汕头市区软土空间分布及其工程地质特性.pdf

西部资源019WESTERNRESOURCES西部资源水文地质、环境地质、工程地质2023年第3 期汕头市区软土空间久布及其工程地质特性张国远（广东省有色金属地质局九三一队，广东汕头515041)摘要】软土作为一种不良土，在汕头市区广泛分布，其工程特性表现为天然含水量高、强度低、压缩性大以及渗透性低等，易发生不良工程地质问题。本文基于区域地质资料和汕头市中心城区城市地质调查，对汕头市区软土埋藏条件、结构类型、空间分布规律和工程特性进行分析，提出由其引起的沉降变形、滑移失稳等工程地质问题，并在软土地基处理和地面沉降地质灾害防治方面提出工程地质建议，对区内工程建设和地面沉降防治具有借鉴和指导意义。【关键词汕头市；软土；工程地质特性；空间分布汕头市是我国主要港口城市、中国最早开放的经济特区、省域副中心城市，地处广东省东部，韩江三角洲南端，境内韩江、榕江、练江三江人海，水系发育，又处于新构造运动较强烈地段，河道变迁快，软土广泛分布。区内软土这类不良土体的系统研究程度不高，随着汕潮揭都市圈建设步伐加快和汕头市发展战略实施，探讨汕头市软土层的空间分布及其工程地质特征及主要工程地质问题，服务城市建设，对区内工程建设具有重要现实意义。1.地理概况汕头市位于广东省东部沿海地带，紧邻香港、澳门、台湾，濒临西太平洋国际黄金航道，与潮州、揭阳两市接壤，东濒南海。地处东经116 14 15 117 0 9 18 ，北纬2 302542 3 3 9 0 2 ，目前全市辖6 区1县（金平区、龙湖区、濠江区、澄海区、潮阳区、潮南区及南澳县），全市陆地面积2084.42km，海域面积约1.0 x10*km，其中领海基线以内海域面积约2 57 0 km，全市海岸线2 8 9 km，岛岸线长167.37km，全市大小海岛8 2 个，其中有居民海岛3 个（达濠岛、南澳岛、妈屿岛），天然良港众多。2.研究区地质概况研究区（金平区、龙湖区）区域上出露的主要地层有：三叠系(T)、侏罗系（J)新近系（N)和第四系（Q）,其中新近系和侏罗系零星出露，以第四系分布面积最广。区内第四系沉积物分布广泛，主要分布于榕江、大港河、西港河、梅溪河、新津河和外砂河的人海口一带，总面积达267.75km，占研究区陆地面积的9 2.3 3%，一般厚度为23.3130.7m，全区平均约52.0 4m，厚度最大达13 0.7 m（位于龙湖区下埔村一带），按成因划分为海相、陆相、海陆交互相等，以河口三角洲的海陆交互沉积为主，组成物质主要为黏土、淤泥，次为粉质黏土、粉土、砂和砾石，含丰富的微体古生物及贝壳、植物碎片等。汕头市市区境内出露的岩石主要有早白垩世、晚侏罗世侵人岩，少量喷出岩及岩脉。研究区处于新华夏系第二复式隆起带的南东侧，并与南岭东西向复杂构造带南部东段交接部位，属滨太平洋构造域的一部分，自晚三叠世以来处于大陆边缘活动带阶段，中生代是这个时候表现最为强烈的构造运动。区内构造以断裂为主，其中北东向构造规模巨大，是本区的主导构造，从区域资料推测北西断裂切割北东向断裂。汕头地震灾害主要分布在汕头东部海岸线及南澳岛，著名的NE向福建泉州一汕头地震带和南澳深断裂带平行汕头海岸带穿越南澳岛，是我国地震重点监视防御区。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2015），研究区所在的地震动峰值加速度为0.2 g，相应地震动反映谱特征周期为0.40 s，地震基本烈度为VI度，属于区域构造稳定性较差的地区。3.软土空间分布软土空间分布受沉积环境及基底地形条件控制。按照中国软土分布区域图，汕头属于一南方地区 2 。通过区域地质资料和汕头市中心城区城市地质调查 3 ,区内软土呈片状大面积广泛分布，且平面分布和厚度不均匀（图1）。