深圳寶安填海區地面沉降特征探討

盧薇艷、黃于新

（深圳市地質局，深圳 518023）

深圳寶安填海區地面沉降特征探討

盧薇艷、黃于新

（深圳市地質局，深圳 518023）

深圳市寶安中心區為大規模填海形成，發生了多處地面沉降。通過野外地質調查和收集大量資料，在填海區建立地面沉降監測點，查明了填海范圍的地質環境特征，分析了填海區地面沉降的機理和特征。產生沉降的主要因素有兩個：一是土層在建筑物等外部荷載作用下產生的固結沉降，主要發生在建筑物施工期間及使用期間，作用時間相對較長；二是由于基坑降水引起附加沉降，這部分沉降主要發生在基坑開挖期間，作用的時間相對較短，一般隨著基坑的回填及地下水位的恢復，沉降便基本完成。通過數學方法研究了軟土的欠固結、固結和次固結沉降，其中次固結沉降為填海區軟土固結過程中貢獻最大。抽取地下水和大規模密集高層建筑群也是產生地面沉降的影響因素之一，但影響范圍有限。

寶安中心區；填海；地面沉降；次固結；特征

0 前言

地面沉降是一種可由多種因素引起的地面標高緩慢降低的環境地質現象，人類活動和地質作用是造成地面沉降的主要原因，其中過量抽取地下水是最主要的原因（薛禹群等，2003；殷躍平等，2005）。而寶安中心區近年來未抽取地下水作為生活或工業用水，其地面沉降的主要原因和機理有待查明。

寶安中心區位于深圳市西北部，珠江口東岸，地處珠三角核心，是深港穗黃金經濟走廊的重要節點。2010年3—4月，中心區多個樓盤發生地面沉降，未造成人員傷亡，但部分樓盤的地下管網因沉降損壞，接連發生爆水管事件，引起了各方對地面沉降原因和未來發展的廣泛關注。經過調查和研究表明，寶安中心區產生地面沉降的原因主要是填土及軟土未完成自重固結，且主要發生于地坪、道路及綠化回填區，且沉降有進一步發展的趨勢。

1 地質環境條件

1.1 地理位置及地貌特征

研究區位于寶安中心區東南部，東北臨寶安大道，西北至碧海灣公園，東南隔湖濱西路與南山區相鄰，西南面海，總面積15.58km2。

地貌類型主要為海積平原，西北部碧海灣公園為低丘陵和臺地，總體地勢為西北高，東南低。平原區地形平坦，地面坡度小于5°，地面標高一般在3～15m，最高點為82.7m。

1.2 區域地質條件

根據區域地質資料及鉆孔數據，研究區主要地層為第四系晚更新統禮樂組和全新統桂洲組地層組成。禮樂組（Qpl）不整合于基巖風化殼之上，由砂礫、砂、黏土為主，自下而上劃分為石排段、西南鎮段和三角層段。桂洲組（Qhg）地層平行不整合覆于禮樂組或覆于基巖風化殼之上，富含腐殖質和淤泥、粉砂、細砂、砂礫等，自下而上劃分為杏壇段、橫欄段、萬頃沙段和燈籠沙段。研究區內燈籠沙段缺失。

研究區內侵入巖主要是早奧陶世花崗巖（O1ηγ），只在西北部海灣公園附近小部分出露。巖性主要為片麻狀細粒斑狀（含斑）黑云母二長花崗巖，巖石新鮮呈淺灰白色，局部深灰色，風化呈褐黃色，通常具細粒花崗結構，或他形—半自形粒狀結構，或變余花崗結構，部分似斑狀結構，片麻或弱片麻狀構造。

區域地質構造以斷裂為主，主要斷裂體系有北東向的壓扭性構造、近東西向壓性構造和北西向扭性構造。主要斷層有蛇口斷裂、大鏟島斷裂、媽灣斷裂等。根據實地調查，研究區內碧灣路附近有一北西向斷裂。

1.3 工程地質條件

據鉆探資料，將研究區內的土體按成因類型分為人工填土層、海陸交互沉積層、海積層、海積—沉積層、沖洪積層、湖沼沉積層和殘積層；巖體為奧陶世花崗巖，根據風化程度又分為全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖和微風化花崗巖。

由于研究區主要地面沉降發生在土體中，對土體的工程地質特征進行重點研究。區內沉積層厚度從北向南遞增，巖性以河谷交互相和海陸交互相沉積為主，沉積物則主要為黏性土、淤泥類土及砂土等。土的分類按顆粒級配和塑性指數進行分類，可分為碎石土、砂土和黏性土。

