汕頭市區(qū)軟土空間分布及其工程地質(zhì)特性

［關(guān)鍵詞］汕頭市；軟土；工程地質(zhì)特性；空間分布

汕頭市是我國主要港口城市、中國最早開放的經(jīng)濟(jì)特區(qū)、省域副中心城市，地處廣東省東部，韓江三角洲南端，境內(nèi)韓江、榕江、練江三江入海，水系發(fā)育，又處于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈地段，河道變遷快，軟土廣泛分布。區(qū)內(nèi)軟土這類不良土體的系統(tǒng)研究程度不高，隨著汕潮揭都市圈建設(shè)步伐加快和汕頭市發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施，探討汕頭市軟土層的空間分布及其工程地質(zhì)特征及主要工程地質(zhì)問題，服務(wù)城市建設(shè)，對(duì)區(qū)內(nèi)工程建設(shè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1. 地理概況

汕頭市位于廣東省東部沿海地帶，緊鄰香港、澳門、臺(tái)灣，瀕臨西太平洋國際黃金航道，與潮州、揭陽兩市接壤，東瀕南海。地處東經(jīng)116°14'15″～117°09'18″，北緯23°02'54″～23°39'02″，目前全市轄6區(qū)1縣（金平區(qū)、龍湖區(qū)、濠江區(qū)、澄海區(qū)、潮陽區(qū)、潮南區(qū)及南澳縣），全市陸地面積2084.42 km²，海域面積約1.0×104 km²，其中領(lǐng)?；€以內(nèi)海域面積約2570 km²，全市海岸線289 km，島岸線長167.37 km，全市大小海島82個(gè)，其中有居民海島3個(gè)（達(dá)濠島、南澳島、媽嶼島），天然良港眾多。

2. 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)（金平區(qū)、龍湖區(qū)）區(qū)域上出露的主要地層有：三疊系（T）、侏羅系（J）、新近系（N）和第四系（Q），其中新近系和侏羅系零星出露，以第四系分布面積最廣。區(qū)內(nèi)第四系沉積物分布廣泛，主要分布于榕江、大港河、西港河、梅溪河、新津河和外砂河的入?？谝粠?，總面積達(dá)267.75 km²，占研究區(qū)陸地面積的92.33%，一般厚度為23.3～130.7 m，全區(qū)平均約52.04 m，厚度最大達(dá)130.7 m（位于龍湖區(qū)下埔村一帶），按成因劃分為海相、陸相、海陸交互相等，以河口三角洲的海陸交互沉積為主，組成物質(zhì)主要為黏土、淤泥，次為粉質(zhì)黏土、粉土、砂和礫石，含豐富的微體古生物及貝殼、植物碎片等。

汕頭市市區(qū)境內(nèi)出露的巖石主要有早白堊世、晚侏羅世侵入巖，少量噴出巖及巖脈。研究區(qū)處于新華夏系第二復(fù)式隆起帶的南東側(cè)，并與南嶺東西向復(fù)雜構(gòu)造帶南部東段交接部位，屬濱太平洋構(gòu)造域的一部分，自晚三疊世以來處于大陸邊緣活動(dòng)帶階段，中生代是這個(gè)時(shí)候表現(xiàn)最為強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，其中北東向構(gòu)造規(guī)模巨大，是本區(qū)的主導(dǎo)構(gòu)造，從區(qū)域資料推測(cè)北西斷裂切割北東向斷裂。

汕頭地震災(zāi)害主要分布在汕頭東部海岸線及南澳島，著名的NE向福建泉州—汕頭地震帶和南澳深斷裂帶平行汕頭海岸帶穿越南澳島，是我國地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015），研究區(qū)所在的地震動(dòng)峰值加速度為0.2g，相應(yīng)地震動(dòng)反映譜特征周期為0.40 s，地震基本烈度為Ⅷ度，屬于區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差的地區(qū)。

3. 軟土空間分布

軟土空間分布受沉積環(huán)境及基底地形條件控制[1]。按照中國軟土分布區(qū)域圖，汕頭屬于Ⅲ—南方地區(qū)[2]。通過區(qū)域地質(zhì)資料和汕頭市中心城區(qū)城市地質(zhì)調(diào)查[3]，區(qū)內(nèi)軟土呈片狀大面積廣泛分布，且平面分布和厚度不均勻（圖1）。據(jù)鉆孔資料，區(qū)內(nèi)軟土厚度一般為4.60～37.2 m，厚度大于30 m的主要分布在南海街道辦事處東部及新溪鎮(zhèn)南東部一帶（區(qū)域①），厚約30.56～37.2 m；厚度20～30 m的主要分布于汕頭灣北岸一帶及工作區(qū)北部與潮州市接壤地帶（區(qū)域②）；厚度10～20 m的在區(qū)內(nèi)大面積分布（區(qū)域③））；厚度小于10 m的主要分布在市區(qū)中部，大致呈現(xiàn)東西走向條帶狀貫穿市區(qū)，與沙垅、沙壩相關(guān)聯(lián)（區(qū)域④））；軟土不發(fā)育區(qū)主要分布在調(diào)查區(qū)西北部（區(qū)域⑤）。

