深圳宝安填海区地面沉降特征探讨

深圳宝安填海区地面沉降特征探讨
卢薇艳;黄于新
【摘要】深圳市宝安中心区为大规模填海形成,发生了多处地面沉降.通过野外地质调查和收集大量资料,在填海区建立地面沉降监测点,查明了填海范围的地质环境特征,分析了填海区地面沉降的机理和特征.产生沉降的主要因素有两个:一是土层在建筑物等外部荷载作用下产生的固结沉降,主要发生在建筑物施工期间及使用期间,作用时间相对较长;二是由于基坑降水引起附加沉降,这部分沉降主要发生在基坑开挖期间,作用的时间相对较短,一般随着基坑的回填及地下水位的恢复,沉降便基本完成.通过数学方法研究了软土的欠固结、固结和次固结沉降,其中次固结沉降为填海区软土固结过程中贡献最大.抽取地下水和大规模密集高层建筑群也是产生地面沉降的影响因素之一,但影响范围有限.
【期刊名称】《城市地质》
【年(卷),期】2017(012)002
【总页数】4页(P46-49)
【关键词】宝安中心区;填海;地面沉降;次固结;特征
【作者】卢薇艳;黄于新
【作者单位】深圳市地质局,深圳 518023;深圳市地质局,深圳 518023
【正文语种】中文
【中图分类】P642.26
地面沉降是一种可由多种因素引起的地面标高缓慢降低的环境地质现象，人类活动和地质作用是造成地面沉降的主要原因，其中过量抽取地下水是最主要的原因（薛禹群等，2003；殷跃平等，2005）。

而宝安中心区近年来未抽取地下水作为生活或工业用水，其地面沉降的主要原因和机理有待查明。

宝安中心区位于深圳市西北部，珠江口东岸，地处珠三角核心，是深港穗黄金经济走廊的重要节点。

2010年3—4月，中心区多个楼盘发生地面沉降，未造成人员
伤亡，但部分楼盘的地下管网因沉降损坏，接连发生爆水管事件，引起了各方对地面沉降原因和未来发展的广泛关注。

经过调查和研究表明，宝安中心区产生地面沉降的原因主要是填土及软土未完成自重固结，且主要发生于地坪、道路及绿化回填区，且沉降有进一步发展的趋势。

1.1 地理位置及地貌特征
研究区位于宝安中心区东南部，东北临宝安大道，西北至碧海湾公园，东南隔湖滨西路与南山区相邻，西南面海，总面积15.58km2。

地貌类型主要为海积平原，西北部碧海湾公园为低丘陵和台地，总体地势为西北高，东南低。

平原区地形平坦，地面坡度小于5°，地面标高一般在3～15m，最高点
为82.7m。

1.2 区域地质条件
根据区域地质资料及钻孔数据，研究区主要地层为第四系晚更新统礼乐组和全新统桂洲组地层组成。

礼乐组（Qpl）不整合于基岩风化壳之上，由砂砾、砂、黏土为主，自下而上划分为石排段、西南镇段和三角层段。

桂洲组（Qhg）地层平行不
整合覆于礼乐组或覆于基岩风化壳之上，富含腐殖质和淤泥、粉砂、细砂、砂砾等，自下而上划分为杏坛段、横栏段、万顷沙段和灯笼沙段。

研究区内灯笼沙段缺失。

研究区内侵入岩主要是早奥陶世花岗岩（O1ηγ），只在西北部海湾公园附近小部分出露。

岩性主要为片麻状细粒斑状（含斑）黑云母二长花岗岩，岩石新鲜呈浅灰
白色，局部深灰色，风化呈褐黄色，通常具细粒花岗结构，或他形—半自形粒状
结构，或变余花岗结构，部分似斑状结构，片麻或弱片麻状构造。

区域地质构造以断裂为主，主要断裂体系有北东向的压扭性构造、近东西向压性构造和北西向扭性构造。

主要断层有蛇口断裂、大铲岛断裂、妈湾断裂等。

根据实地调查，研究区内碧湾路附近有一北西向断裂。

1.3 工程地质条件
据钻探资料，将研究区内的土体按成因类型分为人工填土层、海陆交互沉积层、海积层、海积—沉积层、冲洪积层、湖沼沉积层和残积层；岩体为奥陶世花岗岩，
根据风化程度又分为全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩和微风化花岗岩。

由于研究区主要地面沉降发生在土体中，对土体的工程地质特征进行重点研究。

区内沉积层厚度从北向南递增，岩性以河谷交互相和海陆交互相沉积为主，沉积物则主要为黏性土、淤泥类土及砂土等。

土的分类按颗粒级配和塑性指数进行分类，可分为碎石土、砂土和黏性土。

1.4 水文地质条件
根据地下水赋存介质特征，将研究区的地下水类型分为松散类孔隙水和基岩类裂隙水两种，基岩类裂隙水又根据其成因类型确定为块状基岩裂隙水。

松散岩类孔隙水在研究区内大面积分布，含水层多为河流冲洪积、海积的细砂、粗砂及砾石层等，含水层分布较零星、分散，富水程度为贫乏至中等。

基岩类裂隙水主要分布于西北部的早奥陶世花岗岩中，水量贫乏。

研究区的主要补给来源为大气降雨入渗补给和地表河流入渗补给，排泄方式为河流排泄、地下潜流和蒸发蒸腾。

受地形条件控制，地下水在空间上的运移特征是由北向南运动，径流条件一般，径流速度缓慢。

1.5 环境地质条件
研究区的主要环境地质问题有区域稳定性问题、地面沉降问题、地下水环境问题和
海洋地质灾害问题等，本次研究主要针对地面沉降问题。

由于宝安中心区大规模的开发建设，研究区地质体的结构及其物理力学性质和工程地质性质发生了大幅度改变，加之上部荷载作用的影响，人工填土及下伏软土在自重或荷载作用下发生了不同程度的固结沉降。