1.4 水文地質條件

根據地下水賦存介質特征，將研究區的地下水類型分為松散類孔隙水和基巖類裂隙水兩種，基巖類裂隙水又根據其成因類型確定為塊狀基巖裂隙水。松散巖類孔隙水在研究區內大面積分布，含水層多為河流沖洪積、海積的細砂、粗砂及礫石層等，含水層分布較零星、分散，富水程度為貧乏至中等。基巖類裂隙水主要分布于西北部的早奧陶世花崗巖中，水量貧乏。

研究區的主要補給來源為大氣降雨入滲補給和地表河流入滲補給，排泄方式為河流排泄、地下潛流和蒸發蒸騰。受地形條件控制，地下水在空間上的運移特征是由北向南運動，徑流條件一般，徑流速度緩慢。

1.5 環境地質條件

研究區的主要環境地質問題有區域穩定性問題、地面沉降問題、地下水環境問題和海洋地質災害問題等，本次研究主要針對地面沉降問題。

由于寶安中心區大規模的開發建設，研究區地質體的結構及其物理力學性質和工程地質性質發生了大幅度改變，加之上部荷載作用的影響，人工填土及下伏軟土在自重或荷載作用下發生了不同程度的固結沉降。此外，由于建（構）筑物基礎類型、荷載大小及軟弱地質體組合等多種因素都存在差異，區內多個區域出現了差異性沉降（楊順安等，1997）。

2 地面沉降機理及特征

為充分開發利用土地資源，自1994年開始，寶安區政府先后投入了約40億元人民幣進行中心區填海造陸工程（于海波等，2009）。寶安中心區90%的面積屬于填海區域，除行政中心、寶安體育中心和各市政道路、公共用地外，其他地區均未進行系統的軟基處理。因此，寶安中心區填海區地面沉降主要是未經處理的軟基在荷載作用下的不均勻沉降。

研究區原始地貌為珠江口外濱海潮間帶，地勢平坦，后經人工圍海，建成大小不等的連片魚塘，近有泥砂填入，表層無天然硬殼，經吹沙填海抽來的泥砂顆粒細小并呈懸浮狀，含水量高達105%；其下為第四系海相淤泥層，下部為第四系沖洪積粘土層及粗礫砂，主要物理力學指標見表1。

2.1 軟土的欠固結、固結與次固結沉降

研究區軟土厚度不均，從內陸向沿海逐漸增厚，局部較厚，最大厚度大于12m，大多厚度在5～8m之間。次固結沉降實際上在主固結過程一開始就發生了，只不過數值相對很小而已。但超靜孔隙水壓力消散得差不多以后，主固結沉降增量就很小了，而次固結沉降愈來愈顯著，逐漸上升成為主要的（鄭先昌等，2003）。

珠三角地區地層中有些較厚的淤泥層，淤泥的含水量大，可壓縮性高，次固結作用是比較明顯的。由于建筑物密度增大，土層所承受的有效應力也增大。在較大的有效應力下，淤泥層就有可能發生較大的次固結沉降。剩余沉降等于軟土層未完成的主固結沉降與次固結沉降之和：

式中：Sc為淤泥土層的總沉降量，Sα為次固結沉降量。

統計室內試驗結果，淤泥層先期固結壓應力pc一般小于其自重壓應力，絕大多數淤泥層表現為欠固結特性，超固結比OCR=0.45～0.85。

淤泥的平均厚度取6.5m，超固結比OCR=0.65，孔隙比e1=2.24，壓縮指數Cc=0.669，淤泥層中部的自重有效應力，由于欠固結產生的沉降約為：

次固結效應也可能是造成該地區地面沉降過大的重要原因。如果在工程建設中趕搶工期，在修建上部建構筑物時地基土層主固結尚未完成時，則地面工后沉降將會更為嚴重。

在堆載（超載）預壓排水固結法處理的欠固結淤泥和未進行塑料排水板預壓法處理的欠固結淤泥兩種情形下進行計算，填海區填土施工完工后，t=1.5、5年的固結度 分別25.4%、38.5%，完成的沉降量分別為6.37、9.66cm，剩余沉降量分別為18.73cm、15.44cm。

