珠海鳳凰山東南角花崗巖孤石空間分布特征及其對步道工程的影響

江金進， 劉 佳， 江 山， 趙風順， 江 寧， 賴 波

(1.廣東省珠海工程勘察院，廣東 珠海 519000； 2.廣東省地質局 第一地質大隊，廣東 珠海 519000)

花崗巖孤石是花崗巖地區普遍發育的球狀風化體，又稱石蛋。花崗巖孤石可分為兩種，一種是裸露于地表或局部埋入殘坡積土層中的地表孤石，另一種是埋藏于全—強風化花崗巖中的地下孤石。目前國內學者對花崗巖孤石分布特征的研究主要集中在廣州、深圳、廈門等花崗巖發育地區[1-6]，對珠海地區的研究較少。近年來，部分學者開始關注珠海地區花崗巖孤石分布特征的研究，如江貴榮等[7]對珠海某地區孤石的調查研究;楊光[8]對珠海海島孤石特征的研究;江山等[9]對珠海某隧道工程周邊地表孤石分布特征的研究。但以上學者的研究只停留在地表孤石分布特征，關于珠海地區地下孤石分布特征的相關研究目前仍鮮有報道。

由于花崗巖孤石分布具有離散性、埋藏邊界不確定性等特點，在花崗巖孤石發育區進行工程建設，會對工程進度、質量和安全產生較大影響[3-4，10]。近年來，珠海市大力發展城市休閑廊道，規劃有鳳凰山漫步道、板障山漫步道、橫琴山漫步道等8條環山漫步道，但由于規劃步道所處自然山體花崗巖孤石較發育，隨著各步道的開工建設，步道沿線花崗巖孤石嚴重影響步道工程建設進度、質量和安全的問題將十分突出，準確探明步道沿線花崗巖孤石的地表和地下空間分布規律，分析其對步道工程的影響，提出相應的防治措施，對于保障步道工程建設具有重要意義。

1 研究區及工程概況

研究區位于珠海市香洲區鳳凰山山脈東南角，原始地貌為低山丘陵地貌，植被茂密，地形起伏較大，海拔高度介于2.3～201.1 m，溝谷較發育，自然坡度一般為10°～45°，局部>45°。區內淺表層地層為第四系殘坡積土層，厚約0.4～5.3 m，其下為花崗巖各風化層，巖性主要為晚侏羅世中粒斑狀黑云母二長花崗巖、早白堊世細粒和細粒含斑(斑狀)黑云母二長花崗巖[11-12]。

鳳凰山山地步道總體呈東西走向，總長度約10 km。步道工程主要以空中棧橋為主，采用獨柱墩鋼板梁結構，基礎根據現場實際情況采用人工挖孔樁基礎或巖石錨桿基礎。根據山地步道沿線環境資源特色、地質環境條件等因素，以大境山公園和梅華東路為界，將其劃分為西段、東段和雞公山段(表1)。

2 花崗巖孤石空間分布特征

2.1 地表分布特征

研究區地表孤石賦存形態各異，有兩個或多個孤石疊加在一起的疊加型孤石，有完全裸露于殘坡積土層或巖體上的孤石，有局部或大部分埋入殘坡積土層的孤石，這與廣州、深圳和廈門等地區孤石賦存形態基本一致[13]。區內地表孤石分布形式多樣，有單個零星分布的孤石，有沿溝間山谷呈線狀分布的孤石群，有呈大面積“亂石崗”分布的孤石群，看似雜亂無章，毫無規律，實則有一定規律性，如東段孤石明顯多于西段，山腰處孤石多于坡腳和坡頂，迎風坡孤石多于背風坡等。

表1 各分段基本特征一覽表Table 1 List of basic characteristics of each section

(1) 東段地表孤石明顯多于西段和雞公山段。根據地面孤石調查，結合遙感影像綜合分析，在地表共發現1 643個孤石(圖1)，其中西段659個，占總數的40.11%；東段907個，占總數的55.20%；雞公山段77個，占總數的4.69%。由上可知，東段孤石明顯多于西段，表明自西向東花崗巖風化程度有增強的趨勢。

