广州南部滨海地区工程地质问题及对策

容穗红

（广州市城市规划勘测设计研究院，广州 510060）

1 前言

滨海地区历来是经济发展前沿，我国70%以上的大中城市属于滨海城市，聚集了55%以上的国内生产总值［1]。由于滨海城市地处大陆与海洋交汇地带，一般位于滨海海涂或冲积平原的河流出海口，地质活动活跃，河相和海相沉积交互发育，地质环境复杂，属于脆弱敏感带［2]。因此，研究滨海城市工程地质的共性问题，不仅有理论价值，也有迫切的现实意义，是一项具有战略意义的重要课题［3]。

广州南部地区地处珠江三角洲入海口，地势由北、西北向东南倾斜，北部主要是50 m以下的低丘台地，南部是连片的三角洲平原。区域内江环水绕，河网纵横，松软土层、砂层及构造断裂发育［7，8]，咸潮时有发生，具有滨海城市工程地质的典型特点。本文通过研究广州南部地区城市工程地质问题，划分了区内工程地质问题的专题分区，并进行了初步评价，提出了城市规划和工程建设的对策建议，对于城市规划、工程设计和施工具有一定的参考价值，对其他城市的工程地质问题的研究也具有一定的借鉴意义。

2 滨海城市主要工程地质问题及其影响

2.1 松软土地基

2.1.1 松软土层的基本特征

松软土通常是指近代海河湖相沉积的软粘土（淤泥、淤泥质土）、冲填土、杂填土和其他高压缩性土及松散的淤泥质细砂层。滨海城市松软土层普遍发育，并具有以下特征：

（1）河流及海湖的复杂交替作用，松软土层通常与薄层砂交错沉积，多交错成不规则的尖灭或透镜体夹层，分选程度差，结构疏松，颗粒细。

（2）土层含水量高，孔隙比大，抗剪强度低，压缩性大，渗透性弱，灵敏度高，具有触变性、流变性、高压缩性、低强度、低渗透性、工程性质不均匀性。

2.1.2 松软土地基对城市建设的影响

（1）地面沉降变形与软土震陷

滨海地区软土淤泥层发育较厚，具有高压缩性、低承载力和触变性等特点，在外部荷载和地震作用下，容易引起不均匀沉降变形和震陷变形，对上部构筑物造成危害，影响工业与民用建筑物的安全，对城市水利工程、道路、桥梁和地下供电、供气、供水等基础设施的运作。因此，需科学规划建设工程布局，并在城市工程建设时对松软土层选择适当的方法进行加固处理。

（2）提高工程建设成本

滨海地区软土地基在城市建设中，容易产生基坑开挖变形、桩的负摩阻力、土体稳定性等问题，增加施工安全性，解决这些问题，将造成工期延长、建设项目成本增加等问题。

2.2 活动断裂及其影响

活动断裂主要指第四纪以来活动过的断裂。根据其与发震的关系可分为非全新活动断裂、全新活动断裂和发震断裂。其中全新活动断裂是1×104a内有过地震活动或近期正在活动，在今后100 a可能继续活动的断裂，其对一般民用建设工程影响较大，但水利、地震部门需考虑10×104a以来的活动特征。由于滨海地区往往处于大洋板块与大陆板块的交汇地区，断裂等地质活动频繁，容易引起地面构筑物扭曲、撕裂等强烈危害。

2.3 砂土液化

2.3.1 砂土液化的特征

滨海城市第四系地层发育，广泛分布着砂层，具有厚度大，分布不均等特点，容易产生液化，对工程建设造成危害。滨海城市地区砂土液化初步判定的特征因素如下：

（1）土质因素。一般粉细砂比较容易液化，尤其是平均粒径（d50）在0.1 mm左右的抗液化能力最差，中砂至砾石的液化较为困难。至于粉土，粘土颗粒含量多少决定其液化能力。

（2）土层时代。根据地震调查，液化土时代大多数属于全新世，晚更新世及更老的土层极少出现液化。

（3）地形地貌。液化土层一般分布在古河道、河曲、牛轭湖、近代海积平原和一级阶地等地貌单元上，而处于高级阶地的土层甚少发现液化。

（4）地下水位。一般地下水位埋深大，土体越不容易液化。海城和唐山地震资料表明，砂土液化区水位最深为4 m，超过此深度后就未发现液化。

（5）非液化覆盖层厚度。地震调查和室内试验显示，当砂土和粉土埋藏较深时，静应力比较大，一般不容易液化。

2.3.2 砂土液化引发的问题

根据液化场地是否水平，上覆非液化层是否密实坚硬，液化土层引起的工程地质问题主要为喷水冒砂、振密作用和液化侧扩这三种［4]。在上覆非液化层密实坚硬的水平场地只会发生振密作用，在上覆非液化层比较松散软弱的水平场地则会同时发生喷水冒砂和振密作用，而液化侧扩一般只会发生在倾斜的场地上。

