容穗紅

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州 510060）

1 前言

濱海地區(qū)歷來是經(jīng)濟發(fā)展前沿，我國70%以上的大中城市屬于濱海城市，聚集了55%以上的國內(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)活動活躍，河相和海相沉積交互發(fā)育，地質(zhì)環(huán)境復雜，屬于脆弱敏感帶［2]。因此，研究濱海城市工程地質(zhì)的共性問題，不僅有理論價值，也有迫切的現(xiàn)實意義，是一項具有戰(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?？冢貏萦杀?、西北向東南傾斜，北部主要是50 m以下的低丘臺地，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]，咸潮時有發(fā)生，具有濱海城市工程地質(zhì)的典型特點。本文通過研究廣州南部地區(qū)城市工程地質(zhì)問題，劃分了區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)問題的專題分區(qū)，并進行了初步評價，提出了城市規(guī)劃和工程建設(shè)的對策建議，對于城市規(guī)劃、工程設(shè)計和施工具有一定的參考價值，對其他城市的工程地質(zhì)問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）河流及海湖的復雜交替作用，松軟土層通常與薄層砂交錯沉積，多交錯成不規(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。

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

2.1.2 松軟土地基對城市建設(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，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)施的運作。因此，需科學規(guī)劃建設(shè)工程布局，并在城市工程建設(shè)時對松軟土層選擇適當?shù)姆椒ㄟM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)生基坑開挖變形、樁的負摩阻力、土體穩(wěn)定性等問題，增加施工安全性，解決這些問題，將造成工期延長、建設(shè)項目成本增加等問題。

2.2 活動斷裂及其影響

活動斷裂主要指第四紀以來活動過的斷裂。根據(jù)其與發(fā)震的關(guān)系可分為非全新活動斷裂、全新活動斷裂和發(fā)震斷裂。其中全新活動斷裂是1×104a內(nèi)有過地震活動或近期正在活動，在今后100 a可能繼續(xù)活動的斷裂，其對一般民用建設(shè)工程影響較大，但水利、地震部門需考慮10×104a以來的活動特征。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)活動頻繁，容易引起地面構(gòu)筑物扭曲、撕裂等強烈危害。

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，容易產(chǎn)生液化，對工程建設(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，粘土顆粒含量多少決定其液化能力。

（2）土層時代。根據(jù)地震調(diào)查，液化土時代大多數(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階地等地貌單元上，而處于高級階地的土層甚少發(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)試驗顯示，當砂土和粉土埋藏較深時，靜應力比較大，一般不容易液化。

2.3.2 砂土液化引發(fā)的問題

根據(jù)液化場地是否水平，上覆非液化層是否密實堅硬，液化土層引起的工程地質(zhì)問題主要為噴水冒砂、振密作用和液化側(cè)擴這三種［4]。在上覆非液化層密實堅硬的水平場地只會發(fā)生振密作用，在上覆非液化層比較松散軟弱的水平場地則會同時發(fā)生噴水冒砂和振密作用，而液化側(cè)擴一般只會發(fā)生在傾斜的場地上。

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兩種途徑：

（1）地下水：由于過量開采地下水，地下水位不斷下降，低于海平面，使海水回流下滲至地下水，導致地下水中氯離子（Cl－）含量增高，甚至引起地下水化學類型由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：當海洋大陸架高鹽水團隨潮汐漲潮沿著河口向上游推進，鹽水擴散、咸淡水混合往內(nèi)陸上溯，內(nèi)河含鹽量超過一定標準，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力過程之一，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，多發(fā)生在冬春旱季。冬末春初上游來水量減少，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

咸潮入侵會導致地下水和土壤內(nèi)鹽度升高，給濱海地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境造成嚴重影響，危害人和生物的生存。地下水咸化，會對建筑物的地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕作用，特別是對于鋼筋混凝土的腐蝕，將嚴重影響橋梁、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、活動斷裂、地震砂土液化及咸潮入侵等工程地質(zhì)問題，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。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)濟較發(fā)達的地域，填土相對較厚，使得上層軟土埋深最大達到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類區(qū)域，具體分布如圖1所示。

四類區(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 活動斷裂空間分布及活動特征

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)活動斷裂發(fā)育較多，但活動速率不大，活動年代主要發(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)有全新世活動斷裂，在兩組斷裂的交匯部位往往是全新世以來的活動幅度較大，而且目前仍有一定的活動性的地方。

