盧薇艷、黃于新

（深圳市地質(zhì)局，深圳 518023）

深圳寶安填海區(qū)地面沉降特征探討

盧薇艷、黃于新

（深圳市地質(zhì)局，深圳 518023）

深圳市寶安中心區(qū)為大規(guī)模填海形成，發(fā)生了多處地面沉降。通過野外地質(zhì)調(diào)查和收集大量資料，在填海區(qū)建立地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，查明了填海范圍的地質(zhì)環(huán)境特征，分析了填海區(qū)地面沉降的機(jī)理和特征。產(chǎn)生沉降的主要因素有兩個(gè)：一是土層在建筑物等外部荷載作用下產(chǎn)生的固結(jié)沉降，主要發(fā)生在建筑物施工期間及使用期間，作用時(shí)間相對(duì)較長；二是由于基坑降水引起附加沉降，這部分沉降主要發(fā)生在基坑開挖期間，作用的時(shí)間相對(duì)較短，一般隨著基坑的回填及地下水位的恢復(fù)，沉降便基本完成。通過數(shù)學(xué)方法研究了軟土的欠固結(jié)、固結(jié)和次固結(jié)沉降，其中次固結(jié)沉降為填海區(qū)軟土固結(jié)過程中貢獻(xiàn)最大。抽取地下水和大規(guī)模密集高層建筑群也是產(chǎn)生地面沉降的影響因素之一，但影響范圍有限。

寶安中心區(qū)；填海；地面沉降；次固結(jié)；特征

0 前言

地面沉降是一種可由多種因素引起的地面標(biāo)高緩慢降低的環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象，人類活動(dòng)和地質(zhì)作用是造成地面沉降的主要原因，其中過量抽取地下水是最主要的原因（薛禹群等，2003；殷躍平等，2005）。而寶安中心區(qū)近年來未抽取地下水作為生活或工業(yè)用水，其地面沉降的主要原因和機(jī)理有待查明。

寶安中心區(qū)位于深圳市西北部，珠江口東岸，地處珠三角核心，是深港穗黃金經(jīng)濟(jì)走廊的重要節(jié)點(diǎn)。2010年3—4月，中心區(qū)多個(gè)樓盤發(fā)生地面沉降，未造成人員傷亡，但部分樓盤的地下管網(wǎng)因沉降損壞，接連發(fā)生爆水管事件，引起了各方對(duì)地面沉降原因和未來發(fā)展的廣泛關(guān)注。經(jīng)過調(diào)查和研究表明，寶安中心區(qū)產(chǎn)生地面沉降的原因主要是填土及軟土未完成自重固結(jié)，且主要發(fā)生于地坪、道路及綠化回填區(qū)，且沉降有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地理位置及地貌特征

研究區(qū)位于寶安中心區(qū)東南部，東北臨寶安大道，西北至碧海灣公園，東南隔湖濱西路與南山區(qū)相鄰，西南面海，總面積15.58km2。

地貌類型主要為海積平原，西北部碧海灣公園為低丘陵和臺(tái)地，總體地勢(shì)為西北高，東南低。平原區(qū)地形平坦，地面坡度小于5°，地面標(biāo)高一般在3～15m，最高點(diǎn)為82.7m。

1.2 區(qū)域地質(zhì)條件

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及鉆孔數(shù)據(jù)，研究區(qū)主要地層為第四系晚更新統(tǒng)禮樂組和全新統(tǒng)桂洲組地層組成。禮樂組（Qpl）不整合于基巖風(fēng)化殼之上，由砂礫、砂、黏土為主，自下而上劃分為石排段、西南鎮(zhèn)段和三角層段。桂洲組（Qhg）地層平行不整合覆于禮樂組或覆于基巖風(fēng)化殼之上，富含腐殖質(zhì)和淤泥、粉砂、細(xì)砂、砂礫等，自下而上劃分為杏壇段、橫欄段、萬頃沙段和燈籠沙段。研究區(qū)內(nèi)燈籠沙段缺失。