(2) 地表孤石集中分布在山腰處，山腳處孤石略多于山頂。區內地表孤石分布在9.69～192.94 m高程，總體呈正態分布，其中東、西段孤石集中分布在40～140 m，雞公山段孤石集中分布在20～40 m(圖2)。統計結果顯示，0～40 m分布有孤石206個，占總數的12.54%；40～140 m分布有孤石1 381個，占總數的84.05%；140～200 m分布有孤石56個，占總數的3.41%。由上可知，地表孤石集中分布在40～140 m(山腰處)，山腳處孤石略多于山頂，這間接反映了區內花崗巖風化、侵蝕、搬運和堆積的結果。

圖1 花崗巖孤石分布圖Fig.1 Distribution map of granite boulders

圖2 地表孤石高程統計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，穩定性較差。統計結果表明，0°～15°平緩坡上分布有孤石146個，占總數的8.89%；15°～25°斜坡上分布有孤石386個，占總數的23.49%；25°～35°陡坡上分布有孤石686個，占總數的41.75%；35°～45°急坡上分布有孤石327個，占總數的19.90%；≥45°險坡上分布有孤石98個，占總數的5.96%(圖3)。區內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開挖導致基底裸露，在施工機械震動、暴雨等不利因素影響下容易發生孤石崩塌地質災害，威脅步道及行人安全。

(4) 地表孤石所在坡向與風向關系密切。區內地表孤石所在坡向主要為東南、東、南和東北，各分段略有差異，其中西段孤石所在坡向主要為東，次為東北、東南；東段孤石所在坡向主要為東南，次為南和東；雞公山段孤石所在坡向主要為西南和東北(表2)。通過與區內累年最多風向(圖1)對比，發現迎風坡上分布的孤石明顯多于背風坡，山間溝谷處孤石特別發育，具有線性分布特征。

2.2 地下分布特征

(1) 地下孤石主要以單個零星分布為主，少數呈珠串狀分布。收集區內382個鉆孔資料，其中71個鉆孔揭露有孤石，孤石揭露率為18.59%。各分段孤石揭露率略有不同，東、西段相差無幾，約18.00%，雞公山段略高，為24.00%(表3)。對單孔揭露孤石數進行統計，結果表明71個鉆孔共揭露孤石87個，其中單孔最多揭露3個孤石；單孔揭露1個孤石的最多，有58個鉆孔，占總數的81.69%；單孔揭露2個孤石的次之，有10個鉆孔，占總數的14.08%；單孔揭露3個孤石的最少，有3個鉆孔，占總數的4.23%。由上可知，區內地下孤石分布以單個零星分布為主，少數呈珠串狀分布，這與其它地區略有差別，廣州、深圳等地區鉆孔揭露孤石發育層數最多可達6～7層[1-2]，但區內孤石發育層數最多為3層。

表2 地表孤石所在坡向統計表(單位：個)Table 2 Aspect statistics of surface boulders

表3 地下孤石發育程度統計表Table 3 Statistical table of the degree of underground boulders development

(2) 地下孤石主要分布在強風化層中。由于區內殘坡積土層厚度較薄，孤石大部分以露頭形式出露地表，極少埋藏于地下。據統計，鉆孔揭露的87個地下孤石主要分布在強風化層和全風化層中，其中分布在強風化層的孤石有84個，占總數的96.55%；分布在全風化層的孤石有3個，均在東段，占總數的3.45%。在強風化層中，孤石分布的部位也不盡相同，其中分布在地層上部的有26個，中部的有35個，下部的有23個，無明顯規律性。

(3) 地下孤石埋藏較淺，主要集中分布在淺層。對87個揭露孤石進行埋深統計(圖4)，結果表明地下孤石主要分布在地下0～10 m，共有70個，占總數的80.46%；在地下10～30 m，西段孤石數略大于東段、雞公山段，共有15個，占總數的17.24%，這與西段有斷裂通過有關，在斷裂附近，花崗巖深層節理裂縫發育，更有利于深層花崗巖風化。

