楊少鋒

(廣東省水文地質大隊 ，廣東 廣州 510510)

廣州南沙新區(qū)地面沉降分布特征及監(jiān)測方法探析

楊少鋒

(廣東省水文地質大隊 ，廣東 廣州 510510)

地面沉降是世界性的難題，也是環(huán)境地質研究的主要內容之一。經濟發(fā)展對地下水的需求量不斷增加又導致地面沉降制約經濟的發(fā)展，已經成為一對不可調和的矛盾。在闡述前人的研究成果的基礎上，以南沙濱海花園地面沉降、萬頃沙地區(qū)地面沉降、龍穴島地區(qū)地面沉降為研究對象，對南沙新區(qū)典型的地面沉降區(qū)進行分析研究，并對地面沉降的防治提出建議措施，對控制地面沉降提供參考。

環(huán)境地質；地面沉降；治理

南沙，原是古海灣，海水連天，島丘錯落。經海洋平面幾進幾退變化，沙泥淤積，漸成洲坦。先民很早就在這片島丘、沙洲上生息、勞作。在南沙街道鹿頸村出土的先秦遺址，揭示距今3000多年前后南沙先民采用農耕與漁獵相結合的生產方式和定居生活方式。在歷史長河中，“沙埠”“沙浦”“南灣”、龍穴洲、黃角鄉(xiāng)、放馬山、大沙、義沙、南沙村、萬頃沙等地名次第出現(xiàn)，行政區(qū)屬也幾經更替，逐漸演變和形成南沙區(qū)及其轄境輪廓。

1993年5月12日，國務院批準設立廣州南沙經濟技術開發(fā)區(qū)。2005年4月28日，國務院批準設立廣州市南沙區(qū)。2012年9月6日，國務院正式批復《廣州南沙新區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，南沙新區(qū)成為繼上海浦東新區(qū)、天津濱海新區(qū)之后，國家在經濟發(fā)展引擎地區(qū)設立的國家級新區(qū)。2012年12月1日，番禺區(qū)東涌鎮(zhèn)、大崗鎮(zhèn)、欖核鎮(zhèn)正式由南沙區(qū)管理。南沙區(qū)下轄萬頃沙鎮(zhèn)、黃閣鎮(zhèn)、橫瀝鎮(zhèn)、東涌鎮(zhèn)、大崗鎮(zhèn)、欖核鎮(zhèn)、南沙街道、珠 江街道、龍穴街道9個鎮(zhèn)(街道)，行政區(qū)總面積約803 km2。至2013年末，南沙區(qū)常住人口68.61萬人，戶籍人口37.11萬人。

南沙地處珠江三角洲幾何中心，南沙新區(qū)區(qū)位條件優(yōu)越，生態(tài)環(huán)境良好，產業(yè)基礎堅實，發(fā)展?jié)摿薮?，輻射帶動范圍廣闊，與港澳合作緊密，戰(zhàn)略地位十分重要?！吨榻侵薜貐^(qū)改革發(fā)展規(guī)劃綱要(2008-2020年)》提出建設南沙新區(qū)等合作區(qū)域，作為加強與港澳服務業(yè)、高新技術產業(yè)等方面合作載體的要求。

1 珠江三角洲地面沉降地質背景

珠江三角洲地區(qū)地面沉降主要與軟土密切相關。研究表明，珠江三角洲地區(qū)軟土分布廣泛。與第四紀以來發(fā)生的三次較大海侵相對應，珠三角地區(qū)普遍存在三層軟土，其中以第三次海侵(距今約2 500 a)形成的軟土層厚度大，分布廣，處于三角洲前緣地帶的軟土沉積-固結時間短，超固結比OCR<1，大多屬欠固結土，具有厚度大、孔隙比大、壓縮性高、含水量高、透水性弱、易觸變和承載力小等工程地質特征，因而珠三角地區(qū)軟土形成的地面沉降災害多發(fā)。

珠江三角洲地區(qū)軟土成因以三角洲海相及海陸交互相為主，局部為河流相或湖沼相。珠江三角洲軟土主要是全新世時期至更新世晚期的3次海侵(分別距今2 500 a以來、7 500～5 000年、3.2萬～2.2萬 a)的沉積物，根據(jù)其形成時間和工程地質性質等差異性，一般自上而下將其稱為第一、第二和第三軟土層。在縱向上，三個軟土層厚度具有下薄上厚、下雜上純且穩(wěn)定等特征。橫向上具有自三角洲頂端至前緣厚度增大，層次增多等特征。