据钻孔资料，区内软土厚度一般为4.6 0 3 7.2 m，厚度大于3 0 m的主要分布在南海街道办事处东部及新溪镇南东部一带(区域），厚约3 0.56 3 7.2 m；厚度2 0 3 0 m的主要分布于汕头湾北岸一带及工作区北部与潮州市接壤地带（区域）；厚度10 2 0 m的在区内大面积分布（区域）);厚度小于10 m的主要分布在市区中部，大致呈现东西走向条带状贯穿市区，与沙珑、沙坝相关联（区域）)；软土不发育区主要分布在调查区西北部（区域）。048km女龙湖区汕头市图1区内软土厚度分布简图软土厚度大于3 0 m区域；软土厚度为2 0 3 0 m区域；软土厚度为10 2 0 m区域；软土厚度小于10 m区域；软土不发育区域【作者简介张国沅（19 8 6 一），男，工程师，本科，从事水文地质、工程地质和环境地质及地质灾害防治等工作。020西部资源WESTERNRESOURCES西部资源WESTERNRESOURCES4.软土工程地质特性4.1埋藏分布特征根据区内软土的出露条件，按照其在垂直方向上的层数和与其他土层的组合关系，可划分为单层结构、双层结构和多层结构。单层结构：主要分布于牛田洋内缘、金山一带，为全新统中期海陆交互堆积的淤泥、淤泥质土、含砂淤泥，层厚3.1823.6m，顶板埋深4.8 1 2 0.3 2 m，其天然含水量40.4%75.5%，孔隙比1.1 1.8 5，压缩系数0.56 1.0MPa-l,标贯0.8 8 1.8 击。双层结构：主要分布于牛田洋外缘、珠池、下蓬一带，上层为全新统中期、晚更新世晚期海陆交互堆积的淤泥，局部为淤泥质土、粉砂质淤泥，层厚6.44 2 4.3 4m，顶板埋深一般在4.6 10.6 3 m，其天然含水量3 5%8 2%，孔隙比1.0 5 2.0 4，压缩系数0.6 5 1.9 MPa-1，标贯0.3 2.0击；下层多为晚更新世中期（局部为全新统中期）海陆交互堆积的淤泥、含砂淤泥、淤泥质土，层厚4.8 5 12.0 3 m，层位较稳定，厚度变化小，但顶板埋深因地而异，一般为27.241.3m，天然含水量44%47.2%，孔隙比为1.3 1压缩系数0.45 0.7 MPal,标贯0.5 1.6 击。多层结构：分布于区内大部分地段，上层为全新统中、晚期海陆交互堆积、海积的淤泥、淤泥质土、含粉砂淤泥，层厚6.8 6 3 0.14m（以月浦一带厚度为大），天然含水量43%85.7%，孔隙比1.0 8 2.3 3，压缩系数0.59 1.8MPa,标贯1.5 1.9 击；下层为全新统中期及晚更新世中期海陆交互堆积的淤泥质土、淤泥，层厚4.3 15.63m，顶板埋深12.7 4 3 7.3 m（以汕头市北侧埋深为大），天然含水量43%56%，孔隙比1.0 8 1.40，压缩系数0.6 3 0.7 7 MPa-l4.2物理力学特征汕头市区软土分布广，厚度大，结构复杂4。根据已有勘察资料和汕头市中心城区城市地质调查，对汕头市区软土层物理力学指标进行统计（表1），因资料有限和调查精度不高，所以统计所用钻孔以中部为主。表1软土主要物理力学指标厚度含水率密度孔隙比液性指数压缩模量黏聚力内摩擦角标贯地层分类(m)W(%)pa(g/cm)eE,(Mpa)C(kpa)()N(击)个数293938393139393923最小4.635.01.411.571.450.422.030.90.7最大37.284.71.682.35,3.112.7012.46.762.0平均20.959.851.551.962.061.567.563.831.35标准值19.851.551.351.682.191.426.852.711.19由以上表可以看出，区内软土厚度相差较大，呈流塑一软塑，具有高含水量、大孔隙比、低强度、高压缩性等不良工程地质性质，而且软土具有低渗透性、触变性和流变性等不良工程特点。