廣州市軟土地面沉降成因分析及監(jiān)測方法

石曉龍

【摘 要】軟土引發(fā)的地面沉降是廣州市城市規(guī)劃和工程建設(shè)中面臨的主要地質(zhì)災害問題之一，受到人們普遍關(guān)注。本文簡述了廣州市軟土特性及軟土引起的地面沉降成因類型，提出了軟土地面沉降的監(jiān)測方法。

【關(guān)鍵詞】廣州市；軟土；地面沉降；成因類型；監(jiān)測

中圖分類號： P642.26 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）18-0162-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.073

【Abstract】The land subsidence caused by soft soil is one of the major Geological disasters in urban planning and engineering construction in Guangzhou，which has been paid attention to.This paper briefly describes the characteristics of soft soil in Guangzhou city and the cause of land subsidence caused by soft soil.

【Key words】Guangzhou；Soft soil；Land subsidence；Cause type；Monitor

珠江三角洲地區(qū)軟土是由大量淤泥、淤泥質(zhì)粘土等第四系海相、三角洲相河流沖積相沉積物堆積而成。廣州市軟土主要分布于廣州南部三角洲相平原區(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。軟土總分布面積近2000km2。受軟土地基影響而產(chǎn)生的建筑場地、居民區(qū)、公路等地面不均勻沉降是廣州市一個十分突出的問題，沉降致使局部房屋開裂、傾斜、地面出現(xiàn)裂縫等。據(jù)前人統(tǒng)計，已造成危害的軟土地面沉降區(qū)面積超過60km2，直接經(jīng)濟損失超過5億元[1]。

1 軟土特性

廣州軟土厚度變化大，由西北向東南逐漸加厚，厚度在一般5～30m之間，局部可達55m，分布很不均勻（見圖1）。具有埋深淺、含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、觸變性中等、固結(jié)系數(shù)偏小、含蒙脫石和有機質(zhì)等基本物理力學特性。

廣州軟土是典型的三角洲軟土的性質(zhì)，軟土沉積時間較短，形成于晚更新世以來的兩次海侵，構(gòu)成了新、老兩套三角洲沉積，自上而下依次為全新統(tǒng)軟土層和更新統(tǒng)軟土層。

2 軟土地面沉降成因類型

軟土地面沉降的誘因一般可歸納為兩大類：一是自然因素，即欠固結(jié)軟土自然壓密產(chǎn)生的沉降；二是人為因素，包括抽采地下水和基坑降水、地面硬化、地下工程施工擾動以及地表各類荷載的施加等。

2.1 欠固結(jié)軟土的壓實引起的沉降

在廣州局部分布著范圍廣、厚度大的淤泥類軟土層，主要為松散狀的粉細砂、粉沙質(zhì)淤泥、淤泥、軟可塑狀的粘土及其混合土層，具有含水量大、孔隙比高，高壓縮性、抗剪強度和透水性較低、易觸變流動、承載力低的特性，是誘發(fā)地面沉降的內(nèi)在因素。

欠固結(jié)軟土沉積形成于第四系全新統(tǒng)，形成年代不長，在其地質(zhì)年代過程中并未完成自身的固結(jié)作用，目前還處于緩慢的排水固結(jié)發(fā)展過程中，由于排水，體積收縮而形成地面下沉。借助飽和軟土液氮真空冷凍制樣技術(shù)、掃描電鏡技術(shù)對廣州軟土進行微結(jié)構(gòu)分析，顯示飽和軟土樣品的微結(jié)構(gòu)呈疊片體狀（見圖2），自然及受擾動情況下易發(fā)生壓密效應。

地面沉降主要表現(xiàn)為緩慢的垂向沉降，沉降幅度是一個極為緩慢的累積過程，表現(xiàn)為區(qū)域性地面同步下沉。欠固結(jié)土的壓實與沉降是一個自然的現(xiàn)象，表現(xiàn)為軟土地面的標高損失。

