广州南沙新区地面沉降分布特征及监测方法探析

杨少锋

(广东省水文地质大队 ，广东 广州 510510)

广州南沙新区地面沉降分布特征及监测方法探析

杨少锋

(广东省水文地质大队 ，广东 广州 510510)

地面沉降是世界性的难题，也是环境地质研究的主要内容之一。经济发展对地下水的需求量不断增加又导致地面沉降制约经济的发展，已经成为一对不可调和的矛盾。在阐述前人的研究成果的基础上，以南沙滨海花园地面沉降、万顷沙地区地面沉降、龙穴岛地区地面沉降为研究对象，对南沙新区典型的地面沉降区进行分析研究，并对地面沉降的防治提出建议措施，对控制地面沉降提供参考。

环境地质；地面沉降；治理

南沙，原是古海湾，海水连天，岛丘错落。经海洋平面几进几退变化，沙泥淤积，渐成洲坦。先民很早就在这片岛丘、沙洲上生息、劳作。在南沙街道鹿颈村出土的先秦遗址，揭示距今3000多年前后南沙先民采用农耕与渔猎相结合的生产方式和定居生活方式。在历史长河中，“沙埠”“沙浦”“南湾”、龙穴洲、黄角乡、放马山、大沙、义沙、南沙村、万顷沙等地名次第出现，行政区属也几经更替，逐渐演变和形成南沙区及其辖境轮廓。

1993年5月12日，国务院批准设立广州南沙经济技术开发区。2005年4月28日，国务院批准设立广州市南沙区。2012年9月6日，国务院正式批复《广州南沙新区发展规划》，南沙新区成为继上海浦东新区、天津滨海新区之后，国家在经济发展引擎地区设立的国家级新区。2012年12月1日，番禺区东涌镇、大岗镇、榄核镇正式由南沙区管理。南沙区下辖万顷沙镇、黄阁镇、横沥镇、东涌镇、大岗镇、榄核镇、南沙街道、珠 江街道、龙穴街道9个镇(街道)，行政区总面积约803 km2。至2013年末，南沙区常住人口68.61万人，户籍人口37.11万人。

南沙地处珠江三角洲几何中心，南沙新区区位条件优越，生态环境良好，产业基础坚实，发展潜力巨大，辐射带动范围广阔，与港澳合作紧密，战略地位十分重要。《珠江三角洲地区改革发展规划纲要(2008-2020年)》提出建设南沙新区等合作区域，作为加强与港澳服务业、高新技术产业等方面合作载体的要求。

1 珠江三角洲地面沉降地质背景

珠江三角洲地区地面沉降主要与软土密切相关。研究表明，珠江三角洲地区软土分布广泛。与第四纪以来发生的三次较大海侵相对应，珠三角地区普遍存在三层软土，其中以第三次海侵(距今约2 500 a)形成的软土层厚度大，分布广，处于三角洲前缘地带的软土沉积-固结时间短，超固结比OCR<1，大多属欠固结土，具有厚度大、孔隙比大、压缩性高、含水量高、透水性弱、易触变和承载力小等工程地质特征，因而珠三角地区软土形成的地面沉降灾害多发。

珠江三角洲地区软土成因以三角洲海相及海陆交互相为主，局部为河流相或湖沼相。珠江三角洲软土主要是全新世时期至更新世晚期的3次海侵(分别距今2 500 a以来、7 500～5 000年、3.2万～2.2万 a)的沉积物，根据其形成时间和工程地质性质等差异性，一般自上而下将其称为第一、第二和第三软土层。在纵向上，三个软土层厚度具有下薄上厚、下杂上纯且稳定等特征。横向上具有自三角洲顶端至前缘厚度增大，层次增多等特征。

软土地面沉降对建筑物、地面、桥梁和地下管线等均存在较大的破坏作用，其中对地表建筑物的危害主要表现为建筑物悬空、吊脚、开裂、倾斜或下沉，对地面危害主要表现为地面下沉、地面波状起伏、开裂，对地下设施则主要表现为管道折断、渗漏、中断等。

2 南沙新区的地面沉降分析

2.1 软土分布特征

本次调查发现工作区存在多层软土，除普遍认可的第一、第二和第三层软土之外，在晚更新世早期礼乐组石排段地层中，还发现在万顷沙一带零星分布有第四层软土层。

工作区内软土分布厚度在平面上表现出越靠近海岸厚度越大的规律。厚度小于10 m的软土一般分布在南沙区灵山、乌洲、大小虎、黄山鲁等山地丘陵的周边；总厚度达10～20 m的软土分布在鱼窝头一带；20～40 m的软土分布在南沙区的横沥、万顷沙、南沙港区；厚度大于40 m的软土较少见，分布于万顷沙十七涌以南的局部地区，最厚处可达42.6 m。