4.3软十不良工程地质问题根据钻孔资料和软土物理力学特征，软土在工程建设中表现出不良工程地质现象：4.3.1沉降变形区内软土多为全新统、晚更新世海积的淤泥、淤泥质土、粉砂质淤泥，厚度为4.6 0 3 7.2 m不等，分布不均，软土天然含水率为3 5.0%8 5.7%；液性指数1.45 3.11，平均2.0 6，流塑一软塑；孔隙比1.57 2.3 5，平均1.9 6，多为淤泥质土；压缩模量0.42 2.7 0 MPa，为高压缩性土。在上部荷载的作用下，易导致地面沉降，造成建筑物的沉降变形。在建筑物基础设计时，建筑物基底压力应在地基土允许的承载力之内 5。据钻孔资料统计，区内软土的承载力标准值50 8 0 kPa，垂直方向的渗透系数在10-5 10-cm/s之间，对地基土排水不利，当软土层与粉砂、粉土互层相间时（即双层或三层结构），其水平方向渗透系数在110-4110cm/s之间，比垂直方向渗透系数大数百倍。由于透水性弱，含水量大且处于饱和状态，这不但延缓其土体的固结过程，而且在加荷初期，易出现较高的孔隙水压力，有效应力降低，导致地基土层强度降低产生沉降甚至建筑物变形开裂 6 O4.3.2滑移失稳汕头市区位于韩江、榕江下游及练江流域、滨海平原地段，为韩江三角洲平原，基底为燕山区花岗岩，其上广泛分布第四系沉积物 7 。软土具有明显触变性，灵敏度一般在3 4,有的可达8 9 或者更大。土体受到扰动或震动荷载，强度将明显降低，导致土体易沿某一滑动面产生滑移变形或基底向两侧挤出等现象。软土具有明显流变性，对于基坑工程，开挖时易产生侧向变形和剪切破坏，导致支护结构变形或边坡失稳8 。软土除受压固结引起流变外，即使在相当小的剪切荷载作用下，其变形可能长期发展，对斜坡、堤岸、码头等地基稳定性不利。5.软：土地基处理建议区内软土厚度相差较大，呈流塑一软塑，具有高含水量、大孔隙比、低渗透性、低强度、高压缩性等特性，软土地基上的建筑物沉降量大，沉降稳定时间长，沉降差过大可导致建筑物开裂破坏，甚至产生地基局部以至整体的滑移破坏。针对汕头市区软土工程特性存在易产生不良工程地质问题，提出地基处理建议：（1)置换及拌入法。对于发育地表浅部且厚度较小的地段可采用以砂石、素土、灰土和矿渣等强度较高的材料置换软土地基中部分软土，或掺人水泥、石灰或砂浆等，与周边土层形成复合地基，从而提高地基的承载力。（下转0 2 3 页）西部资源023WESTERNRESOURCES西部资源水文地质、环境地质、工程地质2023年第3 期物性特征与周围地层差异较小。根据物探异常，对其中2 5处进行了钻探验证。钻孔揭示地层岩性主要为上部为含砾粉质黏土，下部为砂岩风化层。勘探过程中无掉钻情况发生，但在同一地层钻探时存在软硬不均，局部进尺较快现象 7。钻探结合物探分析和物探异常范围，为进一步查明地质钻孔中钻进较快地段是否为洞穴，又在其埋深较浅的地方采用现场开挖的方式进行验证，发现钻进较快处确实为洞穴，有泥和水从洞中涌出，洞顶并伴有轻微塌落及掉块现象。由于大多数钻探异常埋深较大，不可能全部开挖验证，故将钻进较快地段视作洞穴区域4.2结论及建议（1)D K 18 0+3 14.2 3-D K 18 1+6 10.6 7 段路基地下洞穴具有规模小、分布、延伸方向无规律等特点。（2）根据调查、物探、钻探及机械开挖情况分析，洞穴分布在上部含砾粉质黏土中。含砾粉质黏土层在地下水循环作用下，其中的细颗粒被流动的地下水带出形成洞穴，随着时间推移仍存在发育的可能。(3)含砾粉质黏土普遍具膨胀性，不宜做路基填料。（4)建议对含砾粉质黏土层采取稳妥的加固处理措施。鉴于地下洞穴属于疑难不良地质，具有洞穴大小、分布、延伸方向等无规律的特点，建议路基基底地下洞穴处（上接0 2 0 页）(2)桩基法。