軟土地面沉降對建筑物、地面、橋梁和地下管線等均存在較大的破壞作用，其中對地表建筑物的危害主要表現(xiàn)為建筑物懸空、吊腳、開裂、傾斜或下沉，對地面危害主要表現(xiàn)為地面下沉、地面波狀起伏、開裂，對地下設施則主要表現(xiàn)為管道折斷、滲漏、中斷等。

2 南沙新區(qū)的地面沉降分析

2.1 軟土分布特征

本次調查發(fā)現(xiàn)工作區(qū)存在多層軟土，除普遍認可的第一、第二和第三層軟土之外，在晚更新世早期禮樂組石排段地層中，還發(fā)現(xiàn)在萬頃沙一帶零星分布有第四層軟土層。

工作區(qū)內軟土分布厚度在平面上表現(xiàn)出越靠近海岸厚度越大的規(guī)律。厚度小于10 m的軟土一般分布在南沙區(qū)靈山、烏洲、大小虎、黃山魯?shù)壬降厍鹆甑闹苓?；總厚度達10～20 m的軟土分布在魚窩頭一帶；20～40 m的軟土分布在南沙區(qū)的橫瀝、萬頃沙、南沙港區(qū)；厚度大于40 m的軟土較少見，分布于萬頃沙十七涌以南的局部地區(qū)，最厚處可達42.6 m。

2.2 地面沉降現(xiàn)狀發(fā)育特征

工作區(qū)地面沉降主要分布于工作區(qū)內珠江口各大出?？陂T的廣大平原區(qū)、河口沉積區(qū)，與區(qū)內軟土的分布基本一致，本次調查發(fā)現(xiàn)有地面沉降災害隱患21 處，呈面狀或條帶狀分布于填土和軟土發(fā)育的南沙區(qū)萬頃沙、龍穴島、填海區(qū)填海時間短的區(qū)域地面沉降相對發(fā)育，但由于新近填海區(qū)地表主要為魚塘、蕉地，為面狀大范圍整體沉降，無較好參照物，沉降現(xiàn)象僅見于水閘、橋頭等處，地面沉降規(guī)模分級標準劃分屬中-小型。工作區(qū)地面沉降的引發(fā)原因及發(fā)育特征。

2.2.1 軟土和填土引發(fā)的地面沉降

地面沉降的原因除與土體特殊類型、土體結構、性質(內因)有關外，主要與人類圍海造地、填土建設等工程活動(外因)密切相關。淤泥類軟土分布區(qū)，在自重固結沉降未完成區(qū)域內進行厚度較大的填土，人為加速了軟土的排水固結-壓縮沉降進程，是大面積地面下沉和工程建筑損壞的根本原因。

軟土地面沉降是區(qū)內主要的沉降類型之一，主要是由于欠固結軟土(淤泥、淤泥質土)在自重或者加荷載作用下排水固結而造成的，因此其空間分布與軟土層分布范圍一致。

2.2.2 抽水加劇的地面沉降

地層巖性及結構特征是產生地面沉降的重要地質背景，軟土的廣布及厚度是產生地面沉降的主要原因，地下水開采則加劇了地面沉降的速度。在三角洲平原前緣地區(qū)，地下咸水資源較豐富。由于養(yǎng)殖業(yè)開采而導致局域性地面沉降，并且還在不斷地發(fā)生發(fā)展當中。本次調查，調查點R296因開采地下水而加劇的地面沉降現(xiàn)象最為典型(見圖1)。

表1 地面沉降嚴重程度劃分表 cm

工作區(qū)因開采地下水加劇的沉降主要分布于中山市民眾及順德一帶咸水養(yǎng)殖區(qū)。災害現(xiàn)象往往呈疊加狀態(tài)，即有軟土地基沉降又有抽水沉降，因此加劇了災害程度。

2.3 穩(wěn)定狀態(tài)

