珠海凤凰山东南角花岗岩孤石空间分布特征及其对步道工程的影响

2022-03-12江金进赵风顺

资源环境与工程 2022年1期

江金进，刘佳，江山，赵风顺，江宁，赖波

(1.广东省珠海工程勘察院，广东珠海 519000； 2.广东省地质局第一地质大队，广东珠海 519000)

花岗岩孤石是花岗岩地区普遍发育的球状风化体，又称石蛋。花岗岩孤石可分为两种，一种是裸露于地表或局部埋入残坡积土层中的地表孤石，另一种是埋藏于全—强风化花岗岩中的地下孤石。目前国内学者对花岗岩孤石分布特征的研究主要集中在广州、深圳、厦门等花岗岩发育地区[1-6]，对珠海地区的研究较少。近年来，部分学者开始关注珠海地区花岗岩孤石分布特征的研究，如江贵荣等[7]对珠海某地区孤石的调查研究;杨光[8]对珠海海岛孤石特征的研究;江山等[9]对珠海某隧道工程周边地表孤石分布特征的研究。但以上学者的研究只停留在地表孤石分布特征，关于珠海地区地下孤石分布特征的相关研究目前仍鲜有报道。

由于花岗岩孤石分布具有离散性、埋藏边界不确定性等特点，在花岗岩孤石发育区进行工程建设，会对工程进度、质量和安全产生较大影响[3-4，10]。近年来，珠海市大力发展城市休闲廊道，规划有凤凰山漫步道、板障山漫步道、横琴山漫步道等8条环山漫步道，但由于规划步道所处自然山体花岗岩孤石较发育，随着各步道的开工建设，步道沿线花岗岩孤石严重影响步道工程建设进度、质量和安全的问题将十分突出，准确探明步道沿线花岗岩孤石的地表和地下空间分布规律，分析其对步道工程的影响，提出相应的防治措施，对于保障步道工程建设具有重要意义。

1 研究区及工程概况

研究区位于珠海市香洲区凤凰山山脉东南角，原始地貌为低山丘陵地貌，植被茂密，地形起伏较大，海拔高度介于2.3～201.1 m，沟谷较发育，自然坡度一般为10°～45°，局部>45°。区内浅表层地层为第四系残坡积土层，厚约0.4～5.3 m，其下为花岗岩各风化层，岩性主要为晚侏罗世中粒斑状黑云母二长花岗岩、早白垩世细粒和细粒含斑(斑状)黑云母二长花岗岩[11-12]。

凤凰山山地步道总体呈东西走向，总长度约10 km。步道工程主要以空中栈桥为主，采用独柱墩钢板梁结构，基础根据现场实际情况采用人工挖孔桩基础或岩石锚杆基础。根据山地步道沿线环境资源特色、地质环境条件等因素，以大境山公园和梅华东路为界，将其划分为西段、东段和鸡公山段(表1)。

2 花岗岩孤石空间分布特征

2.1 地表分布特征

研究区地表孤石赋存形态各异，有两个或多个孤石叠加在一起的叠加型孤石，有完全裸露于残坡积土层或岩体上的孤石，有局部或大部分埋入残坡积土层的孤石，这与广州、深圳和厦门等地区孤石赋存形态基本一致[13]。区内地表孤石分布形式多样，有单个零星分布的孤石，有沿沟间山谷呈线状分布的孤石群，有呈大面积“乱石岗”分布的孤石群，看似杂乱无章，毫无规律，实则有一定规律性，如东段孤石明显多于西段，山腰处孤石多于坡脚和坡顶，迎风坡孤石多于背风坡等。

表1 各分段基本特征一览表Table 1 List of basic characteristics of each section

(1) 东段地表孤石明显多于西段和鸡公山段。根据地面孤石调查，结合遥感影像综合分析，在地表共发现1 643个孤石(图1)，其中西段659个，占总数的40.11%；东段907个，占总数的55.20%；鸡公山段77个，占总数的4.69%。由上可知，东段孤石明显多于西段，表明自西向东花岗岩风化程度有增强的趋势。

(2) 地表孤石集中分布在山腰处，山脚处孤石略多于山顶。区内地表孤石分布在9.69～192.94 m高程，总体呈正态分布，其中东、西段孤石集中分布在40～140 m，鸡公山段孤石集中分布在20～40 m(图2)。统计结果显示，0～40 m分布有孤石206个，占总数的12.54%；40～140 m分布有孤石1 381个，占总数的84.05%；140～200 m分布有孤石56个，占总数的3.41%。由上可知，地表孤石集中分布在40～140 m(山腰处)，山脚处孤石略多于山顶，这间接反映了区内花岗岩风化、侵蚀、搬运和堆积的结果。

图1 花岗岩孤石分布图Fig.1 Distribution map of granite boulders

图2 地表孤石高程统计Fig.2 Elevation statistics of surface boulders

(3) 地表孤石主要集中分布在25°～45°急陡坡上，稳定性较差。统计结果表明，0°～15°平缓坡上分布有孤石146个，占总数的8.89%；15°～25°斜坡上分布有孤石386个，占总数的23.49%；25°～35°陡坡上分布有孤石686个，占总数的41.75%；35°～45°急坡上分布有孤石327个，占总数的19.90%；≥45°险坡上分布有孤石98个，占总数的5.96%(图3)。区内地表孤石大部分位于25°～45°急陡坡上，部分孤石由于步道施工开挖导致基底裸露，在施工机械震动、暴雨等不利因素影响下容易发生孤石崩塌地质灾害，威胁步道及行人安全。