2.4 海水（咸潮）入侵及其影响

2.4.1 咸潮入侵的途径

滨海城市海水（咸潮）入侵的方式主要通过两种途径：

（1）地下水：由于过量开采地下水，地下水位不断下降，低于海平面，使海水回流下渗至地下水，导致地下水中氯离子（Cl－）含量增高，甚至引起地下水化学类型由HCO3型向HCO3·Cl型或Cl·HCO3型转化，造成地下水水质日趋恶化，并且造成地表大面积土壤盐渍化［6]。

（2）地表水：当海洋大陆架高盐水团随潮汐涨潮沿着河口向上游推进，盐水扩散、咸淡水混合往内陆上溯，内河含盐量超过一定标准，水体变咸即形成咸潮。河口地区咸潮上溯是入注海洋河流的河口最主要潮汐动力过程之一，是河口特有的自然现象。咸潮在沿海地区，尤其是河口区域常见，多发生在冬春旱季。冬末春初上游来水量减少，江河水位下降，受潮汐影响，海水沿河口上溯，造成内河水体含盐量升高变咸。

2.4.2 咸潮入侵的影响

咸潮入侵会导致地下水和土壤内盐度升高，给滨海地区的农业生产和环境造成严重影响，危害人和生物的生存。地下水咸化，会对建筑物的地下结构产生腐蚀作用，特别是对于钢筋混凝土的腐蚀，将严重影响桥梁、公路等建筑物的使用寿命。

3 广州南部地区主要工程地质问题研究

根据地质资料和钻孔资料分析，广州南部滨海地区主要存在松软土地基、活动断裂、地震砂土液化及咸潮入侵等工程地质问题，具体分析如下。

3.1 松软土地基的发育特征

广州南部地区松软土层主要以流塑状淤泥、淤泥质土和松散砂土（淤泥质细砂）为主，属晚更新世晚期至全新世的三角洲相沉积层。受海侵规模及地表河网变迁影响，松软土层岩性、层厚和分布变化较大，不同海侵期沉积的松软土体的呈内叠式、交错式或超覆式接触，具有厚度大、埋深浅、地下水浅、含水量高、孔隙比大、压缩性高、固结系数偏小和呈现多层分布的特点。根据现有钻孔资料揭露，区内松软土层厚度最大的达到41.5 m，最小的也有3～4 m，天然埋深普遍较浅，许多地方出露就是软土层，局部地区存在薄薄一层填土，在经济较发达的地域，填土相对较厚，使得上层软土埋深最大达到3～5 m。

根据区内松软土层分布特征、松软土层的厚度及对工程施工的影响规律，可以将广州市南部地区划分为非软土层分布区、较厚层软土分布区、厚层软土分布区和巨厚层软土分布区等4类区域，具体分布如图1所示。

四类区域的主要特征如下：

图1 广州市南部地区松软土层分布及断裂构造图Fig.1 Soft soil distribution and fract ure structure

（1）非软土层分布区。主要为断陷盆地和剥蚀台地。该区基岩埋藏浅，是良好地基持力层，施工条件好。

（2）较厚层软土分布区。松软土层厚度≤12 m，软土层厚度较小，基岩埋藏较浅，施工条件较好。

（3）厚层软土分布区。松软土层厚度＞12 m，≤25 m，软土层厚度较大，基岩埋藏较深，施工条件较差。

（4）巨厚层软土分布区。松软土层厚度＞25 m，软土层厚度大，基岩埋藏很深，施工条件差。

3.2 活动断裂空间分布及活动特征

根据现有研究表明，区域内与广州市城市建设有较密切关系的活动断裂主要有十组，分别为白坭－沙湾断裂、文冲断裂（狮子洋断裂）、化龙－黄阁断裂、北亭－南村断裂、沙湾－石楼断裂、东莞断裂、横沥断裂、会江断裂、石壁断裂、市桥断裂，具体分布如图1所示。

区内活动断裂主要为北东、北西和东西走向，其中北西向、北东向分别有5组和4组断裂，东西向仅有一组。根据广东省地质调查院等调查研究，区内活动断裂发育较多，但活动速率不大，活动年代主要发生在中更新世中期至晚更新世，最新约2×104a左右，仅在伶仃洋水下发现有全新世活动断裂，在两组断裂的交汇部位往往是全新世以来的活动幅度较大，而且目前仍有一定的活动性的地方。

3.3 地震砂土液化的分布特征

钻孔资料揭示，区域内除市桥断隆外的广大断陷构造区内，均覆盖了早－中全新世海相淤泥层夹砂层，或河流相的砂层、粉土层，晚全新世砂质粘土层、砂层。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001），该区处于地震烈度7度区，根据区内土质、土层年代、地形地貌、地下水位和非液化层覆盖厚度等因素综合分析，对区内符合砂土液化初判条件，存在可能发生地震砂土液化的区域进行了预测，结果如图2所示。

图2 广州市南部地区地震砂土液化分布预测图Fig.2 Map for the predicted distribution of liquefied earthquake sand and soil