軟土地面沉降是區(qū)內主要的沉降類型之一，主要是由于欠固結軟土(淤泥、淤泥質土)在自重或者加荷載作用下排水固結而造成的，因此其空間分布與軟土層分布范圍一致。同時人類工程活動強度及頻繁性，也是加速區(qū)內地面沉降的外力因素，如廣州南沙區(qū)的一些重點發(fā)展地區(qū)的開發(fā)建設，包括大面積的填海造地、巖土工程、道路工程以及區(qū)域性動、靜荷載的頻繁增加，都對地質環(huán)境造成了強烈的擾動，使得軟土地基沉降災害發(fā)育且災害顯著。根據(jù)野外現(xiàn)狀調查，工作區(qū)地面沉降災害隱患點穩(wěn)定性較差，目前仍在持續(xù)發(fā)育當中。

圖1 地下水開采加劇地面沉降致房屋傾斜

2.4 南沙新區(qū)典型地面沉降區(qū)

南沙區(qū)的萬頃沙地區(qū)和龍穴島均是工作區(qū)軟土的沉積中心。區(qū)內軟土分布總體上表現(xiàn)出從北向南、由內陸到河口軟土逐漸增厚的趨勢，其中珠江兩岸、番禺-南沙軟土大面積分布。20～40 m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)；厚度>40 m的軟土分布面積較小，主要見于南沙區(qū)萬頃沙十七涌以南的局部地區(qū)，最厚處可達42.6 m；巖性為淤泥、淤泥質粘土，少量淤泥質粉細砂、砂質淤泥、泥炭土和軟粘土。南沙萬頃沙、龍穴島區(qū)域為了城市發(fā)展需要進行了大規(guī)模的填海造陸施工，填土厚度3～10 m，平均層厚5 m，填海時間短的區(qū)域，地面沉降相對發(fā)育。

近期重點發(fā)展區(qū)興建了大量的工程項目，其中相當一部分都遭遇淤泥類軟土地基沉降災害，具有代表性的如濱?；▓@、南沙港物流基地、萬頃沙等。但由于新近填海區(qū)主要表現(xiàn)為橋頭跳車、水閘錯位等。

2.4.1 南沙濱海花園地面沉降

濱?；▓@位于南沙新區(qū)南沙街道辦環(huán)島西路的南部，瀕臨珠江口，西南面正對珠江出?？诘慕堕T水道，東北面為飛沙角山。該地區(qū)為海相沖沉積平原，軟土分布廣、厚度大，分布有4層第四系全新統(tǒng)海陸交互相淤泥、淤泥質土，軟土厚度10～40 m，局部大于40 m。其中三期小區(qū)內有五個區(qū)段淤泥或淤泥質土大于40 m的沉積中心。

南沙濱?；▓@原地面為農田，根據(jù)1997年1:1萬航測地形圖，一期小區(qū)填土前原地面平均標高為4.96 m，二期小區(qū)填土前原地面平均標高為4.56 m，三期小區(qū)原地面平均標高為4.83 m。經填土-建設-自然固結過程后，到2011年底，一期小區(qū)地面平均標高7.53 m，二期小區(qū)地面平均標高8.75 m，三期小區(qū)地面平均標高8.37 m。

濱?；▓@現(xiàn)已建成三個小區(qū)，第一期小區(qū)1999年開始建設，2003年建成，以獨立別墅建筑為主，采用人工攪拌樁復合基礎，樁長一般十多米，樁端持力層為中、粗砂層。據(jù)廣東省地質科學研究所對濱海花園一期別墅群的沉降監(jiān)測資料，2004年11月3日至2005年4月29日，一期別墅群沉降表現(xiàn)為上部結構與軟土地基整體沉降，平均沉降速率為0.23 mm/d，年沉降速率為83.95 mm/a，沉降面積0.48 km2。而高層建筑物、多層建筑區(qū)因主體結構采用樁基礎，以基巖為樁端持力層，建筑物主體結構基本穩(wěn)定，地面則出現(xiàn)不均勻沉降。

第二期小區(qū)2004年至2006年填土，2009年建成，以別墅建筑為主，南片有十多幢高層住宅公寓。第三期小區(qū)2005年至2009年填土，2010年建成，以別墅建筑為主，有少數(shù)高層住宅公寓。

2002年以前，一期小區(qū)已完成填土，地面自然沉降時間近10年，二期、三期小區(qū)填土時問在2005年前后，地面自然沉降時間近6年。據(jù)估算各小區(qū)地面標高、人工填土厚度等如表2。