2.2 人類工程活動引起的沉降

2.2.1 地下水位變化引起的沉降

地下水位下降，一方面，導致含水層的有效應力逐漸增加，含水土層土顆粒間隙發(fā)生壓縮變形，進而引起了地面沉降的發(fā)生。另一發(fā)面，水位下降使得土層空隙中的靜水壓力減少，給地基土施加一個附加應力，導致土層壓縮而引起地面沉降。

2.2.2 地表各類荷載的施加

軟土地區(qū)搞建設(shè)，除了建筑物荷載，往往地面較低需要填方，還有新近填土荷載等。在這些外加荷載的影響下，軟土受外力作用，破壞了原先的應力平衡狀態(tài)，人為地加速了軟土的排水固結(jié)、壓縮沉降過程。這種地面沉降過程一般要經(jīng)歷初期大幅沉降～降幅減小～趨于穩(wěn)定三個階段。若地基處理不良，形成的災害表現(xiàn)形式主要有建筑物“吊腳樓”、地面地板下陷、路面波狀起伏、地面開裂、地裂縫，接觸錯位等現(xiàn)象，其形成破壞程度往往較嚴重，而且在深厚軟土區(qū)持續(xù)時間長。

2.2.3 地下工程施工

城市地下工程（地鐵、地下室或者地下商場等）的施工，往往也會造成地面沉降。地下工程施工期間導致的土層損失和地下水位降低，以及施工后運營期間持續(xù)性的抽排地下水[3]，均加速了軟土地面發(fā)生沉降作用。

3 軟土地面沉降監(jiān)測方法

考慮到廣州的軟土發(fā)育特征、地面沉降特點及工作區(qū)范圍大小，建議選用多種手段進行軟土地面沉降監(jiān)測。具體如下：

（1）傳統(tǒng)水準監(jiān)測。監(jiān)測對象為地面變形監(jiān)測、建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測，其特點是數(shù)據(jù)精準，但耗時耗力，適用于較小面積地塊的沉降監(jiān)測；

（2）PSInSAR遙感監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)不是直接測量指標，但可以分析面上沉降的變化趨勢，以填補面上監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失的現(xiàn)狀，適用于為大面積、較長時間尺度的沉降監(jiān)測對象；

遠程自動化監(jiān)測方法。將單點沉降計固定在豎立于堅硬巖石的剛性桿上，通過測試智能沉降計的沉降量得知地面的沉降量，再利用GPRS或CDMA等無線網(wǎng)絡(luò)接入Internet網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)高精度遠程自動化監(jiān)測軟土沉降的目的[4]。由各個單點沉降監(jiān)測儀組網(wǎng)，可搭建區(qū)域的軟土沉降監(jiān)測平臺（圖3）。

4 結(jié)語

廣州市軟土具有厚度變化大、埋深淺、形成年代新、含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低等特性，是形成于晚更新世的典型的三角洲軟土。

廣州市軟土地面沉降的類型可劃分：欠固結(jié)軟土自然壓密產(chǎn)生的沉降，及人為因素（包括抽采地下水和工程施工擾動等）。軟土分布范圍廣，由西北向東南逐漸加厚，廣州珠江兩岸和黃埔、南沙地區(qū)是地面沉降災害防治的重點區(qū)段。

廣州軟土地基沉降發(fā)育程度高，規(guī)模大，這就對軟土地面沉降監(jiān)測提出了更高的時效性、高精度要求，而自動化監(jiān)測是軟土地面沉降監(jiān)測的必由之路。

【參考文獻】

[1]余革淼，李德洲，屈尚俠.廣州市軟土地面沉降特征分析[J].上海國土資源，2017，38（02）：22-25.

[2]廣東省地質(zhì)調(diào)查院.廣州市城市地質(zhì)調(diào)查成果報告[R].2011.

[3]郭宇，鄭小戰(zhàn)，黃健民，陳建新，陳小月.廣州市金沙中學地面沉降成因分析及防治對策[J].資源環(huán)境與工程，2013，27（06）：786-789.

[4]劉延勇.廣州軟土地面沉降遠程自動化監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].西部探礦工程，2016，28（05）：8-10+13.