研究區(qū)內(nèi)侵入巖主要是早奧陶世花崗巖（O1ηγ），只在西北部海灣公園附近小部分出露。巖性主要為片麻狀細(xì)粒斑狀（含斑）黑云母二長花崗巖，巖石新鮮呈淺灰白色，局部深灰色，風(fēng)化呈褐黃色，通常具細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，或他形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)，或變余花崗結(jié)構(gòu)，部分似斑狀結(jié)構(gòu)，片麻或弱片麻狀構(gòu)造。

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以斷裂為主，主要斷裂體系有北東向的壓扭性構(gòu)造、近東西向壓性構(gòu)造和北西向扭性構(gòu)造。主要斷層有蛇口斷裂、大鏟島斷裂、媽灣斷裂等。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，研究區(qū)內(nèi)碧灣路附近有一北西向斷裂。

1.3 工程地質(zhì)條件

據(jù)鉆探資料，將研究區(qū)內(nèi)的土體按成因類型分為人工填土層、海陸交互沉積層、海積層、海積—沉積層、沖洪積層、湖沼沉積層和殘積層；巖體為奧陶世花崗巖，根據(jù)風(fēng)化程度又分為全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖。

由于研究區(qū)主要地面沉降發(fā)生在土體中，對(duì)土體的工程地質(zhì)特征進(jìn)行重點(diǎn)研究。區(qū)內(nèi)沉積層厚度從北向南遞增，巖性以河谷交互相和海陸交互相沉積為主，沉積物則主要為黏性土、淤泥類土及砂土等。土的分類按顆粒級(jí)配和塑性指數(shù)進(jìn)行分類，可分為碎石土、砂土和黏性土。

1.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水賦存介質(zhì)特征，將研究區(qū)的地下水類型分為松散類孔隙水和基巖類裂隙水兩種，基巖類裂隙水又根據(jù)其成因類型確定為塊狀基巖裂隙水。松散巖類孔隙水在研究區(qū)內(nèi)大面積分布，含水層多為河流沖洪積、海積的細(xì)砂、粗砂及礫石層等，含水層分布較零星、分散，富水程度為貧乏至中等?；鶐r類裂隙水主要分布于西北部的早奧陶世花崗巖中，水量貧乏。

研究區(qū)的主要補(bǔ)給來源為大氣降雨入滲補(bǔ)給和地表河流入滲補(bǔ)給，排泄方式為河流排泄、地下潛流和蒸發(fā)蒸騰。受地形條件控制，地下水在空間上的運(yùn)移特征是由北向南運(yùn)動(dòng)，徑流條件一般，徑流速度緩慢。

1.5 環(huán)境地質(zhì)條件

研究區(qū)的主要環(huán)境地質(zhì)問題有區(qū)域穩(wěn)定性問題、地面沉降問題、地下水環(huán)境問題和海洋地質(zhì)災(zāi)害問題等，本次研究主要針對(duì)地面沉降問題。

由于寶安中心區(qū)大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)，研究區(qū)地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)性質(zhì)和工程地質(zhì)性質(zhì)發(fā)生了大幅度改變，加之上部荷載作用的影響，人工填土及下伏軟土在自重或荷載作用下發(fā)生了不同程度的固結(jié)沉降。此外，由于建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)類型、荷載大小及軟弱地質(zhì)體組合等多種因素都存在差異，區(qū)內(nèi)多個(gè)區(qū)域出現(xiàn)了差異性沉降（楊順安等，1997）。

2 地面沉降機(jī)理及特征

為充分開發(fā)利用土地資源，自1994年開始，寶安區(qū)政府先后投入了約40億元人民幣進(jìn)行中心區(qū)填海造陸工程（于海波等，2009）。寶安中心區(qū)90%的面積屬于填海區(qū)域，除行政中心、寶安體育中心和各市政道路、公共用地外，其他地區(qū)均未進(jìn)行系統(tǒng)的軟基處理。因此，寶安中心區(qū)填海區(qū)地面沉降主要是未經(jīng)處理的軟基在荷載作用下的不均勻沉降。