2.2 地面沉降现状发育特征

工作区地面沉降主要分布于工作区内珠江口各大出海口门的广大平原区、河口沉积区，与区内软土的分布基本一致，本次调查发现有地面沉降灾害隐患21 处，呈面状或条带状分布于填土和软土发育的南沙区万顷沙、龙穴岛、填海区填海时间短的区域地面沉降相对发育，但由于新近填海区地表主要为鱼塘、蕉地，为面状大范围整体沉降，无较好参照物，沉降现象仅见于水闸、桥头等处，地面沉降规模分级标准划分属中-小型。工作区地面沉降的引发原因及发育特征。

2.2.1 软土和填土引发的地面沉降

地面沉降的原因除与土体特殊类型、土体结构、性质(内因)有关外，主要与人类围海造地、填土建设等工程活动(外因)密切相关。淤泥类软土分布区，在自重固结沉降未完成区域内进行厚度较大的填土，人为加速了软土的排水固结-压缩沉降进程，是大面积地面下沉和工程建筑损坏的根本原因。

软土地面沉降是区内主要的沉降类型之一，主要是由于欠固结软土(淤泥、淤泥质土)在自重或者加荷载作用下排水固结而造成的，因此其空间分布与软土层分布范围一致。

2.2.2 抽水加剧的地面沉降

地层岩性及结构特征是产生地面沉降的重要地质背景，软土的广布及厚度是产生地面沉降的主要原因，地下水开采则加剧了地面沉降的速度。在三角洲平原前缘地区，地下咸水资源较丰富。由于养殖业开采而导致局域性地面沉降，并且还在不断地发生发展当中。本次调查，调查点R296因开采地下水而加剧的地面沉降现象最为典型(见图1)。

表1 地面沉降严重程度划分表 cm

工作区因开采地下水加剧的沉降主要分布于中山市民众及顺德一带咸水养殖区。灾害现象往往呈叠加状态，即有软土地基沉降又有抽水沉降，因此加剧了灾害程度。

2.3 稳定状态

软土地面沉降是区内主要的沉降类型之一，主要是由于欠固结软土(淤泥、淤泥质土)在自重或者加荷载作用下排水固结而造成的，因此其空间分布与软土层分布范围一致。同时人类工程活动强度及频繁性，也是加速区内地面沉降的外力因素，如广州南沙区的一些重点发展地区的开发建设，包括大面积的填海造地、岩土工程、道路工程以及区域性动、静荷载的频繁增加，都对地质环境造成了强烈的扰动，使得软土地基沉降灾害发育且灾害显著。根据野外现状调查，工作区地面沉降灾害隐患点稳定性较差，目前仍在持续发育当中。

图1 地下水开采加剧地面沉降致房屋倾斜

2.4 南沙新区典型地面沉降区

南沙区的万顷沙地区和龙穴岛均是工作区软土的沉积中心。区内软土分布总体上表现出从北向南、由内陆到河口软土逐渐增厚的趋势，其中珠江两岸、番禺-南沙软土大面积分布。20～40 m的软土分布在南沙区的横沥、万顷沙、新垦、三民岛、南沙港区；厚度>40 m的软土分布面积较小，主要见于南沙区万顷沙十七涌以南的局部地区，最厚处可达42.6 m；岩性为淤泥、淤泥质粘土，少量淤泥质粉细砂、砂质淤泥、泥炭土和软粘土。南沙万顷沙、龙穴岛区域为了城市发展需要进行了大规模的填海造陆施工，填土厚度3～10 m，平均层厚5 m，填海时间短的区域，地面沉降相对发育。

近期重点发展区兴建了大量的工程项目，其中相当一部分都遭遇淤泥类软土地基沉降灾害，具有代表性的如滨海花园、南沙港物流基地、万顷沙等。但由于新近填海区主要表现为桥头跳车、水闸错位等。

2.4.1 南沙滨海花园地面沉降

滨海花园位于南沙新区南沙街道办环岛西路的南部，濒临珠江口，西南面正对珠江出海口的蕉门水道，东北面为飞沙角山。该地区为海相冲沉积平原，软土分布广、厚度大，分布有4层第四系全新统海陆交互相淤泥、淤泥质土，软土厚度10～40 m，局部大于40 m。其中三期小区内有五个区段淤泥或淤泥质土大于40 m的沉积中心。

南沙滨海花园原地面为农田，根据1997年1:1万航测地形图，一期小区填土前原地面平均标高为4.96 m，二期小区填土前原地面平均标高为4.56 m，三期小区原地面平均标高为4.83 m。经填土-建设-自然固结过程后，到2011年底，一期小区地面平均标高7.53 m，二期小区地面平均标高8.75 m，三期小区地面平均标高8.37 m。

