珠江口土層及其固結程度的探討

蔡澤明，林琳

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 210230）

依托珠江口地區的港口工程建設，中交四航院承擔了珠海港、深圳港、中山港、東莞港和廣州港主要的工程勘察任務，為港口工程的設計和施工提供了大量可靠的勘察資料，積累了豐富勘察經驗，對本地區的地質環境和巖土工程條件有比較全面、深入的認識。在對本地區早期勘察資料的整理和分析時，發現以往的勘察報告一般都欠缺區域地質方面的資料，也欠缺第四紀覆蓋層的時代成因，經過查找和研究資料，發現珠江口的覆蓋層中有不少土層的時代應該定為晚更新世（Q3），而且土層的固結程度也值得探討。

1 珠江口的沉積土層探討

在珠江口大量的港口工程勘察中，發現廣州南沙港地區和珠海高欄港地區的土層結構比較有代表性，廣州南沙港所處地段受珠江的影響比較大，其土層變化比較大，黏性土層與砂土層交互分布的特征非常明顯；珠海高欄港地區受珠江的影響相對較小，其土層比較穩定，更主要呈現濱海相沉積的特征。

1.1 廣州南沙港地區的土層

根據勘察資料，南沙港地區的覆蓋層，上部是以淤泥、淤泥質土為主的全新統土層；中部是一套軟層與硬層交互分布的全新統-晚更新統過渡土層，局部分布膠結層；下部是晚更新統土層，為砂層和黏性土層交互分布土層。覆蓋層大致可分為：①人工填土層；②淤泥、淤泥質土；③雜色黏性土（Q3-Q）4；④淤泥質土；⑤砂混黏性土；⑥淤泥質土；⑦黏性土；⑧淤泥質土、黏性土；⑨粉細砂、中粗砂；⑩淤泥質土、黏性土；[11]粉細砂、中粗砂；[12]黏性土；[13]粉細砂、中粗砂；[14]殘積土。可見，南沙港地區受珠江的影響比較大，土層的變化比較大，海陸相交互沉積特征明顯。

1.2 珠海市區附近珠江河段的土層

根據勘察資料，珠海市區附近珠江河段覆蓋層大致可分為：①人工填土（未揭示）；②淤泥、淤泥質土，厚度很大，底標高約為-15m；③雜色黏性土（Q3-Q4）；④淤泥質土、黏性土，厚度很大，底標高約為-30m；⑤砂土；⑥黏性土；⑦砂土；⑧殘積土。可見，上部土層的濱海相沉積特征較明顯，下部土層受珠江影響較大，海陸交互沉積特征較明顯。

1.3 珠海高欄港地區的土層

根據勘察資料，高欄港附近的覆蓋層大致可分為：①砂土，厚度1～2m；②淤泥、淤泥質土，厚度很大，底標高約為-12～-15m；③雜色黏性土（Q3-Q4）；④淤泥質土、黏性土，厚度很大，底標高約為-30m；⑤砂土、黏性土；⑥殘積土。覆蓋層主要表現濱海相沉積特征。

1.4 土層描述

[1]以黃茅海高欄海域的土層為例對珠江口的土層結構進行了說明，參見圖1。

圖1 高欄海域土層剖面圖

從圖1可見土層可分為上、下兩部分：

下部的A、B、C 3層為較老的晚更新世沉積土層，底部的C層為陸相沖洪積層～殘積、風化層，一般厚度約為10m；其上的B層為濱海相的灰色淤泥質土、黏性土，一般厚度約10m，14C年齡為（23800±520）年B.P.；B層的上部遭受風化形成雜色黏性土或接受陸相洪泛沉積形成晚更新世沉積的頂層A層，A層不穩定，一般厚度約為2～10 m。A層的頂部與上覆全新世地層為不整合接觸，其間經歷了最后一次冰期形成的沉積間斷。晚更新世土層反映了一次海侵至海退沉積旋回。

全新世土層也可分為3層，底部的Ⅲ層為陸相沖洪積砂礫層和濱海相淤泥混砂，厚度約為2～10m；中部的Ⅱ層為灰色的海灣淺海相淤泥質土、淤泥，厚度約為5～15m；Ⅱ層向陸逐漸變為現在的黃茅海河口灣沉積。黃茅海全新世沉積的14C年齡，海底以下約15m處為（9240±360）年B.P.，約4m處為（2480±95）年B.P.。全新世沉積也反映了一次海侵至海退過程。

1.5 珠江口地區的標志性土層

總的來看，上述的土層結構是一致的，都有一個共同的土層，即上述的A層雜色黏性土，可以認定這是珠江口地區的標志性土層，形成時代為Q3末期至Q4初期，成因主要是末次冰期海面下降、原來的濱海相土層遭受長期風化作用。研究資料[2]認為末冰期發生在距今24000～8000 a，灰黑色的濱海相土層暴露于大氣中遭受長達16000 a的風化作用，形成了上述的雜色黏性土。該層在珠江三角洲地區普遍存在。同時也就可以認定該層下面的B層淤泥質土、黏性土都是Q3時期沉積的土層，距今約24000 a。

