填海區地下水的抗浮水位和腐蝕性的探討
——以深圳前海填海區為例

易宙子*，高偉，王軍

(深圳市建設綜合勘察設計院有限公司，廣東 深圳 518108)

1 研究區域概況

深圳前海填海區所處緯度較低，屬亞熱帶海洋性氣候。由于深受季風的影響，夏季盛行偏東南風，時有季風低壓、熱帶氣旋光顧，高溫多雨；其余季節盛行東北季風，天氣較為干燥，氣候溫和，年平均氣溫22.4℃。雨量充足，每年4月～9月為雨季，年降雨量 1 933.3 mm。日照時間長，常年主導風向為東南偏東風，平均每年受熱帶氣旋(臺風)影響4次～5次。

前海深港現代服務業合作區位于深圳南山半島西部，伶仃洋東側，珠江口東岸，占地范圍面積約 14.92 km2。片區經多年的填海造陸逐步形成，規劃為將來中國的“曼哈頓”，目前正處于高強度的開發建設之中，預計2020年全面建成。

前海片區為人工填海形成，原始地貌為海沖積平原及濱海灘涂，原始標高約 -2.32 m～-0.10 m，后經填、挖、整平等人工改造，形成現狀低緩起伏的地形地貌，地面標高為 5.16 m～12.14 m。大面積的填海造地后，地面高程變化較大，地下水位發生了較大變化，尤其是淺層地下水上升較多。

2 地下水的監測

2.1 研究區域的地下水類型

根據監測井成孔鉆探情況揭示，主要地層有人工填土(石)層(厚度 6 m～12 m)，海積淤泥層(厚度 5 m～10 m)，其下地層有第四系全新統沖洪積黏土、粗砂層，第四系晚更新統沖洪積粉質黏土、粗砂、礫砂層，第四系中更新統殘積砂質黏土層，基巖為加里東期混合花崗巖。按地下水的空間分布，片區地下水類型主要有分布在填土(石)層的孔隙水、分布在砂層的孔隙水和基巖內裂隙水三種。

2.2 研究區域水文地質條件特點

片區內水文地質環境有以下特點：人工填土(石)成分復雜，空間分布不均，造成該片區地下水位在小范圍內變化較大；人工填土(石)孔隙率較大，使得該片區地下水位受降雨的影響十分明顯；片區內有多條河道，地下水與海水有一定的水力聯系，水位、水質等受海水影響明顯；另外，由于前海合作區大規模建設，地下空間開發、地下工程建設，特別是軌道交通和市政地下道路建設對地下水水文地質條件改變較大，深大基坑開挖對周邊水文環境也有較大的影響。

2.3 地下水位動態監測網布置

根據前述本片區地下水和地質環境特征特點，地下水動態觀測點的布設以水文地質單元為單位，建立動態監測網，了解各含水層之間、地表水與地下水之間的關系，確定最高水位，為進行地下水水位、水質評價提供依據。

多含水層分層觀測，每平方公里布置1組觀測井，每組3口井，其中1個為填土(石)層的孔隙水觀測井，1個為第四系砂層孔隙水觀測井，1個為基巖裂隙水觀測井。地下水動態觀測項目包括水位、水溫、水質等。如圖1所示，三個觀測井間距 1 m左右，井深根據地質條件，采用相應井深和止水措施，隔離其他含水層，以便監測成果能獨立分析，判定三個含水層之間的水力關系。監測井的井口高出地面 50 cm以內，以防止地表水直接進入井內，影響地下水位和水質。

圖1 建成的觀測井

2.4 監測內容和周期

水位：第一個水文年，每十日觀測一次。經過一年以后，基本掌握了水位動態變化規律，并在水位變化不大(變幅小于 10 cm)的情況下，延長至每月觀測一次。一般每次暴雨后增加監測、取樣。

水質監測：每月取水一次，進行水質簡分析，水質異常時，加密采取水質分析樣，查找原因。

水溫：監測水位時，同步量測自由水面下兩米處的水溫。

圖2 研究區域地下水位動態監測網布置圖

3 觀測成果分析

如圖2所示，地下水監測網設立后，自2015年8月開始至2017年底，展開連續觀測，經對水位、水溫和水質等數據進行分析，發現填土(石)層孔隙水、砂層孔隙水和基巖裂隙水該三層水有明顯區別。

3.1 水位特征

從水位埋深上看，同一觀測點，各層水位各不相同，整體上表現出如下規律：填土(石)層孔隙水位埋藏最淺，基巖裂隙水位埋深最大，砂層水位居中。三層地下水常年穩定存在，填土(石)層孔隙水位的變化幅度最大，受降水影響明顯，距離海邊和區內河渠較近時，同時受潮水影響。如第15號觀測井，各層水位標高如圖3所示：

圖3 某觀測點水位-時間曲線

3.2 水溫特征

各含水層的水溫，同樣也表現出一定規律：如圖4所示整體上，填土(石)層水溫最高，其次是砂層水溫，基巖裂隙水溫最低。監測成果能夠旁證三層地下水的存在，且存在水溫差異。