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)域進行了預測，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測圖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?？?，由于以下原因，該區(qū)域咸潮入侵規(guī)模和影響范圍有擴大趨勢。一是珠江上游冬季少雨，水源水量減少，潮位降低；二是珠江口無序挖沙，河砂開采量已經(jīng)連續(xù)15 a超過了8 000×104t，上游泥沙不夠補充已被挖走的河沙，且挖走的河沙主要為粗砂，導致河床下切，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，咸潮上溯越來越遠；三是生產(chǎn)生活用水增加，由于珠江沿岸經(jīng)濟社會發(fā)展快速，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴張，常住人口急劇增加，導致進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)中國科學院等的研究預測，至2030年，區(qū)域海平面可能上升30 cm。近20 a來珠三角地區(qū)曾發(fā)生過5次嚴重咸潮，其中3次發(fā)生在近3 a的冬春季節(jié)，咸潮影響時間和范圍不斷擴大，對農(nóng)業(yè)、工業(yè)等行業(yè)，擴大到城市供水、生態(tài)環(huán)境等社會經(jīng)濟的多個領(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，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)問題的對策分析

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

4.1 對城市規(guī)劃的考慮

（1）城市規(guī)劃應綜合考慮土地的區(qū)位、地貌、地質(zhì)環(huán)境和經(jīng)濟等因素，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）對于圖1中活動斷裂帶上，特別是活動斷裂交匯區(qū)，應避免布局重大工程項目或規(guī)劃適度的緩沖帶，避免產(chǎn)生重大經(jīng)濟損失。

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

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

（5）城市規(guī)劃應充分考慮地面沉降和海平面上升的因素。

4.2 對工程施工的考慮

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，充分利用硬塑風化土，高層建筑可采用樁基礎(chǔ)，并要注意局部軟質(zhì)巖強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、真空預壓法、堆載預壓法和復合地基對松軟土層進行處理，高層建筑必須采用樁基礎(chǔ)，施工時應注意基礎(chǔ)不均勻沉降、工后變形過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)，對沉降變形要求不高的工程，可采用真空聯(lián)合堆載預壓或復合地基對松軟土層進行處理，不宜采用高真空擊密法，對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)。施工時應注意基礎(chǔ)沉降變形過大及負摩阻力對樁基礎(chǔ)的影響作用。

（4）巨厚層軟土分布區(qū)。道路、低層建筑可采用復合地基或樁基礎(chǔ)，高層建筑必須采用樁基礎(chǔ)。施工時應注意基礎(chǔ)不均勻沉降、工后變形過大及負摩阻力對樁基礎(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)計時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，應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、建筑類別、結(jié)合具體情況，選擇適當?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度。例如：振沖加密、擠密砂樁。對于容易產(chǎn)生砂土液化的場地，可以采用強夯，擠密碎石樁和振沖法進行處理，也可采用振沖碎石樁復合地基處理方法。

4.2.3 咸潮入侵區(qū)的施工

在咸潮入侵導致地下水腐蝕比較嚴重的地區(qū)，應增強對鋼筋混凝土地基的保護，防止地下水入滲。

5 結(jié)語

本文重點研究了廣州南部濱海地區(qū)的工程地質(zhì)問題，并提出相關(guān)的對策，對松軟土地基、活動斷裂、地震砂土液化和咸潮入侵等工程地質(zhì)問題的特征、影響作了較為細致的分析，提出了相關(guān)的對策建議，對于城市規(guī)劃、工程設(shè)計和施工具有一定的參考價值。廣州市南部地區(qū)工程地質(zhì)問題與其他濱海城市具有共性特征，對于濱海城市工程地質(zhì)問題的研究也具有借鑒意義。但對于廣州南部地區(qū)活動斷裂的影響范圍、地震砂土液化的實驗研究和三維地質(zhì)環(huán)境模擬等有待進一步的深入研究，以進一步準確把握和評價廣州南部地區(qū)的工程地質(zhì)問題，為經(jīng)濟建設(shè)服務，實現(xiàn)人類建設(shè)活動與地質(zhì)環(huán)境的和諧。

［1]李相然.瀕海城市環(huán)境工程地質(zhì)問題的地域分異規(guī)律［J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1999，（2）：42－44.

［2]王思敬，張壽全.中國沿海資源工程環(huán)境系統(tǒng)與經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略［M].北京：地震出版社，1993：3－17；24－28.

［3]李相然，張紹河.瀕海城市環(huán)境工程地質(zhì)問題的系統(tǒng)防治研究［J].地質(zhì)災害與環(huán)境保護，1999，10（1）：20－24.

［4]宿文姬，劉利艷，等.淺基礎(chǔ)水平場地砂土液化危害性評價［J].華南地震，2006，26（3）：9－15.

［5]黃華通.振沖碎石樁處理砂土液化地基的工程應用研究［J].中國水運，2007，5（4）：59－61.

［6]張勃夫.中國瀕海城市地下水開發(fā)與海水入侵的研究［J].吉林地質(zhì)，1997，16（2）：1－5.

［7]陳國能，張珂，陳華富，等.珠江三角洲斷裂構(gòu)造最新活動性研究［J].華南地震，1995，（3）：16－21.

［8]陳偉光，魏柏林，等.珠江三角洲地區(qū)新構(gòu)造運動［J].華南地震，2002，（1）：8－10.