(4) 地表孤石所在坡向与风向关系密切。区内地表孤石所在坡向主要为东南、东、南和东北，各分段略有差异，其中西段孤石所在坡向主要为东，次为东北、东南；东段孤石所在坡向主要为东南，次为南和东；鸡公山段孤石所在坡向主要为西南和东北(表2)。通过与区内累年最多风向(图1)对比，发现迎风坡上分布的孤石明显多于背风坡，山间沟谷处孤石特别发育，具有线性分布特征。

2.2 地下分布特征

(1) 地下孤石主要以单个零星分布为主，少数呈珠串状分布。收集区内382个钻孔资料，其中71个钻孔揭露有孤石，孤石揭露率为18.59%。各分段孤石揭露率略有不同，东、西段相差无几，约18.00%，鸡公山段略高，为24.00%(表3)。对单孔揭露孤石数进行统计，结果表明71个钻孔共揭露孤石87个，其中单孔最多揭露3个孤石；单孔揭露1个孤石的最多，有58个钻孔，占总数的81.69%；单孔揭露2个孤石的次之，有10个钻孔，占总数的14.08%；单孔揭露3个孤石的最少，有3个钻孔，占总数的4.23%。由上可知，区内地下孤石分布以单个零星分布为主，少数呈珠串状分布，这与其它地区略有差别，广州、深圳等地区钻孔揭露孤石发育层数最多可达6～7层[1-2]，但区内孤石发育层数最多为3层。

表2 地表孤石所在坡向统计表(单位：个)Table 2 Aspect statistics of surface boulders

表3 地下孤石发育程度统计表Table 3 Statistical table of the degree of underground boulders development

(2) 地下孤石主要分布在强风化层中。由于区内残坡积土层厚度较薄，孤石大部分以露头形式出露地表，极少埋藏于地下。据统计，钻孔揭露的87个地下孤石主要分布在强风化层和全风化层中，其中分布在强风化层的孤石有84个，占总数的96.55%；分布在全风化层的孤石有3个，均在东段，占总数的3.45%。在强风化层中，孤石分布的部位也不尽相同，其中分布在地层上部的有26个，中部的有35个，下部的有23个，无明显规律性。

(3) 地下孤石埋藏较浅，主要集中分布在浅层。对87个揭露孤石进行埋深统计(图4)，结果表明地下孤石主要分布在地下0～10 m，共有70个，占总数的80.46%；在地下10～30 m，西段孤石数略大于东段、鸡公山段，共有15个，占总数的17.24%，这与西段有断裂通过有关，在断裂附近，花岗岩深层节理裂缝发育，更有利于深层花岗岩风化。

(4) 地下孤石厚度不一，与地下埋深有一定关系。区内钻孔揭露孤石厚度从0.3～3.7 m不等，其中孤石厚度<2 m的有65个，占总数的74.71%；孤石厚度>2 m的有22个，占总数的25.29%(图5)。各分段孤石厚度略有差异，西段孤石厚度较东段和鸡公山段略厚，孤石厚度主要介于0～3 m，以1～2 m厚度居多；东段孤石厚度主要介于0～2 m，1～2 m厚度略多；鸡公山段孤石厚度主要介于1～2 m。此外，对地下孤石厚度与孤石埋深进行相关性分析，发现地下孤石厚度与孤石埋深呈不同程度正线性相关，特别是对2个以上呈珠串状分布的孤石，随着孤石埋深的加大，孤石厚度越大，二者呈高度正线性相关(图6)。

图5 地下孤石厚度统计Fig.5 Thickness statistics of underground boulders

3 孤石空间分布对步道工程的影响

3.1 地表孤石分布对步道工程的影响

(1) 区内花岗岩孤石(群)在山腰、迎风坡、山谷等集中分布，规划的步道工程部分线路需要穿越大面积孤石(群)，导致步道工程施工成本、施工进度和施工风险等都显著增加。

(2) 区内花岗岩孤石与中—微风化花岗岩类似，其质地坚硬致密、强度高，且无或少裂缝，因此，在孤石(群)分布区进行临时便道施工或桩位开挖，施工难度将增大，施工成本将增加。

图6 地下孤石埋深与孤石厚度关系图Fig.6 Relationship between buried depth and thickness of underground boulders

(3) 区内地表孤石(群)大部分处于平衡状态，暂时不会沿山体滚落，但在施工机械震动、人工削坡或暴雨等多种因素影响下，分布在急陡坡上的不稳定孤石(群)可能发生滚落，严重威胁坡下施工人员和步道工程的安全，特别是对孤石(群)下方的桩位影响较大。此外，由于东段部分线路坡脚为居民集中区，步道施工导致坡面不稳定孤石滚落，会严重威胁坡脚建(构)筑物和居民。