2 黏性土層的固結程度探討

2.1 土層固結程度的研究和結論

黏性土的固結程度一般采用超固結比（OCR）來衡量，其值等于先期固結壓力（PC）與當前有效上覆壓力（）的比值，即：

1）由于干燥作用或者風化作用，導致土層形成膠結，膠結作用形成土層的結構強度，表現出超固結特征；

2）形成年代比較久遠的黏性土層，在有效應力不變的情況下會發生黏滯固結，相當于次固結，形成了更為穩定的結構排列，表現出超固結特征。

這兩種情況表現出來的超固結特征，并不是因為真正的PC＞造成的，其超固結比被稱為似超固結比（或者表觀超固結比）。

研究資料[3]表明，因干燥作用和風化作用而表現出超固結特征的，其似超固結比一般可以達到1.5～2.0，甚至更大，一般隨深度而減小。因黏滯固結而表現出超固結特征的，其似超固結比大約為1.4，并且不隨深度而變。一般認為黏滯固結不會使土層的靜止側壓力系數K0值大于正常固結土的K0值。

2.2 雜色黏性土（A層）的固結程度

根據前面所述，雜色黏性土是珠江口地區的標志地層，是遭受長期干燥、風化作用形成的，由于膠結形成了土層的結構強度，導致該層表現出超固結的特征，似超固結比會比較大，離散性也較大。

2.3 先期固結壓力估算

在分析珠江口相關工程的勘察資料時，選取了有代表性的鉆孔，對雜色黏性土下面的B層淤泥質土、黏性土的先期固結壓力進行了估算。根據區域資料，珠江口地區沒有大剝蝕的地質歷史，粗略認為，海退后經過長期的干燥，地下水位下降到雜色黏性土底面時，B層淤泥質土、黏性土的上覆壓力最大，其值即先期固結壓力（PC）。重新海侵后，雜色黏性土層完全飽和，并接受上部濱海相沉積，形成了現在的上部土層和有效上覆壓力（）。估算結果表明：PC≤。

2.4 淤泥質土、黏性土（B層）的固結程度

從前面估算的結果PC≤看，實際發生的先期上覆壓力可能不是導致表現出超固結特征的主要因素。

本層是Q3時期形成的地層，時代久遠，應考慮到在有效應力不變的情況下發生黏滯固結，表現出超固結特征。可以認為引起的似超固結比約為1.4，并且不隨深度而變。

在長期的地質歷史中，地下水位的變化也會導致土層表現出超固結特征，研究資料[3]表明，由于地下水位變化和黏滯固結這兩個因素共同作用產生的超固結比值多數是相同的，一般為1.25～1.8。另外盡管珠江口沒有大剝蝕的地質歷史，但是在漫長的地質歷史中剝蝕是存在的，局部地段剝蝕可能還會比較顯著，也會引起一定程度的超固結。

綜上分析，該層土表現出超固結的特征，主要應該是由于黏滯固結和地下水位變化這兩個因素共同作用產生的，其（似）超固結比應在1.4～1.8，局部可能會更大。

3 勘察成果的對比

在珠江口相關工程的勘察中，為了確定B層淤泥質土、黏性土的固結程度，采用了多種先進的勘察手段：

1）采用活塞取土器取得一級土樣進行固結試驗，以求得準確的先期固結壓力；

2）采用國際先進的CPTU探頭和設備進行現場觸探試驗；

3）采用改進工藝的十字板剪切試驗進行現場剪切試驗。

經過對以上測試資料的整理分析，B層的超固結比多數為1.4～2.2，靜止側壓力系數K0值與一般的正常固結土接近。實際測試的結果與上面的分析基本是吻合的。

4 結語

廣州南沙港地區的土層海陸交互沉積的特征比較明顯，珠海高欄港地區的土層更主要呈現濱海相沉積的特征。珠江口地區揭示的雜色黏性土層是該地區的標志性土層，是在末次冰期海退后，原來的濱海相土層經過長期的干燥、風化形成的，形成時代為Q3末期至Q4早期，該層因膠結產生結構強度而顯現超固結特征。雜色黏性土下面的灰色淤泥質土、黏性土是Q3時期沉積的濱海相土層，該層顯現超固結的特征，主要應該是由于黏滯固結和地下水位變化這兩個因素共同作用產生的，其（似）超固結比大約為 1.4～1.8。

黏性土層的固結程度對本地區的工程建設有重大影響，在相關工程的地質問題研討會上，都重點探討了這個問題。

參考文獻：

[1] 羅章仁，應秩甫.華南港灣[M].廣州：中山大學出版社，1992：12-13.

[2] 趙煥庭，張喬民.華南海岸和南海諸島地貌與環境[M].北京：科學出版社，1999：213-222.

[3] EW BRAND，RPBRENNER.軟粘土工程學[M].葉書麟，譯.北京：中國鐵道出版社，1991：158-163.