广东省湛江市东海岛主要工程地质问题及对策研究

艾康洪

（广东省地质局第四地质大队，广东 湛江 524033）

2021年广东省政府工作报告指出：支持湛江全力建设省域副中心城市、加快打造现代化沿海经济带重要发展极、抓好东海岛开发建设成为省政府工作重点之一。东海岛位于湛江市南部，是中国第五大岛[1]，隶属湛江市经济技术开发区管辖，东海岛的发展定位是“具有持续发展能力的临港产业高地、循环经济绿岛、面向国际的生态宜居新城”[2]，目前已成为湛江经济建设和开发的热土。继湛江钢铁落户东海岛后，中科炼化、德国巴斯夫等多个超百亿美元的重点项目先后落户东海岛并已建成投产或正在开发建设，这些重点项目的落户和投产势必带动一批相关产业的项目落户岛上。在此背景下，对东海岛的地质背景及工程地质问题进行调查分析，研究相应的工程对策显得格外重要。

1 湛江市东海岛自然地理

东海岛位于湛江市南部，西临通明海，东南与硇洲岛隔海相望，东北为湛江港，南濒雷州湾。行政区划包括东山镇、民安镇和东简镇，陆地面积278.7km2，滩涂面积135.9km2。

东海岛有疏港大道延长线、高速公路和铁路与大陆连接，岛内陆路交通便捷，各镇之间均有公路相通，详见图1。

图1 东海岛交通位置

东海岛属岛屿低平原区，地势较低，东部略高于西部，由东往西呈递减趋势。地貌类型以北海组平原为主，其次为滨海平原环岛分布，湛江组台地仅局部分布，玄武岩台地分布于东部龙水岭一带[3]。西部地形平坦开阔，标高一般为10～20m，相对高差小于15m，东部地形起伏稍大，标高一般为20～40m，相对高差15～40m，最高为龙水岭，标高111.1m，呈锥状屹立于东海岸之上。东海岛海岸线曲折迂回，总长约148.5km。区内6—11月常有热带风暴和台风登陆，平均每年5.1次，以8、9月最多，一般风力6～9级，最大风力达11～12级。

东海岛内水系不发育，大部分为季节性小溪，较大的河溪有汇流于红星水库的调屋河和分别注入蔚葎港、北山港和通明海的缷头、北山和田交溪，区内山塘及小型水库较多，最大为红星水库，其次为官节了、五一和新丰水库，这些水库规模较小，但对调节地表洪流和地下水，改变东海岛的干旱缺水起着不可忽视的作用。东海岛属不规则的半日混合潮，硇洲岛高潮位3.62～4.18m，低潮位0.05～0.52m。

2 东海岛地质历史及地层分布

东海岛出露地层全为第四系，以中更新统北海组和下更新统湛江组分布最广，其地质构造、岩性和地貌与邻近大陆基本相似[4]。东部崩塘~东南码头和西部西湾、龙舍、海坡等地为全新统风成砂堤砂地堆积，海漫滩地带为全新统海相沉积，低洼及河流入海地段为全新统海相沉积和冲洪积沉积，第四系玄武岩残积红土分布在东简圩东的溪头坡到赤岭林场一带，上更新统湖光岩组火山岩仅在龙水岭及西边村——石桥、冼屋村东海边等地出露[5]。东海岛分布地层详见地层综合柱状图见图2，东海岛由西向东典型工程地质剖面图如图3所示。

