)生的軟土地面沉降災(zāi)害主要有：龍穴島物流基地片區(qū)，環(huán)島西路濱海花園片區(qū)，進港大道，南偉碼頭片區(qū)，南北臺居民區(qū)，南沙開發(fā)區(qū)指揮部片區(qū)，萬頃沙二涌-十四涌片區(qū)，小虎島石化基地，沙仔島，黃閣汽車產(chǎn)業(yè)基地黃閣中路，魚窩頭村，東涌村，珠江電廠，黃閣東灣村。災(zāi)害給當?shù)鼐用竦呢敭a(chǎn)安全帶來了巨大威脅。

根據(jù)發(fā)生沉降對象不同，軟土地面沉降分為建筑區(qū)軟基沉降和公路軟基沉降兩大類。

3.1 建筑區(qū)軟基沉降

工程建筑與軟土地面整體不均勻沉降而導(dǎo)致建筑物發(fā)生傾斜、開裂破壞。軟土的高壓縮性，發(fā)生不均勻沉降時，建筑物的基礎(chǔ)受集中應(yīng)力出現(xiàn)裂縫，最終使建筑物遭到破壞產(chǎn)生開裂，失去其使用功能。若建筑物有足夠剛度，其抗拉、抗剪強度足以抵抗地基不均勻沉降而產(chǎn)生拉剪應(yīng)力時，則會發(fā)生傾斜。工程建筑與軟土地基整體不均勻沉降在南沙街辦環(huán)島西路住宅區(qū)多見，如濱?；▓@、濱海水晶灣、濱海半島、南北臺居民區(qū)（港前大道）、魚窩頭村、東涌村等都存在工程與軟土地基整體沉降的現(xiàn)象。

圖2 軟土地面沉降災(zāi)害現(xiàn)象Fig.2 The damages of soft soil land subsidence

建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但鄰近地面整體沉降。發(fā)生此種沉降類型的建筑特點是，建筑物一般建成年代較新，以基巖或風(fēng)化基巖為樁基持力層，地基承載力較高，因此建筑物整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而鄰近的地面因承受靜、動荷載而產(chǎn)生地面整體固結(jié)沉降，導(dǎo)致建筑物主體高于地面甚至架空。南沙區(qū)很多近期開發(fā)的重要建筑工程地面沉降都屬于此類型。如南沙港區(qū)物流基地（口岸大廈-龍穴變電站-南沙港派出所），南沙港鋼鐵基地，南沙開發(fā)區(qū)建設(shè)指揮部，東灣村市場，珠江管理區(qū)珠江嘉園住宅小區(qū)等。南沙港西側(cè)的口岸大廈樓高20層，主體結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)，以基巖為樁端持力層，因而口岸大廈整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。但港區(qū)地面附屬設(shè)施則發(fā)生了大規(guī)模的軟基沉降，造成混凝土地面開裂、地下管線破壞、圍墻開裂等現(xiàn)象（圖2）。

3.2 公路軟基沉降

市政公路：該類沉降主要分布在南沙區(qū)。軟土分布區(qū)公路路面普遍波狀起伏、路基側(cè)向位移、路橋接觸處不均勻沉降、路面開裂等。為了提高路堤的穩(wěn)定性，減少工后沉降，市政道路建設(shè)之前一般都采用了種種措施加快軟基的排水固結(jié)，如采用袋裝沙井、塑料排水板、堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓、排水固結(jié)等等。盡管如此，公路路堤在使用期間在自重荷載和車輛荷載作用下，也會在很長時間內(nèi)繼續(xù)沉降。軟土地基的變形除了表現(xiàn)為固結(jié)沉降特征外，尚有明顯的流變特性。變形過程中土體的黏滯性與固結(jié)同時發(fā)生，兩者的耦合效應(yīng)決定了軟土路基的長期變形。

南沙軟土區(qū)市政道路建成通車后都有不同程度的軟基沉降，軟基沉降明顯的市政道路路段包括：進港大道，港前大道北，環(huán)島西路，海港大道，靈新公路，黃閣中路，黃閣大道，小虎大道，市南路等。