在深厚的软土地基上，当建筑物的荷载较大，或对地基变形和稳定性要求较高，而采用其他处理措施不能满足要求时，宜采用桩基方案9。桩基具有承载力高、沉降量小且沉降较均匀的优点，广泛应用于软土地区。（3)预压法。采用预定荷载加压，使之固结，一般在地基中打入砂井及塑料排水板对软土进行堆载预压，加速排水固结，提高淤泥和淤泥质土的强度，满足工程负载要求。砂井和塑料排水板具有施工速度快、造价较低的优点，在工期充足的软基，采用砂井和塑料排水板处理，对改良软土物理力学性质和控制沉降效果明显 4。6.结论（1）汕头市区（金平区、龙湖区）软土具有典型的软土特征：含水量大、孔隙比大、渗透性低、承载力低、黏聚力小、抗剪性能差、灵敏度高、压缩性高、标贯小于5击的物理力学性质。(2)由于汕头地区多次的海退海进，沉积环境较为复杂，有海陆交互堆积、陆相沉积和海相沉积，从而造成区内软土广泛分布，厚度4.6 0 3 7.2 m不等，埋藏深度0.7 52.2 m，结构复杂，出露形式多样，出露结构有单层结构、双层结构和多层结构，自南向北由单层变双层至三层结构。（3）区内软土大面积存在，在上部附加应力的作用下，导致长时间累计的地面沉降，及地基不均匀沉降等工程地理方案主要采用高桩板结构加固方案结合开挖换填。（5）为获得铁路运营期间沉降变形情况，实时掌握变形状态，建议增加沉降变形自动观测，起到安全监测及预警的作用8 。(6)施工开挖过程中加强地质核查，尤其是洞穴发育情况、土石界面情况等，根据核查情况动态调整设计。参考文献1马志飞.探测城市隐伏断层保障城市安全 J.城市与减灾,2 0 10,0 1:2 2-2 5.2王银，孟广魁，柴炽章，等.隐伏活断层探测中的精定位技术-以银川盆地芦花台断裂为例 J.地震地质，2 0 15，3 7(01):256-268.3牛之琏.时间域瞬变电磁原理 M.长沙：中南大学出版社，19 9 3.4蒋邦元.实用近区磁源瞬变电磁法勘探 M.北京：地质出版社，19 9 8.5薛国强，李貅，底青云.瞬变电磁法理论与应用研究进展J.地球物理学进展,2 0 0 7,2 2(4)：119 7-119 8.6盛勇，贾慧涛，刘杨.微动勘探方法技术研究及其应用 J.安徽地质，2 0 19,2 9(1)：3 4-3 9.7贾慧涛，廖圣柱，盛勇，等.微动勘探技术在城市地质工作中的应用 J.安徽地质，2 0 2 0.8范长丽，贾慧涛，蔡向阳.微动在城区岩溶勘探中的应用效果 J.工程地球物理学报，2 0 2 0，17(5)：6 52-6 57.质问题，置换和拌入、桩基法、预压法是处理区内软土不良工程地质问题的有效手段，建议加大这方面的研究及推广力度。参考文献1刘高峰，徐鸣.广州市番禺区砺江河水系地基软土工程特性及工程地质问题 J.资源环境与工程，2 0 0 8（S1)：9 3-9 6.2JGJ83-2011，软土地区岩土工程勘察规程 S.3广东省有色金属地质局九三一队.广东省汕头市中心城区城市地质调查报告R.汕头：广东省有色金属地质局九三一队,2 0 19.4】张贤奎.汕头市软土的分布及工程地质特征 J.西部探矿工程,2 0 0 1(S1):137-139.5唐波，张莉萍，曹建军，等.软土工程特性研究一以南京鼓楼滨江段为例 J.资源环境与工程，2 0 14,2 8（0 4)：49 0-493+497.6任君梅.泉州湾软土分布特征及工程特性 J.福建地质，2010,29(02):146-152.7倪小东.汕头市区地层工程地质特征及其成因浅析 J.西部探矿工程，2 0 0 8（0 3）：7 9-8 0.8周学明，袁良英，蔡坚强，等.上海地区软土分布特征及软土地基变形实例浅析 J.上海地质，2 0 0 5(0 4)：6-9+6 1.9王奎峰，秦学全.黄河三角洲北部地区软土工程地质特性及空间分布 J.海洋地质与第四纪地质，2 0 2 0，40（0 1）：31-41.