珠江口土层及其固结程度的探讨

蔡泽明，林琳

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 210230）

依托珠江口地区的港口工程建设，中交四航院承担了珠海港、深圳港、中山港、东莞港和广州港主要的工程勘察任务，为港口工程的设计和施工提供了大量可靠的勘察资料，积累了丰富勘察经验，对本地区的地质环境和岩土工程条件有比较全面、深入的认识。在对本地区早期勘察资料的整理和分析时，发现以往的勘察报告一般都欠缺区域地质方面的资料，也欠缺第四纪覆盖层的时代成因，经过查找和研究资料，发现珠江口的覆盖层中有不少土层的时代应该定为晚更新世（Q3），而且土层的固结程度也值得探讨。

1 珠江口的沉积土层探讨

在珠江口大量的港口工程勘察中，发现广州南沙港地区和珠海高栏港地区的土层结构比较有代表性，广州南沙港所处地段受珠江的影响比较大，其土层变化比较大，黏性土层与砂土层交互分布的特征非常明显；珠海高栏港地区受珠江的影响相对较小，其土层比较稳定，更主要呈现滨海相沉积的特征。

1.1 广州南沙港地区的土层

根据勘察资料，南沙港地区的覆盖层，上部是以淤泥、淤泥质土为主的全新统土层；中部是一套软层与硬层交互分布的全新统-晚更新统过渡土层，局部分布胶结层；下部是晚更新统土层，为砂层和黏性土层交互分布土层。覆盖层大致可分为：①人工填土层；②淤泥、淤泥质土；③杂色黏性土（Q3-Q）4；④淤泥质土；⑤砂混黏性土；⑥淤泥质土；⑦黏性土；⑧淤泥质土、黏性土；⑨粉细砂、中粗砂；⑩淤泥质土、黏性土；[11]粉细砂、中粗砂；[12]黏性土；[13]粉细砂、中粗砂；[14]残积土。可见，南沙港地区受珠江的影响比较大，土层的变化比较大，海陆相交互沉积特征明显。

1.2 珠海市区附近珠江河段的土层

根据勘察资料，珠海市区附近珠江河段覆盖层大致可分为：①人工填土（未揭示）；②淤泥、淤泥质土，厚度很大，底标高约为-15m；③杂色黏性土（Q3-Q4）；④淤泥质土、黏性土，厚度很大，底标高约为-30m；⑤砂土；⑥黏性土；⑦砂土；⑧残积土。可见，上部土层的滨海相沉积特征较明显，下部土层受珠江影响较大，海陆交互沉积特征较明显。

1.3 珠海高栏港地区的土层

根据勘察资料，高栏港附近的覆盖层大致可分为：①砂土，厚度1～2m；②淤泥、淤泥质土，厚度很大，底标高约为-12～-15m；③杂色黏性土（Q3-Q4）；④淤泥质土、黏性土，厚度很大，底标高约为-30m；⑤砂土、黏性土；⑥残积土。覆盖层主要表现滨海相沉积特征。

1.4 土层描述

[1]以黄茅海高栏海域的土层为例对珠江口的土层结构进行了说明，参见图1。

图1 高栏海域土层剖面图

从图1可见土层可分为上、下两部分：

下部的A、B、C 3层为较老的晚更新世沉积土层，底部的C层为陆相冲洪积层～残积、风化层，一般厚度约为10m；其上的B层为滨海相的灰色淤泥质土、黏性土，一般厚度约10m，14C年龄为（23800±520）年B.P.；B层的上部遭受风化形成杂色黏性土或接受陆相洪泛沉积形成晚更新世沉积的顶层A层，A层不稳定，一般厚度约为2～10 m。A层的顶部与上覆全新世地层为不整合接触，其间经历了最后一次冰期形成的沉积间断。晚更新世土层反映了一次海侵至海退沉积旋回。

全新世土层也可分为3层，底部的Ⅲ层为陆相冲洪积砂砾层和滨海相淤泥混砂，厚度约为2～10m；中部的Ⅱ层为灰色的海湾浅海相淤泥质土、淤泥，厚度约为5～15m；Ⅱ层向陆逐渐变为现在的黄茅海河口湾沉积。黄茅海全新世沉积的14C年龄，海底以下约15m处为（9240±360）年B.P.，约4m处为（2480±95）年B.P.。全新世沉积也反映了一次海侵至海退过程。

1.5 珠江口地区的标志性土层

总的来看，上述的土层结构是一致的，都有一个共同的土层，即上述的A层杂色黏性土，可以认定这是珠江口地区的标志性土层，形成时代为Q3末期至Q4初期，成因主要是末次冰期海面下降、原来的滨海相土层遭受长期风化作用。研究资料[2]认为末冰期发生在距今24000～8000 a，灰黑色的滨海相土层暴露于大气中遭受长达16000 a的风化作用，形成了上述的杂色黏性土。该层在珠江三角洲地区普遍存在。同时也就可以认定该层下面的B层淤泥质土、黏性土都是Q3时期沉积的土层，距今约24000 a。