3 东海岛主要工程地质问题及对策

3.1 岩土体种类多，分布不均匀

图3 东海岛由西向东典型工程地质剖面

人类的各式工程、经济活动，或加速地质作用进程，或改变地质作用方向，均使原有的地质环境发生改变[6]，因地质历史成因比较复杂，东海岛岩土体种类多，平面上分布不均匀。埋深100m以下中深部以上第三系的中粗砂、砾砂、薄层状黏土以及半成岩的砂质泥岩为主，埋深大，已经超出工程建设影响范围。埋深100m以浅中上部分布的主要地层以北海组和湛江组的杂色黏土、粉质黏土、粉土、灰白色中砂、粗砂、砾砂、细砾等为主，呈薄层状、夹层或不等厚互层状，厚层的湛江组地层中还夹有多层的玄武岩、凝灰岩及火山角砾岩，分布也不稳定。此外东海岛西面上部分布淤泥、淤泥质土等软弱土层；东部海岸上部分布细砂、中砂；中东部则出露玄武岩、凝灰岩等岩石以及风化残积土。当上覆荷载超过土体屈服应力时，土的压缩性会出现陡增的现象，给工程带来巨大的危害性[7]，因此通过工程地质工作去认识、改造、保护自然环境，对地质体采取适当的工程措施，保障工程项目使用功能和一定期限内的安全性[8]，在东海岛进行工程建设时地基基础设计选型应注意以下方面：

（1）重视建设场地岩土工程勘察。工程建设前应严格按照规范要求查明建设场地的工程地质条件，勘察钻孔布置应覆盖全部场地，对一些关键地层平面上分布变化较大地段应加密布置钻孔，钻孔深度一般应进入厚层的湛江组的黏土及砂层中一定深度，且应穿透玄武岩或凝灰岩夹层。因垂向上岩土体种类多、物理力学性质相差悬殊、层厚厚薄不均，钻探过程中应格外重视薄层夹层，对薄层夹层应采取足够的岩土样品，进行足够的岩土体原位测试。东海岛部分地段普遍分布淤泥、淤泥质土、泥炭土等软弱土层，勘察时应采取原状土样进行分析测试，且宜采取静力触探、十字板剪切等原位测试手段进行原位测试。此外北海组地层中局部含玻璃陨石（雷公墨）夹层，湛江组地层中局部含有铁皮层，在场地勘察时也应准确查明。

（2）加强东海岛软土分布区域软地基处理，减少地面沉降带来的不利影响。东海岛软土地基主要包括三类：①西部较大范围分布的较厚的淤泥及淤泥质土层；②局部分布的厚度较薄的泥炭土；③普遍分布的湛江组上部厚度不大的软塑的灰黏土层。这些软土共同的特点是含水量高、孔隙比大、压缩性高、承载力低，在软土地基分布区域进行工程建设，因建（构）筑物荷载及附加荷载作用，软土地基必将因固结压缩变形而产生较大的沉降量和差异沉降，若不进行软基处理，必将产生较大的沉降变形，从而影响建（构）筑物的稳定和正常使用，因此在地基基础设计选型时必须对软弱地基进行处理。软土地基处理的主要方法包括：换填法、排水固结法以及复合地基等，对埋深较小、厚度较薄的泥炭土、软塑薄层黏土层，可考虑采取挖除换填法处理。对于厚度较大的大部分软土分布区域则可考虑采取排水固结法或者复合地基形式进行处理，一方面提高地基的承载能力，另一方面减少在上覆结构荷载和附加荷载作用下的沉降量，采取排水固结法比复合地基处理效果更加明显、处理成本较低，但该方法适用于处理大面积软弱地基，且地基处理时间较长。

（3）合理选择桩基础与基坑支护选型，科学设计基础与基坑方案。东海岛地基普遍以黏土及砂层为主，承载力不高，除了一些较轻的建（构）筑物外，工程建设一般不采用天然地基，采取的最典型的桩基础以钻（冲）孔灌注桩和预应力管桩。钻（冲）孔灌注桩和预应力管桩均以摩擦型桩为主，钻（冲）孔灌注桩常见桩径φ1.0m、φ1.2m，桩长一般30～50m，单桩承载力2000～4000kN。预应力管桩常见桩径φ400mm、φ500mm，桩长一般20～40m，单桩承载力1500～2500kN。钻（冲）孔灌注桩适用性广，几乎可以适用于东海岛任何地层，但在施工过程中要注意淤泥层中“缩颈”、松散砂层中“塌孔”以及较厚层玄武岩、凝灰岩夹层中钻进等施工难题。预应力管桩具有桩身质量保证、施工速度快及场地污染小等显著优点，但在东海岛局部地段存在玄武岩、凝灰岩或火山角砾岩夹层时，预应力管桩是无法穿透的，此外北海组局部分布的玻璃陨石以及湛江组局部分布的铁皮层，当其厚度较大时也会对预应力管桩施工造成不利影响。