此外，由于建（构）筑物基础类型、荷载大小及软弱地质体组合等多种因素都存在差异，区内多个区域出现了差异性沉降（杨顺安等，1997）。

为充分开发利用土地资源，自1994年开始，宝安区政府先后投入了约40亿元人民币进行中心区填海造陆工程（于海波等，2009）。

宝安中心区90%的面积属于填海区域，除行政中心、宝安体育中心和各市政道路、公共用地外，其他地区均未进行系统的软基处理。

因此，宝安中心区填海区地面沉降主要是未经处理的软基在荷载作用下的不均匀沉降。

研究区原始地貌为珠江口外滨海潮间带，地势平坦，后经人工围海，建成大小不等的连片鱼塘，近有泥砂填入，表层无天然硬壳，经吹沙填海抽来的泥砂颗粒细小并呈悬浮状，含水量高达105%；其下为第四系海相淤泥层，下部为第四系冲洪积粘土层及粗砾砂，主要物理力学指标见表1。

2.1 软土的欠固结、固结与次固结沉降
研究区软土厚度不均，从内陆向沿海逐渐增厚，局部较厚，最大厚度大于12m，大多厚度在5～8m之间。

次固结沉降实际上在主固结过程一开始就发生了，只不过数值相对很小而已。

但超静孔隙水压力消散得差不多以后，主固结沉降增量就很小了，而次固结沉降愈来愈显著，逐渐上升成为主要的（郑先昌等，2003）。

珠三角地区地层中有些较厚的淤泥层，淤泥的含水量大，可压缩性高，次固结作用是比较明显的。

由于建筑物密度增大，土层所承受的有效应力也增大。

在较大的有效应力下，淤泥层就有可能发生较大的次固结沉降。

剩余沉降等于软土层未完成的主固结沉降与次固结沉降之和：
式中：Sc为淤泥土层的总沉降量，Sα为次固结沉降量。

统计室内试验结果，淤泥层先期固结压应力pc一般小于其自重压应力，绝大多数淤泥层表现为欠固结特性，超固结比OCR=0.45～0.85。

淤泥的平均厚度取6.5m，超固结比OCR=0.65，孔隙比e1=2.24，压缩指数
Cc=0.669，淤泥层中部的自重有效应力，由于欠固结产生的沉降约为：
次固结效应也可能是造成该地区地面沉降过大的重要原因。

如果在工程建设中赶抢工期，在修建上部建构筑物时地基土层主固结尚未完成时，则地面工后沉降将会更为严重。

在堆载（超载）预压排水固结法处理的欠固结淤泥和未进行塑料排水板预压法处理的欠固结淤泥两种情形下进行计算，填海区填土施工完工后，t=1.5、5年的固结
度分别25.4%、38.5%，完成的沉降量分别为6.37、9.66cm，剩余沉降量分别
为18.73cm、15.44cm。

次固结沉降量主要取决于土的次固结系数(Cα)。

研究表明，Cα与下列因素有关：土的种类，塑性指数越大，Cα越大，尤其是对有机土而言；含水率w越大，Cα
越大；温度越高，Cα越大。

正常固结黏土的Cα一半在0.005～0.02之间；高塑
形黏土、有机土的Cα一般大于0.03；超固结黏土（OCR＞2）的Cα一般小于
0.001。

填海区填土施工完成后，t =1.5、5年的固结度分别25.4%、38.5%，完成的沉降量分别为22.7、34.4cm。

经计算Sc=0.89m，次固结沉降量Sα=5% Sc≈4.5cm。

t =1.5、5年后的剩余沉降量分别为71.2cm和59.5cm。

完成的沉降量和剩余沉降量不但出入较大，而且超出近4倍，说明次固结沉降在
填海区软土固结过程中具有较大的贡献。

2.2 抽取地下水导致的地面沉降
尽管深圳地区从未抽取地下水作为生活或工业用水，但工程性降水仍然存在，降水
必然会引起临近场地的地下水呈漏斗状下降，导致地面沉降，只不过这种沉降范围及其影响程度是局部的、次要的。

2.3 建筑物群引起的地面沉降
地基处理沉降计算中，一般只考虑淤泥等软土的沉降，不计算下卧层的沉降。

但是大面积填土引起下卧层的沉降，大规模的密集高层建筑物群引起软土层和下卧层的沉降是必然的，从而引起地面沉降（介玉新等，2003）。

主要有筏板基础及箱型基础的附加应力引起的地面沉降和桩基础在淤泥层及其下卧层中产生的附加应力引起的地面沉降。

此类沉降属于工后沉降，危险性较大（郑永来等，2005）。

（1）深圳市宝安中心区属于海积平原，经大规模填海造陆活动形成了现有地形地貌。

地层主要为第四系礼乐组和桂洲组，岩体为早奥陶世花岗岩。

填土层中还有较厚的淤泥层、粘土等软土地层。

产生沉降的主要因素有两个：一是土层在建筑物等外部荷载作用下产生的固结沉降，这部分沉降主要发生在建筑物施工期间及使用期间，作用时间相对较长；二是由于基坑降水引起附加沉降，这部分沉降主要发生在基坑开挖期间，作用的时间相对较短，一般随着基坑的回填及地下水位的恢复，沉降便基本完成，但这部分沉降对周边管线及环境也可能造成比较大的危害。

（2）宝安中心区填海区地面沉降的机理和特征主要为三种情形，分别为欠固结、主固结和次固结沉降，抽取地下水和大规模的密集高层建筑群引起的沉降，其中软土的次固结沉降为主要沉降原因。

【相关文献】
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