滨海花园现已建成三个小区，第一期小区1999年开始建设，2003年建成，以独立别墅建筑为主，采用人工搅拌桩复合基础，桩长一般十多米，桩端持力层为中、粗砂层。据广东省地质科学研究所对滨海花园一期别墅群的沉降监测资料，2004年11月3日至2005年4月29日，一期别墅群沉降表现为上部结构与软土地基整体沉降，平均沉降速率为0.23 mm/d，年沉降速率为83.95 mm/a，沉降面积0.48 km2。而高层建筑物、多层建筑区因主体结构采用桩基础，以基岩为桩端持力层，建筑物主体结构基本稳定，地面则出现不均匀沉降。

第二期小区2004年至2006年填土，2009年建成，以别墅建筑为主，南片有十多幢高层住宅公寓。第三期小区2005年至2009年填土，2010年建成，以别墅建筑为主，有少数高层住宅公寓。

2002年以前，一期小区已完成填土，地面自然沉降时间近10年，二期、三期小区填土时问在2005年前后，地面自然沉降时间近6年。据估算各小区地面标高、人工填土厚度等如表2。

表2 滨海花园人工填土厚度表

图2 滨海花园一期区、二期区、三期区

广州市地质调查院按照《地面沉降监测技术要求》(DD2006-02)规定，建立了GPS测量网络对滨海花园一期小区、二期小区、三期小区软土地基进行了沉降测量，沉降测量平均值如表3，地面沉降量与沉降时间曲线如图2。

2.4.2 万顷沙地区地面沉降

主要表现为房屋开裂、地面波状起伏和桥头调车等。如万顷沙新垦社区繁荣路(十四涌)129号，因地面沉降导致地面台阶拉裂变形，管道脱出，门槛“增高”等现象。可观测到沉降约为10 cm(见图3、图4)。德泽三巷可见围墙与主体建筑分离，围墙倾斜6.5°。

表3 滨海花园一期、二期、三期等3个小区软土地基沉降测量平均值

图3 万顷沙繁荣路129号台阶拉裂

2.4.3 龙穴岛地区地面沉降

龙穴岛为新近填海区域，地面建筑较少，地面沉降主要反映在水闸、桥头等。如凫洲大桥南桥头，可见沉降13 cm，桥面与桥台拉裂1～3 cm；龙穴岛三涌水闸，受地面沉降影响，两端可观测到下沉达36 cm，拉开9 cm；龙穴大道四涌桥，桥头有明显的沉降和修补痕迹，路沿砌块拱起变形；龙穴岛四涌水闸，也可见下沉量达33 cm，拉开达29 cm，且发生左右偏移，偏移量为24 cm之多。(见图4～图7)。

图4 万顷沙繁荣路地面沉降 图5 德泽三巷地面沉降致围墙倾斜、分离

图6 龙穴岛三涌水闸沉降拉裂 图7 龙穴大道桥头边缘砌块拉裂拱起变形

3 地面沉降监测方法

地面沉降的监测是对地面沉降的定量研究。它主要是监测地面点的下沉和变形，由此分析计算地面沉降情况。主要方法有以下几种：1传统测量方法，也即平面水准控制测量；2GPS卫 星定位测量；3星载合成孔径雷达干涉测量技术InSAR。

下面来比较一下GPS和InSAR各自的优缺点：(1)GPS定位精度高，空间分辨率低；InSAR具有连续覆盖特性；(2)GPS具有高精度的平面绝对定位能力，高程定位精度较低；InSAR确定相对位置，对高程信息特别敏感，精度可达到亚厘米级；(3)GPS可以长时间连续观测，数据的时间分辨率很高；In- SAR为瞬时测量，周期比较长，时间分辨率低。 鉴于两者互有长短，所以许多学者提出了要把GPS和In-SAR数据融合， 这样可以发挥两者的长处，互相取长补短。

GPS和InSAR数据融合的优势在于既可以改正InSAR数据本身难以消除的误差，又可以实现GPS技术高时间分辨率和高水平位置精度与InSAR技术高空间分辨率和高高程变形精度有效统一。

4 结语

地面沉降受控于两个主要因素：软土层的分布和开采量。区内软土层的分布、厚度、性质是地面沉降产生的地质因素，根据对以往城市地面沉降的研究，最主要的沉降量主要来自于含水砂层和具有高压缩性的软土的压密释水。还有前面提及的工程性沉降，也是由于高层建筑物的自重荷载对软土层的压密作用。所以调查软土层的分布对控制地面沉降具有重要意义。在充分调查软土层分布的情况下，合理选择井位以及开采层，从而控制开采量，对控制地面沉降有着积极意义。

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[3]独知行，阳凡林，刘国林.GPS与InSAR数据融合的研究现状与展望[J].山东科技大学学报.2005.24(3).

2016-11-30

杨少锋(1971-)，男，广东河源人，工程师，主要从事水文地质和环境地质方面工作。

P642.26

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1004-1184(2017)04-0213-03