东海岛进行基坑支护也有一定的难度：①大部分地段以厚层的淤泥质黏土、黏土及砂层为主，开挖产生的土压力较大、土体变形大，因此除较浅基坑（一般不超过6m）可选择钢板桩、土钉墙或水泥土桩重力式挡墙等支护外，一般应采用灌注桩排桩和内支撑或锚杆支护；②东海岛地下水埋深浅，基坑开挖普遍遇到中粗砂及砾砂等含水层，因此截水措施也非常关键，一般采用深层搅拌桩或高压旋喷桩进行止水。

3.2 膨胀土

东海岛膨胀土以包气带中湛江组杂色、灰色黏土为主，主要分布在东海岛东部东简镇北面的青兰村至坑里村一带以及东简镇南部的龙安村至庵里村一带，呈裸露或浅埋单一结构，为薄层或厚层型。浅埋型膨胀土一般被北海组薄层粉土或者铁皮层覆盖，顶面埋深0.40～1.50m，膨胀土层厚1.20～8.74m，一般大于5.00m。东海岛膨胀土以弱膨胀土为主，局部分布中膨胀土和强膨胀土，自由膨胀率43.0%～79.5%，膨胀力0.005MPa～0.255MPa。东海岛膨胀土黏粒含量24.0%～77.3%，

化学成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主，累计占比80%，矿物成分主要为伊利石（水云母）、高岭石，其次为石英、长石。膨胀土区别于一般黏性土主要在于其矿物成分含伊利石等亲水矿物，伊利石含量愈高，其胀缩性愈强。此外杂色黏土天然含水量、孔隙比、塑性以及杂色黏土层中所含胶结物薄层都对该膨胀土的胀缩性有较大影响，一般膨胀黏土层天然含水量越小、孔隙比越小、液限越大、塑性指数越大，则其胀缩性越大；杂色黏土层中分布的薄层状铁皮层约束或限制着黏土层的胀缩性。

东海岛膨胀土所具有的弱～强胀缩性往往给岛上轻型建（构）筑物产生一定的危害，由于对浅层老黏土的胀缩性不重视，一些轻型建（构）筑物直接选取老黏土作天然地基，长期使用过程中由于膨胀土胀缩性而导致一些民房出现倒“八字形”裂缝等。此外受降雨等自然因素影响出露地表的杂色膨胀黏土，时而膨胀时而收缩，导致表面裂隙发育、土质疏松，往往造成边坡不稳定，从而形成冲沟或发生崩塌滑坡等地质灾害，形成烂头山地貌。因此构筑低层或轻型建（构）筑物时，应采取换土（砂）垫层、防水保湿或者设计混凝土圈梁等结构措施。对于膨胀土地段的人工边坡和路堑，应加强防护，宜构建挡土墙等边坡支护结构。

4 结语

综上所述，东海岛工程建设的主要地层分布在100m以浅的中上部，工程地质层成因时代以第四系中更新统冲积和下更新统海陆交互相沉积为主，主要岩性有杂色黏土、粉质黏土、粉土、灰白色中砂、粗砂、砾砂、细砾等。此外，在东海岛西面局部还分布有全新统的淤泥、淤泥质土等软弱土层，中东部则出露有下更新统期间形成的玄武岩、凝灰岩等岩石以及风化残积土。显然，东海岛各区块工程地质条件较为复杂，对不同区块采用的工程地质勘察方法和地基基础方案也不同。