4. 軟土工程地質(zhì)特性

4.1 埋藏分布特征

根據(jù)區(qū)內(nèi)軟土的出露條件，按照其在垂直方向上的層數(shù)和與其他土層的組合關(guān)系，可劃分為單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)。

單層結(jié)構(gòu)：主要分布于牛田洋內(nèi)緣、金山塭一帶，為全新統(tǒng)中期海陸交互堆積的淤泥、淤泥質(zhì)土、含砂淤泥，層厚3.18～23.6 m，頂板埋深4.81～20.32 m，其天然含水量40.4%～75.5%，孔隙比1.1～1.85，壓縮系數(shù)0.56～1.0 MPa^-1，標(biāo)貫0.88～ 1.8擊。

雙層結(jié)構(gòu)：主要分布于牛田洋外緣、珠池、下蓬一帶，上層為全新統(tǒng)中期、晚更新世晚期海陸交互堆積的淤泥，局部為淤泥質(zhì)土、粉砂質(zhì)淤泥，層厚6.44～24.34 m，頂板埋深一般在4.6～10.63 m，其天然含水量35%～82%，孔隙比1.05～2.04，壓縮系數(shù)0.65～1.9 MPa^-1，標(biāo)貫0.3～2.0擊；下層多為晚更新世中期（局部為全新統(tǒng)中期）海陸交互堆積的淤泥、含砂淤泥、淤泥質(zhì)土，層厚4.85～12.03 m，層位較穩(wěn)定，厚度變化小，但頂板埋深因地而異，一般為27.2～41.3 m，天然含水量44%～47.2%，孔隙比為1.31，壓縮系數(shù)0.45～0.7 MPa^-1，標(biāo)貫0.5～1.6擊。

多層結(jié)構(gòu)：分布于區(qū)內(nèi)大部分地段，上層為全新統(tǒng)中、晚期海陸交互堆積、海積的淤泥、淤泥質(zhì)土、含粉砂淤泥，層厚6.86～30.14 m（以月浦一帶厚度為大），天然含水量43 % ～85.7 % ，孔隙比1.08～2.33，壓縮系數(shù)0.59～1.8 MPa^-1，標(biāo)貫1.5～1.9擊；下層為全新統(tǒng)中期及晚更新世中期海陸交互堆積的淤泥質(zhì)土、淤泥，層厚4.3～15.63 m，頂板埋深12.74～37.3 m（以汕頭市北側(cè)埋深為大），天然含水量43 %～56 %，孔隙比1.08～1.40，壓縮系數(shù)0.63～0.77 MPa^-1。

4.2 物理力學(xué)特征

汕頭市區(qū)軟土分布廣，厚度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜[4]。根據(jù)已有勘察資料和汕頭市中心城區(qū)城市地質(zhì)調(diào)查，對(duì)汕頭市區(qū)軟土層物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1），因資料有限和調(diào)查精度不高，所以統(tǒng)計(jì)所用鉆孔以中部為主。

由以上表可以看出，區(qū)內(nèi)軟土厚度相差較大，呈流塑—軟塑，具有高含水量、大孔隙比、低強(qiáng)度、高壓縮性等不良工程地質(zhì)性質(zhì)，而且軟土具有低滲透性、觸變性和流變性等不良工程特點(diǎn)。

4.3 軟土不良工程地質(zhì)問題

根據(jù)鉆孔資料和軟土物理力學(xué)特征，軟土在工程建設(shè)中表現(xiàn)出不良工程地質(zhì)現(xiàn)象：

4.3.1 沉降變形

區(qū)內(nèi)軟土多為全新統(tǒng)、晚更新世海積的淤泥、淤泥質(zhì)土、粉砂質(zhì)淤泥，厚度為4.60～37.2 m不等，分布不均，軟土天然含水率為35.0 %～85.7 %；液性指數(shù)1.45～3.11，平均2.06，流塑—軟塑；孔隙比1.57～2.35，平均1.96，多為淤泥質(zhì)土；壓縮模量0.42～2.70 MPa，為高壓縮性土。在上部荷載的作用下，易導(dǎo)致地面沉降，造成建筑物的沉降變形。