研究區(qū)原始地貌為珠江口外濱海潮間帶，地勢(shì)平坦，后經(jīng)人工圍海，建成大小不等的連片魚塘，近有泥砂填入，表層無天然硬殼，經(jīng)吹沙填海抽來的泥砂顆粒細(xì)小并呈懸浮狀，含水量高達(dá)105%；其下為第四系海相淤泥層，下部為第四系沖洪積粘土層及粗礫砂，主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

2.1 軟土的欠固結(jié)、固結(jié)與次固結(jié)沉降

研究區(qū)軟土厚度不均，從內(nèi)陸向沿海逐漸增厚，局部較厚，最大厚度大于12m，大多厚度在5～8m之間。次固結(jié)沉降實(shí)際上在主固結(jié)過程一開始就發(fā)生了，只不過數(shù)值相對(duì)很小而已。但超靜孔隙水壓力消散得差不多以后，主固結(jié)沉降增量就很小了，而次固結(jié)沉降愈來愈顯著，逐漸上升成為主要的（鄭先昌等，2003）。

珠三角地區(qū)地層中有些較厚的淤泥層，淤泥的含水量大，可壓縮性高，次固結(jié)作用是比較明顯的。由于建筑物密度增大，土層所承受的有效應(yīng)力也增大。在較大的有效應(yīng)力下，淤泥層就有可能發(fā)生較大的次固結(jié)沉降。剩余沉降等于軟土層未完成的主固結(jié)沉降與次固結(jié)沉降之和：

式中：Sc為淤泥土層的總沉降量，Sα為次固結(jié)沉降量。

統(tǒng)計(jì)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，淤泥層先期固結(jié)壓應(yīng)力pc一般小于其自重壓應(yīng)力，絕大多數(shù)淤泥層表現(xiàn)為欠固結(jié)特性，超固結(jié)比OCR=0.45～0.85。

淤泥的平均厚度取6.5m，超固結(jié)比OCR=0.65，孔隙比e1=2.24，壓縮指數(shù)Cc=0.669，淤泥層中部的自重有效應(yīng)力，由于欠固結(jié)產(chǎn)生的沉降約為：

次固結(jié)效應(yīng)也可能是造成該地區(qū)地面沉降過大的重要原因。如果在工程建設(shè)中趕搶工期，在修建上部建構(gòu)筑物時(shí)地基土層主固結(jié)尚未完成時(shí)，則地面工后沉降將會(huì)更為嚴(yán)重。

在堆載（超載）預(yù)壓排水固結(jié)法處理的欠固結(jié)淤泥和未進(jìn)行塑料排水板預(yù)壓法處理的欠固結(jié)淤泥兩種情形下進(jìn)行計(jì)算，填海區(qū)填土施工完工后，t=1.5、5年的固結(jié)度 分別25.4%、38.5%，完成的沉降量分別為6.37、9.66cm，剩余沉降量分別為18.73cm、15.44cm。

表1 各土層的物理力學(xué)指標(biāo)Tab.1 Physical and mechanical indexes of soil layers

次固結(jié)沉降量主要取決于土的次固結(jié)系數(shù)(Cα)。研究表明，Cα與下列因素有關(guān)：土的種類，塑性指數(shù)越大，Cα越大，尤其是對(duì)有機(jī)土而言；含水率w越大，Cα越大；溫度越高，Cα越大。正常固結(jié)黏土的Cα一半在0.005～0.02之間；高塑形黏土、有機(jī)土的Cα一般大于0.03；超固結(jié)黏土（OCR＞2）的Cα一般小于0.001。

填海區(qū)填土施工完成后，t =1.5、5年的固結(jié)度分別25.4%、38.5%，完成的沉降量分別為22.7、34.4cm。經(jīng)計(jì)算Sc=0.89m，次固結(jié)沉降量Sα=5% Sc≈4.5cm。t =1.5、5年后的剩余沉降量分別為71.2cm和59.5cm。