表1 各土層的物理力學指標Tab.1 Physical and mechanical indexes of soil layers

次固結沉降量主要取決于土的次固結系數(Cα)。研究表明，Cα與下列因素有關：土的種類，塑性指數越大，Cα越大，尤其是對有機土而言；含水率w越大，Cα越大；溫度越高，Cα越大。正常固結黏土的Cα一半在0.005～0.02之間；高塑形黏土、有機土的Cα一般大于0.03；超固結黏土（OCR＞2）的Cα一般小于0.001。

填海區填土施工完成后，t =1.5、5年的固結度分別25.4%、38.5%，完成的沉降量分別為22.7、34.4cm。經計算Sc=0.89m，次固結沉降量Sα=5% Sc≈4.5cm。t =1.5、5年后的剩余沉降量分別為71.2cm和59.5cm。

完成的沉降量和剩余沉降量不但出入較大，而且超出近4倍，說明次固結沉降在填海區軟土固結過程中具有較大的貢獻。

2.2 抽取地下水導致的地面沉降

盡管深圳地區從未抽取地下水作為生活或工業用水，但工程性降水仍然存在，降水必然會引起臨近場地的地下水呈漏斗狀下降，導致地面沉降，只不過這種沉降范圍及其影響程度是局部的、次要的。

2.3 建筑物群引起的地面沉降

地基處理沉降計算中，一般只考慮淤泥等軟土的沉降，不計算下臥層的沉降。但是大面積填土引起下臥層的沉降，大規模的密集高層建筑物群引起軟土層和下臥層的沉降是必然的，從而引起地面沉降（介玉新等，2003）。主要有筏板基礎及箱型基礎的附加應力引起的地面沉降和樁基礎在淤泥層及其下臥層中產生的附加應力引起的地面沉降。此類沉降屬于工后沉降，危險性較大（鄭永來等，2005）。

3 結論

（1）深圳市寶安中心區屬于海積平原，經大規模填海造陸活動形成了現有地形地貌。地層主要為第四系禮樂組和桂洲組，巖體為早奧陶世花崗巖。填土層中還有較厚的淤泥層、粘土等軟土地層。產生沉降的主要因素有兩個：一是土層在建筑物等外部荷載作用下產生的固結沉降，這部分沉降主要發生在建筑物施工期間及使用期間，作用時間相對較長；二是由于基坑降水引起附加沉降，這部分沉降主要發生在基坑開挖期間，作用的時間相對較短，一般隨著基坑的回填及地下水位的恢復，沉降便基本完成，但這部分沉降對周邊管線及環境也可能造成比較大的危害。

（2）寶安中心區填海區地面沉降的機理和特征主要為三種情形，分別為欠固結、主固結和次固結沉降，抽取地下水和大規模的密集高層建筑群引起的沉降，其中軟土的次固結沉降為主要沉降原因。

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Characteristics of Land Subsidence in Reclamation Area of Baoan Central District of Shenzhen

LU Weiyan, HUANG Yuxin

(Geological Bureau of Shenzhen, Shenzhen 518023)

Baoan District Center of Shenzhen city is formed by large-scale reclamation, where multiple ground subsidence occurred. Through field geological investigation and collection of data, geological environment characteristics of the central area of Baoan reclamation area were identifed, and the characteristics and mechanism of land subsidence reclamation in Baoan District are analyzed to provide reliable technical support for further precaution the ground subsidence and ground treatment work. We established the ground subsidence monitoring points in the reclamation area, and found out the reclamation mechanism and characteristics of the main factors causing ground subsidence: the first factor is the soil consolidation settlement of the buildings under external loading during the construction of buildings for a relatively long time period; the other factor is due to the additional settlement caused by foundation pit dewatering during the excavation, the settlement time is relatively short, and the settlement w ill basically completed w ith the backfill and the groundwater level of the recovery. By a mathematical method, we divided the settlement methods into lack-consolidation settlement, consolidation settlement and secondary-consolidation settlement. Of them the secondary-consolidation settlement is the major settlement method for soft soil in the reclamation area. In addition, the extraction of groundwater and construction of the large-scale high buildings are other factors for land subsidence, but the effect is lim ited.

Baoan Central District; Reclamation; Land subsidence; Secondary-consolidation; Characteristics

A

1007-1903（2017）02-0046-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.02.009

廣東省深圳市地質局地質工程院士工作站項目支撐

盧薇艷（1982- ），女，碩士，工程師，主要從事地質環境、地質災害研究。E-mail：81951416@qq.com