表2 濱海花園人工填土厚度表

圖2 濱?；▓@一期區(qū)、二期區(qū)、三期區(qū)

廣州市地質調查院按照《地面沉降監(jiān)測技術要求》(DD2006-02)規(guī)定，建立了GPS測量網絡對濱海花園一期小區(qū)、二期小區(qū)、三期小區(qū)軟土地基進行了沉降測量，沉降測量平均值如表3，地面沉降量與沉降時間曲線如圖2。

2.4.2 萬頃沙地區(qū)地面沉降

主要表現(xiàn)為房屋開裂、地面波狀起伏和橋頭調車等。如萬頃沙新墾社區(qū)繁榮路(十四涌)129號，因地面沉降導致地面臺階拉裂變形，管道脫出，門檻“增高”等現(xiàn)象?？捎^測到沉降約為10 cm(見圖3、圖4)。德澤三巷可見圍墻與主體建筑分離，圍墻傾斜6.5°。

表3 濱海花園一期、二期、三期等3個小區(qū)軟土地基沉降測量平均值

圖3 萬頃沙繁榮路129號臺階拉裂

2.4.3 龍穴島地區(qū)地面沉降

龍穴島為新近填海區(qū)域，地面建筑較少，地面沉降主要反映在水閘、橋頭等。如鳧洲大橋南橋頭，可見沉降13 cm，橋面與橋臺拉裂1～3 cm；龍穴島三涌水閘，受地面沉降影響，兩端可觀測到下沉達36 cm，拉開9 cm；龍穴大道四涌橋，橋頭有明顯的沉降和修補痕跡，路沿砌塊拱起變形；龍穴島四涌水閘，也可見下沉量達33 cm，拉開達29 cm，且發(fā)生左右偏移，偏移量為24 cm之多。(見圖4～圖7)。

圖4 萬頃沙繁榮路地面沉降 圖5 德澤三巷地面沉降致圍墻傾斜、分離

圖6 龍穴島三涌水閘沉降拉裂 圖7 龍穴大道橋頭邊緣砌塊拉裂拱起變形

3 地面沉降監(jiān)測方法

地面沉降的監(jiān)測是對地面沉降的定量研究。它主要是監(jiān)測地面點的下沉和變形，由此分析計算地面沉降情況。主要方法有以下幾種：1傳統(tǒng)測量方法，也即平面水準控制測量；2GPS衛(wèi) 星定位測量；3星載合成孔徑雷達干涉測量技術InSAR。

下面來比較一下GPS和InSAR各自的優(yōu)缺點：(1)GPS定位精度高，空間分辨率低；InSAR具有連續(xù)覆蓋特性；(2)GPS具有高精度的平面絕對定位能力，高程定位精度較低；InSAR確定相對位置，對高程信息特別敏感，精度可達到亞厘米級；(3)GPS可以長時間連續(xù)觀測，數(shù)據(jù)的時間分辨率很高；In- SAR為瞬時測量，周期比較長，時間分辨率低。 鑒于兩者互有長短，所以許多學者提出了要把GPS和In-SAR數(shù)據(jù)融合， 這樣可以發(fā)揮兩者的長處，互相取長補短。

GPS和InSAR數(shù)據(jù)融合的優(yōu)勢在于既可以改正InSAR數(shù)據(jù)本身難以消除的誤差，又可以實現(xiàn)GPS技術高時間分辨率和高水平位置精度與InSAR技術高空間分辨率和高高程變形精度有效統(tǒng)一。

4 結語

地面沉降受控于兩個主要因素：軟土層的分布和開采量。區(qū)內軟土層的分布、厚度、性質是地面沉降產生的地質因素，根據(jù)對以往城市地面沉降的研究，最主要的沉降量主要來自于含水砂層和具有高壓縮性的軟土的壓密釋水。還有前面提及的工程性沉降，也是由于高層建筑物的自重荷載對軟土層的壓密作用。所以調查軟土層的分布對控制地面沉降具有重要意義。在充分調查軟土層分布的情況下，合理選擇井位以及開采層，從而控制開采量，對控制地面沉降有著積極意義。

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2016-11-30

楊少鋒(1971-)，男，廣東河源人，工程師，主要從事水文地質和環(huán)境地質方面工作。

P642.26

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1004-1184(2017)04-0213-03