(4) 地下孤石厚度不一，與地下埋深有一定關系。區內鉆孔揭露孤石厚度從0.3～3.7 m不等，其中孤石厚度<2 m的有65個，占總數的74.71%；孤石厚度>2 m的有22個，占總數的25.29%(圖5)。各分段孤石厚度略有差異，西段孤石厚度較東段和雞公山段略厚，孤石厚度主要介于0～3 m，以1～2 m厚度居多；東段孤石厚度主要介于0～2 m，1～2 m厚度略多；雞公山段孤石厚度主要介于1～2 m。此外，對地下孤石厚度與孤石埋深進行相關性分析，發現地下孤石厚度與孤石埋深呈不同程度正線性相關，特別是對2個以上呈珠串狀分布的孤石，隨著孤石埋深的加大，孤石厚度越大，二者呈高度正線性相關(圖6)。

圖5 地下孤石厚度統計Fig.5 Thickness statistics of underground boulders

3 孤石空間分布對步道工程的影響

3.1 地表孤石分布對步道工程的影響

(1) 區內花崗巖孤石(群)在山腰、迎風坡、山谷等集中分布，規劃的步道工程部分線路需要穿越大面積孤石(群)，導致步道工程施工成本、施工進度和施工風險等都顯著增加。

(2) 區內花崗巖孤石與中—微風化花崗巖類似，其質地堅硬致密、強度高，且無或少裂縫，因此，在孤石(群)分布區進行臨時便道施工或樁位開挖，施工難度將增大，施工成本將增加。

圖6 地下孤石埋深與孤石厚度關系圖Fig.6 Relationship between buried depth and thickness of underground boulders

(3) 區內地表孤石(群)大部分處于平衡狀態，暫時不會沿山體滾落，但在施工機械震動、人工削坡或暴雨等多種因素影響下，分布在急陡坡上的不穩定孤石(群)可能發生滾落，嚴重威脅坡下施工人員和步道工程的安全，特別是對孤石(群)下方的樁位影響較大。此外，由于東段部分線路坡腳為居民集中區，步道施工導致坡面不穩定孤石滾落，會嚴重威脅坡腳建(構)筑物和居民。

3.2 地下孤石分布對步道工程的影響

區內地下孤石隱伏性較好，但由于花崗巖孤石在成樁渣樣上與基巖類似，且區內基巖面起伏較大，樁基施工時容易發生誤判將孤石作為樁端持力層，對樁基礎質量影響較大。若成樁地層中花崗巖孤石數量較多或粒徑較大，不僅會增加單樁成樁成本，還會影響工期。

4 防治措施

(1) 在項目可研階段，應提前開展步道沿線孤石調查專項工作，避免將線路布置在山腰、急陡坡、迎風坡、山谷等地表孤石較發育地段。

(2) 由于山地步道為景觀工程，應盡量減少對自然景觀的破壞，對區內可能威脅步道安全或由于步道施工導致孤石失穩威脅坡腳建(構)筑物的地表孤石，建議以就地加固為主，輔以地表巡查、專業技術監測、機械破碎或靜態爆破等防治措施。

(3) 對地下孤石，應在施工勘察階段探明各樁位孤石情況。根據統計分析，地下孤石一般埋藏在淺層的全—強風化花崗巖中，厚度<4 m，因此，勘察鉆孔應進入設計樁端以下不少于3倍樁徑且≥5 m。

5 結論

(1) 區內地表孤石較發育，其分布特征間接反映了花崗巖風化、侵蝕、搬運和堆積的結果，具有一定規律性。其主要集中分布在山腰急陡坡上，且東段地表孤石數明顯多于西段和雞公山段；迎風坡上孤石明顯多于背風坡，且山間溝谷處孤石發育，具有線性分布特征。

(2) 地下孤石主要以單個零星分布在全—強風化層中，且埋藏較淺(<10 m)。地下孤石厚度不一，大部分<2 m，孤石厚度與地下埋深關系密切。

(3) 在花崗巖孤石分布區進行步道工程施工，應重視線路沿線花崗巖孤石分布情況，提前采取合適的防治措施，避免因花崗巖孤石問題處理不當，影響步道工程建設進度、質量和安全。

文中提出的花崗巖孤石空間分布特征目前僅適用于鳳凰山地區，具有一定的局限性；對于上述花崗巖孤石分布特征能否直接應用于珠海其它地區類似工程，需要在后續步道工程建設中進一步印證，補充完善。