3.4 咸潮入侵特征

广州南部地区地处珠江下游入海口，由于以下原因，该区域咸潮入侵规模和影响范围有扩大趋势。一是珠江上游冬季少雨，水源水量减少，潮位降低；二是珠江口无序挖沙，河砂开采量已经连续15 a超过了8 000×104t，上游泥沙不够补充已被挖走的河沙，且挖走的河沙主要为粗砂，导致河床下切，河口与浅海区深槽加深，珠江河口及珠三角地区的潮汐通道更加畅通，咸潮上溯越来越远；三是生产生活用水增加，由于珠江沿岸经济社会发展快速，工业生产规模扩张，常住人口急剧增加，导致进入珠江的水流量减少；四是由于全球气候变暖，海平面上升，根据中国科学院等的研究预测，至2030年，区域海平面可能上升30 cm。近20 a来珠三角地区曾发生过5次严重咸潮，其中3次发生在近3 a的冬春季节，咸潮影响时间和范围不断扩大，对农业、工业等行业，扩大到城市供水、生态环境等社会经济的多个领域。每逢冬春枯水季节，高浓度海水屡屡沿珠江入海口上溯，咸潮上溯时，用水咸度猛增，企业被迫停产，良田被迫弃耕。

4 广州南部地区工程地质问题的对策分析

根据前面对广州南部地区松软土地基、活动断裂、地震砂土液化和咸潮入侵等工程地质问题及其影响分析，提出对策如下：

4.1 对城市规划的考虑

（1）城市规划应综合考虑土地的区位、地貌、地质环境和经济等因素，尽量避免在厚层软土分布区、巨厚层软土分布区等区域规划别墅、高要求的工业厂房等，确保土地利用和投资效益。

（2）对于图1中活动断裂带上，特别是活动断裂交汇区，应避免布局重大工程项目或规划适度的缓冲带，避免产生重大经济损失。

（3）为避免受咸潮影响，应合理规划区域工业和生活用水取水点，并合理控制地下水开发，减少地下水开采量。适度规划拦蓄工程、地下水库和跨流域调水工程。

（4）港口和航道规划应注意航道开挖的深度和范围控制，避免河床下切导致咸潮上溯。

（5）城市规划应充分考虑地面沉降和海平面上升的因素。

4.2 对工程施工的考虑

4.2.1 松软土地基区的施工

（1）非软土层分布区。道路、低层建筑施工可采用天然基础或管桩，充分利用硬塑风化土，高层建筑可采用桩基础，并要注意局部软质岩强度较低及岩土互层的影响作用。

（2）较厚层软土分布区。道路、低层建筑不宜采用天然地基，可采用高真空击密法、真空预压法、堆载预压法和复合地基对松软土层进行处理，高层建筑必须采用桩基础，施工时应注意基础不均匀沉降、工后变形过大及岩土互层的影响作用。

（3）厚层软土分布区。道路、低层建筑不宜采用天然基础，对沉降变形要求不高的工程，可采用真空联合堆载预压或复合地基对松软土层进行处理，不宜采用高真空击密法，对沉降变形要求较高的工程，须采用桩基础；高层建筑必须采用桩基础。施工时应注意基础沉降变形过大及负摩阻力对桩基础的影响作用。

（4）巨厚层软土分布区。道路、低层建筑可采用复合地基或桩基础，高层建筑必须采用桩基础。施工时应注意基础不均匀沉降、工后变形过大及负摩阻力对桩基础的影响作用。

4.2.2 砂土液化区的施工

在砂土液化区，设计时需将提高地基承载力与消除液化的不利影响结合考虑［5]，施工时，应避免未加固处理的可液化土层作天然地基的持力层。根据地基的液化等级、建筑类别、结合具体情况，选择适当的抗液化措施：

（1）采用桩基、深基础、深层处理至液化深度下界或挖除全部可液化土层。

（2）挖除部分可液化土层、加固、固封、盖重或人工加密，加密的目的为增加砂土的密实度。例如：振冲加密、挤密砂桩。对于容易产生砂土液化的场地，可以采用强夯，挤密碎石桩和振冲法进行处理，也可采用振冲碎石桩复合地基处理方法。

4.2.3 咸潮入侵区的施工

在咸潮入侵导致地下水腐蚀比较严重的地区，应增强对钢筋混凝土地基的保护，防止地下水入渗。

5 结语

本文重点研究了广州南部滨海地区的工程地质问题，并提出相关的对策，对松软土地基、活动断裂、地震砂土液化和咸潮入侵等工程地质问题的特征、影响作了较为细致的分析，提出了相关的对策建议，对于城市规划、工程设计和施工具有一定的参考价值。广州市南部地区工程地质问题与其他滨海城市具有共性特征，对于滨海城市工程地质问题的研究也具有借鉴意义。但对于广州南部地区活动断裂的影响范围、地震砂土液化的实验研究和三维地质环境模拟等有待进一步的深入研究，以进一步准确把握和评价广州南部地区的工程地质问题，为经济建设服务，实现人类建设活动与地质环境的和谐。

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