完成的沉降量和剩余沉降量不但出入較大，而且超出近4倍，說明次固結(jié)沉降在填海區(qū)軟土固結(jié)過程中具有較大的貢獻(xiàn)。

2.2 抽取地下水導(dǎo)致的地面沉降

盡管深圳地區(qū)從未抽取地下水作為生活或工業(yè)用水，但工程性降水仍然存在，降水必然會(huì)引起臨近場(chǎng)地的地下水呈漏斗狀下降，導(dǎo)致地面沉降，只不過這種沉降范圍及其影響程度是局部的、次要的。

2.3 建筑物群引起的地面沉降

地基處理沉降計(jì)算中，一般只考慮淤泥等軟土的沉降，不計(jì)算下臥層的沉降。但是大面積填土引起下臥層的沉降，大規(guī)模的密集高層建筑物群引起軟土層和下臥層的沉降是必然的，從而引起地面沉降（介玉新等，2003）。主要有筏板基礎(chǔ)及箱型基礎(chǔ)的附加應(yīng)力引起的地面沉降和樁基礎(chǔ)在淤泥層及其下臥層中產(chǎn)生的附加應(yīng)力引起的地面沉降。此類沉降屬于工后沉降，危險(xiǎn)性較大（鄭永來等，2005）。

3 結(jié)論

（1）深圳市寶安中心區(qū)屬于海積平原，經(jīng)大規(guī)模填海造陸活動(dòng)形成了現(xiàn)有地形地貌。地層主要為第四系禮樂組和桂洲組，巖體為早奧陶世花崗巖。填土層中還有較厚的淤泥層、粘土等軟土地層。產(chǎn)生沉降的主要因素有兩個(gè)：一是土層在建筑物等外部荷載作用下產(chǎn)生的固結(jié)沉降，這部分沉降主要發(fā)生在建筑物施工期間及使用期間，作用時(shí)間相對(duì)較長；二是由于基坑降水引起附加沉降，這部分沉降主要發(fā)生在基坑開挖期間，作用的時(shí)間相對(duì)較短，一般隨著基坑的回填及地下水位的恢復(fù)，沉降便基本完成，但這部分沉降對(duì)周邊管線及環(huán)境也可能造成比較大的危害。

（2）寶安中心區(qū)填海區(qū)地面沉降的機(jī)理和特征主要為三種情形，分別為欠固結(jié)、主固結(jié)和次固結(jié)沉降，抽取地下水和大規(guī)模的密集高層建筑群引起的沉降，其中軟土的次固結(jié)沉降為主要沉降原因。

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Characteristics of Land Subsidence in Reclamation Area of Baoan Central District of Shenzhen

LU Weiyan, HUANG Yuxin

(Geological Bureau of Shenzhen, Shenzhen 518023)

Baoan District Center of Shenzhen city is formed by large-scale reclamation, where multiple ground subsidence occurred. Through field geological investigation and collection of data, geological environment characteristics of the central area of Baoan reclamation area were identifed, and the characteristics and mechanism of land subsidence reclamation in Baoan District are analyzed to provide reliable technical support for further precaution the ground subsidence and ground treatment work. We established the ground subsidence monitoring points in the reclamation area, and found out the reclamation mechanism and characteristics of the main factors causing ground subsidence: the first factor is the soil consolidation settlement of the buildings under external loading during the construction of buildings for a relatively long time period; the other factor is due to the additional settlement caused by foundation pit dewatering during the excavation, the settlement time is relatively short, and the settlement w ill basically completed w ith the backfill and the groundwater level of the recovery. By a mathematical method, we divided the settlement methods into lack-consolidation settlement, consolidation settlement and secondary-consolidation settlement. Of them the secondary-consolidation settlement is the major settlement method for soft soil in the reclamation area. In addition, the extraction of groundwater and construction of the large-scale high buildings are other factors for land subsidence, but the effect is lim ited.

Baoan Central District; Reclamation; Land subsidence; Secondary-consolidation; Characteristics

A

1007-1903（2017）02-0046-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.02.009

廣東省深圳市地質(zhì)局地質(zhì)工程院士工作站項(xiàng)目支撐

盧薇艷（1982- ），女，碩士，工程師，主要從事地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害研究。E-mail：81951416@qq.com