高速公路：廣州市高速公路網(wǎng)發(fā)達，在高速公路的建設(shè)過程中，盡管采取了各種有效措施減少路堤工后不均勻沉降，但依然難以完全避免高速公路的工后軟基沉降。發(fā)生沉降的高速公路有京珠高速、廣深高速、廣州環(huán)城高速（東、南、西環(huán)）、南沙港快速路等。京珠高速工期內(nèi)路堤沉降量為2.5～3.1m，通車一年半后，50%的軟基段工后沉降量≤3cm，30%的軟基段工后沉降量為3～20cm，20%工后沉降量為20～25cm，超過了規(guī)范允許的15年累計沉降量。南沙港快速路的軟基沉降情況也較為嚴重，工后沉降量一般20～35cm，最大達50cm。

隨著城市化進程不斷加快，城市人口迅速增加，城市建設(shè)由平面開發(fā)轉(zhuǎn)向立體開發(fā)，城市地質(zhì)環(huán)境所受到的影響和壓力與日俱增，軟土地面沉降災(zāi)害現(xiàn)象越來越多地呈現(xiàn)在人們面前。

4 地面沉降監(jiān)測初步成果

鑒于廣州市地面沉降對城市發(fā)展的影響越來越明顯，特別是廣泛分布軟土的的南沙區(qū)，未來的開發(fā)建設(shè)將直接面臨著軟土地面沉降的問題。廣州市自2011年開始逐步開展了地面沉降監(jiān)測工作，目前已陸續(xù)在南沙區(qū)的南沙街、橫瀝、東涌、黃閣以及白云區(qū)的金沙洲、龍歸等重點監(jiān)測地段布設(shè)了74個地面沉降長期監(jiān)測點。其中，南沙區(qū)濱?；▓@地面沉降監(jiān)測時間最長，各監(jiān)測點本身每年的沉降速率基本均勻，但平面上各點的沉降量卻差別很大。2011～2016年共五年的累計沉降量20.30～700.89mm，一般為120～350mm。表1為五年來的累計沉降量統(tǒng)計，圖3為五年來累計沉降量的變化曲線。

表1 累計沉降量統(tǒng)計Table 1 Cumulative settlement statistics

（續(xù)表1）

圖3 廣州市南沙15處監(jiān)測點累計沉降量（2011～2016年）Fig.3 Cumulative settlement of 15 monitoring points in Guangzhou,Nansha District(2011～2016 years)

5 結(jié)論及展望

通過五年來的初步監(jiān)測，廣州市地面沉降監(jiān)測點之間的沉降情況差別很大，局部沉降速率較快。平面上這種沉降的不均勻性，將影響軟土分布區(qū)的各項開發(fā)建設(shè)，特別是作為國家級新區(qū)的南沙區(qū)，是一個擺在面前的突出地質(zhì)環(huán)境問題。為此，廣州市于2017年全面啟動了廣州市重點規(guī)劃建設(shè)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測專項工作，以軟土地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測為主，兼顧基礎(chǔ)地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、基巖出露區(qū)地質(zhì)環(huán)境、主干斷裂展布形跡、土壤地球化學(xué)特征、城市建設(shè)工程適宜性評價等綜合地質(zhì)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測。

在完成全面的地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查和埋設(shè)各類監(jiān)測點之后，可系統(tǒng)地建立起廣州市地質(zhì)數(shù)據(jù)庫和信息管理服務(wù)平臺，完善全市的地面沉降監(jiān)測、地下水監(jiān)測等綜合地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測體系，為廣州市的總體規(guī)劃布局、建設(shè)、管理、防災(zāi)減災(zāi)及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等提供地質(zhì)技術(shù)數(shù)據(jù)。

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Analysis of the land subsidence characteristics of soft soil in Guangzhou

YU Ge-Miao, LI De-Zhou, QU Shang-Xia
（Guangzhou Geological Survey Institute, Guangdong Guangzhou 510440, China）

With the urban development of Guangzhou, the pace of construction has been further accelerated, particularly in Nansha District, which has a wide distribution of soft soil. Construction and future development will be faced with the problem of soft soil land subsidence. In this paper, the distribution range and characteristics of soft soil in Guangzhou city are summarized, and the characteristics of land subsidence in Guangzhou city are analyzed. Monitoring results from 15 land subsidence monitoring sites in Nansha District over the past five years were also examined. The future investigation of soft ground subsidence and the expectation of long-term monitoring results are considered.

soft soil; land subsidence; features; expect

P642.26

：A

：2095-1329(2017)02-0022-04

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.02.006

2017-03-30

修回日期: 2017-05-15

余革淼(1967-),男,學(xué)士,高級工程師,主要從事地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究.

電子郵箱: gm01@sina.com

聯(lián)系電話: 13539493977

中國地質(zhì)調(diào)查局地調(diào)項目