在建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，建筑物基底壓力應(yīng)在地基土允許的承載力之內(nèi)[5]。據(jù)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)軟土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值50～80 kPa，垂直方向的滲透系數(shù)在10^-5～10^-8cm/s之間，對(duì)地基土排水不利，當(dāng)軟土層與粉砂、粉土互層相間時(shí)（即雙層或三層結(jié)構(gòu)），其水平方向滲透系數(shù)在1×10^-4～1×10^-5cm/s之間，比垂直方向滲透系數(shù)大數(shù)百倍。由于透水性弱，含水量大且處于飽和狀態(tài)，這不但延緩其土體的固結(jié)過程，而且在加荷初期，易出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，有效應(yīng)力降低，導(dǎo)致地基土層強(qiáng)度降低產(chǎn)生沉降甚至建筑物變形開裂[6]。

4.3.2 滑移失穩(wěn)

汕頭市區(qū)位于韓江、榕江下游及練江流域、濱海平原地段，為韓江三角洲平原，基底為燕山區(qū)花崗巖，其上廣泛分布第四系沉積物[7]。軟土具有明顯觸變性，靈敏度一般在3～4，有的可達(dá)8～9或者更大。土體受到擾動(dòng)或震動(dòng)荷載，強(qiáng)度將明顯降低，導(dǎo)致土體易沿某一滑動(dòng)面產(chǎn)生滑移變形或基底向兩側(cè)擠出等現(xiàn)象。

軟土具有明顯流變性，對(duì)于基坑工程，開挖時(shí)易產(chǎn)生側(cè)向變形和剪切破壞，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)變形或邊坡失穩(wěn)[8]。軟土除受壓固結(jié)引起流變外，即使在相當(dāng)小的剪切荷載作用下，其變形可能長期發(fā)展，對(duì)斜坡、堤岸、碼頭等地基穩(wěn)定性不利。

5. 軟土地基處理建議

區(qū)內(nèi)軟土厚度相差較大，呈流塑—軟塑，具有高含水量、大孔隙比、低滲透性、低強(qiáng)度、高壓縮性等特性，軟土地基上的建筑物沉降量大，沉降穩(wěn)定時(shí)間長，沉降差過大可導(dǎo)致建筑物開裂破壞，甚至產(chǎn)生地基局部以至整體的滑移破壞[1]。針對(duì)汕頭市區(qū)軟土工程特性存在易產(chǎn)生不良工程地質(zhì)問題，提出地基處理建議：

（1）置換及拌入法。對(duì)于發(fā)育地表淺部且厚度較小的地段可采用以砂石、素土、灰土和礦渣等強(qiáng)度較高的材料置換軟土地基中部分軟土，或摻入水泥、石灰或砂漿等，與周邊土層形成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力。

（2）樁基法。在深厚的軟土地基上，當(dāng)建筑物的荷載較大，或?qū)Φ鼗冃魏头€(wěn)定性要求較高，而采用其他處理措施不能滿足要求時(shí)，宜采用樁基方案[9]。樁基具有承載力高、沉降量小且沉降較均勻的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軟土地區(qū)。

（3）預(yù)壓法。采用預(yù)定荷載加壓，使之固結(jié)，一般在地基中打入砂井及塑料排水板對(duì)軟土進(jìn)行堆載預(yù)壓，加速排水固結(jié)，提高淤泥和淤泥質(zhì)土的強(qiáng)度，滿足工程負(fù)載要求。砂井和塑料排水板具有施工速度快、造價(jià)較低的優(yōu)點(diǎn)，在工期充足的軟基，采用砂井和塑料排水板處理，對(duì)改良軟土物理力學(xué)性質(zhì)和控制沉降效果明顯[4]。

6. 結(jié)論

（1）汕頭市區(qū)（金平區(qū)、龍湖區(qū)）軟土具有典型的軟土特征：含水量大、孔隙比大、滲透性低、承載力低、黏聚力小、抗剪性能差、靈敏度高、壓縮性高、標(biāo)貫小于5擊的物理力學(xué)性質(zhì)。

（2）由于汕頭地區(qū)多次的海退海進(jìn)，沉積環(huán)境較為復(fù)雜，有海陸交互堆積、陸相沉積和海相沉積，從而造成區(qū)內(nèi)軟土廣泛分布，厚度4.60～37.2 m不等，埋藏深度0.7 ～52.2 m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出露形式多樣，出露結(jié)構(gòu)有單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)，自南向北由單層變雙層至三層結(jié)構(gòu)。

（3）區(qū)內(nèi)軟土大面積存在，在上部附加應(yīng)力的作用下，導(dǎo)致長時(shí)間累計(jì)的地面沉降，及地基不均勻沉降等工程地質(zhì)問題，置換和拌入、樁基法、預(yù)壓法是處理區(qū)內(nèi)軟土不良工程地質(zhì)問題的有效手段，建議加大這方面的研究及推廣力度。