3.3 水質特征

某觀測點氯離子含量表 表1

而同一層地下水，氯離子又出現明顯的隨季節、降雨的周期性變化現象，豐水期時(10月～次年3月)Cl-含量減小，枯水期(4月～9月)時Cl-含量增大，即雨季淡化，旱季咸化的趨勢。

4 抗浮設防水位和腐蝕性探討

4.1 地下水特征成果總結

根據前述監測的地下水特征成果綜合分析，場區地下水主要存在三層，即填土(石)層孔隙水、砂層孔隙水和基巖裂隙水三層。填土(石)層內的孔隙水水位最淺，變化幅度大，氯離子含量高，水位和氯離子含量均隨大氣降雨同步周期變化，而下部的砂層孔隙水和基巖裂隙水水位變化幅度較小，埋深大，氯離子的含量顯著小于淺層填土(石)層內的孔隙水。

4.2 淺層孔隙水的類型和對工程的影響

深圳前海地處中國東南沿海亞熱帶季風性氣候區，降雨量大于蒸發量。濱海地帶經過大面積填海后，地面高程大幅提高，在填土(石)層中形成新的孔隙潛水面。根據近兩年的觀測數據可知，淺層地下水賦存于填土(石)中，在場地內常年穩定存在，具有自由水面，具備潛水特征，故其類型應為孔隙潛水。

該層地下水主要靠大氣降水補給，與周邊河流、海水有一定的水力聯系，其水位在三層地下水中標高最高，且高于填海之前海水最高潮位，該層地下水的氯離子含量與降雨有周期性同步變化，且含量最高，故抗浮設防水位和腐蝕性判定都應主要考慮該層地下水對工程的影響。

4.3 地下水抗浮設防水位建議

根據高層建筑巖土工程勘察標準(JGJ/T72-2017)8.6.2條，當有地下水長期水位觀測資料時，抗浮設防水位應根據實測最高水位及地下室使用期間的水位變化，按當地經驗修正后確定。本區域場地抗浮設防，應主要考慮淺層地下水水位對工程建設的影響。

本研究項目監測區域，填海后地形北高南低，監測水位成果顯示大面積填海后，在填土(石)內形成了新的潛水水位，如圖5所示，潛水水位抬升，抬升高度與填土后地面高程密切相關，水位與季節性降雨情況密切相關，呈周期性變化。根據監測水位成果和地形將研究片區分成三個區域，參考監測周期內的最高水位，分別建議抗浮設防水位。其中，桂廟渠以北區域，抗浮設防水位標高約 6.0 m～7.0 m，桂廟渠以南-鏟灣渠以北區域抗浮水位標高約 5.0 m～6.0 m，鏟灣渠以南區域抗浮水位標高約 3.0 m～4.0 m。

圖5 填土(石)層潛水位等高線圖(2016.3)

4.4 地下水的腐蝕性評價

填土(石)層地下水水腐蝕性也有隨季節、降雨情況變化的情況，根據監測數據，氯離子的含量變化幅度在 163.0 mg/L～3151.8 mg/L之間，單個觀測井所取地下水的氯離子出現明顯的隨季節、降雨周期性同步變化現象，如圖6所示，豐水期時(4月～9月)Cl-含量減小，枯水期(10月～次年3月)時Cl-含量增大。

依據該氯離子含量指標，按現行的巖土工程勘察規范(GB50021-2001)判定：豐水期時，場地填土(石)層的地下水對鋼筋混凝土結構中鋼筋具微～弱腐蝕性為主，枯水期時，地下水對鋼筋混凝土結構中鋼筋具弱～中等腐蝕性為主，局部靠海或者靠近地表河流地段為中等～強腐蝕性。

圖6某觀測點氯離子含量-時間曲線

而建設項目的勘察工作一般周期較短，未進行長期的水質監測，采用某一時間點采取的地下水進行水質分析和腐蝕性判定，容易造成對地下水腐蝕性認識的片面和局限。填海區工程建設，在地下工程抗腐蝕性設防時，應充分考慮地下水腐蝕性有弱～強的周期性變化，充分認識最不利情況，采取更為穩妥的防腐蝕設計措施。

5 結 語

大面積填海工程，在填土(石)內形成了新的潛水水位，且常年穩定存在，具有自由水面。填土(石)內水位高度與填土后地面高程密切相關，且高于填海之前海水最高潮位。項目通過對填海區域地下水兩年多的觀測，初步掌握了片區內地下水動態變化規律，在多層地下水中，填土(石)內地下水水位最高，氯離子含量最高，與降雨有周期性同步變化，與周邊河流、海水有一定的水力聯系，主要靠大氣降水補給。抗浮設防水位和腐蝕性判定都應主要考慮淺層地下水對工程的影響，尤其是地下工程抗腐蝕性設防時，應充分考慮地下水腐蝕性有弱～強的周期性變化，充分認識最不利情況，采取穩妥的防腐蝕設計措施。