2 黏性土层的固结程度探讨

2.1 土层固结程度的研究和结论

黏性土的固结程度一般采用超固结比（OCR）来衡量，其值等于先期固结压力（PC）与当前有效上覆压力（）的比值，即：

1）由于干燥作用或者风化作用，导致土层形成胶结，胶结作用形成土层的结构强度，表现出超固结特征；

2）形成年代比较久远的黏性土层，在有效应力不变的情况下会发生黏滞固结，相当于次固结，形成了更为稳定的结构排列，表现出超固结特征。

这两种情况表现出来的超固结特征，并不是因为真正的PC＞造成的，其超固结比被称为似超固结比（或者表观超固结比）。

研究资料[3]表明，因干燥作用和风化作用而表现出超固结特征的，其似超固结比一般可以达到1.5～2.0，甚至更大，一般随深度而减小。因黏滞固结而表现出超固结特征的，其似超固结比大约为1.4，并且不随深度而变。一般认为黏滞固结不会使土层的静止侧压力系数K0值大于正常固结土的K0值。

2.2 杂色黏性土（A层）的固结程度

根据前面所述，杂色黏性土是珠江口地区的标志地层，是遭受长期干燥、风化作用形成的，由于胶结形成了土层的结构强度，导致该层表现出超固结的特征，似超固结比会比较大，离散性也较大。

2.3 先期固结压力估算

在分析珠江口相关工程的勘察资料时，选取了有代表性的钻孔，对杂色黏性土下面的B层淤泥质土、黏性土的先期固结压力进行了估算。根据区域资料，珠江口地区没有大剥蚀的地质历史，粗略认为，海退后经过长期的干燥，地下水位下降到杂色黏性土底面时，B层淤泥质土、黏性土的上覆压力最大，其值即先期固结压力（PC）。重新海侵后，杂色黏性土层完全饱和，并接受上部滨海相沉积，形成了现在的上部土层和有效上覆压力（）。估算结果表明：PC≤。

2.4 淤泥质土、黏性土（B层）的固结程度

从前面估算的结果PC≤看，实际发生的先期上覆压力可能不是导致表现出超固结特征的主要因素。

本层是Q3时期形成的地层，时代久远，应考虑到在有效应力不变的情况下发生黏滞固结，表现出超固结特征。可以认为引起的似超固结比约为1.4，并且不随深度而变。

在长期的地质历史中，地下水位的变化也会导致土层表现出超固结特征，研究资料[3]表明，由于地下水位变化和黏滞固结这两个因素共同作用产生的超固结比值多数是相同的，一般为1.25～1.8。另外尽管珠江口没有大剥蚀的地质历史，但是在漫长的地质历史中剥蚀是存在的，局部地段剥蚀可能还会比较显著，也会引起一定程度的超固结。

综上分析，该层土表现出超固结的特征，主要应该是由于黏滞固结和地下水位变化这两个因素共同作用产生的，其（似）超固结比应在1.4～1.8，局部可能会更大。

3 勘察成果的对比

在珠江口相关工程的勘察中，为了确定B层淤泥质土、黏性土的固结程度，采用了多种先进的勘察手段：

1）采用活塞取土器取得一级土样进行固结试验，以求得准确的先期固结压力；

2）采用国际先进的CPTU探头和设备进行现场触探试验；

3）采用改进工艺的十字板剪切试验进行现场剪切试验。

经过对以上测试资料的整理分析，B层的超固结比多数为1.4～2.2，静止侧压力系数K0值与一般的正常固结土接近。实际测试的结果与上面的分析基本是吻合的。

4 结语

广州南沙港地区的土层海陆交互沉积的特征比较明显，珠海高栏港地区的土层更主要呈现滨海相沉积的特征。珠江口地区揭示的杂色黏性土层是该地区的标志性土层，是在末次冰期海退后，原来的滨海相土层经过长期的干燥、风化形成的，形成时代为Q3末期至Q4早期，该层因胶结产生结构强度而显现超固结特征。杂色黏性土下面的灰色淤泥质土、黏性土是Q3时期沉积的滨海相土层，该层显现超固结的特征，主要应该是由于黏滞固结和地下水位变化这两个因素共同作用产生的，其（似）超固结比大约为 1.4～1.8。

黏性土层的固结程度对本地区的工程建设有重大影响，在相关工程的地质问题研讨会上，都重点探讨了这个问题。

参考文献：

[1] 罗章仁，应秩甫.华南港湾[M].广州：中山大学出版社，1992：12-13.

[2] 赵焕庭，张乔民.华南海岸和南海诸岛地貌与环境[M].北京：科学出版社，1999：213-222.

[3] EW BRAND，RPBRENNER.软粘土工程学[M].叶书麟，译.北京：中国铁道出版社，1991：158-163.