汕頭市區軟土空間分布及其工程地質特性

［關鍵詞］汕頭市；軟土；工程地質特性；空間分布

汕頭市是我國主要港口城市、中國最早開放的經濟特區、省域副中心城市，地處廣東省東部，韓江三角洲南端，境內韓江、榕江、練江三江入海，水系發育，又處于新構造運動較強烈地段，河道變遷快，軟土廣泛分布。區內軟土這類不良土體的系統研究程度不高，隨著汕潮揭都市圈建設步伐加快和汕頭市發展戰略實施，探討汕頭市軟土層的空間分布及其工程地質特征及主要工程地質問題，服務城市建設，對區內工程建設具有重要現實意義。

1. 地理概況

汕頭市位于廣東省東部沿海地帶，緊鄰香港、澳門、臺灣，瀕臨西太平洋國際黃金航道，與潮州、揭陽兩市接壤，東瀕南海。地處東經116°14'15″～117°09'18″，北緯23°02'54″～23°39'02″，目前全市轄6區1縣（金平區、龍湖區、濠江區、澄海區、潮陽區、潮南區及南澳縣），全市陸地面積2084.42 km²，海域面積約1.0×104 km²，其中領海基線以內海域面積約2570 km²，全市海岸線289 km，島岸線長167.37 km，全市大小海島82個，其中有居民海島3個（達濠島、南澳島、媽嶼島），天然良港眾多。

2. 研究區地質概況

研究區（金平區、龍湖區）區域上出露的主要地層有：三疊系（T）、侏羅系（J）、新近系（N）和第四系（Q），其中新近系和侏羅系零星出露，以第四系分布面積最廣。區內第四系沉積物分布廣泛，主要分布于榕江、大港河、西港河、梅溪河、新津河和外砂河的入海口一帶，總面積達267.75 km²，占研究區陸地面積的92.33%，一般厚度為23.3～130.7 m，全區平均約52.04 m，厚度最大達130.7 m（位于龍湖區下埔村一帶），按成因劃分為海相、陸相、海陸交互相等，以河口三角洲的海陸交互沉積為主，組成物質主要為黏土、淤泥，次為粉質黏土、粉土、砂和礫石，含豐富的微體古生物及貝殼、植物碎片等。

汕頭市市區境內出露的巖石主要有早白堊世、晚侏羅世侵入巖，少量噴出巖及巖脈。研究區處于新華夏系第二復式隆起帶的南東側，并與南嶺東西向復雜構造帶南部東段交接部位，屬濱太平洋構造域的一部分，自晚三疊世以來處于大陸邊緣活動帶階段，中生代是這個時候表現最為強烈的構造運動。區內構造以斷裂為主，其中北東向構造規模巨大，是本區的主導構造，從區域資料推測北西斷裂切割北東向斷裂。

汕頭地震災害主要分布在汕頭東部海岸線及南澳島，著名的NE向福建泉州—汕頭地震帶和南澳深斷裂帶平行汕頭海岸帶穿越南澳島，是我國地震重點監視防御區。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2015），研究區所在的地震動峰值加速度為0.2g，相應地震動反映譜特征周期為0.40 s，地震基本烈度為Ⅷ度，屬于區域構造穩定性較差的地區。

3. 軟土空間分布

軟土空間分布受沉積環境及基底地形條件控制[1]。按照中國軟土分布區域圖，汕頭屬于Ⅲ—南方地區[2]。通過區域地質資料和汕頭市中心城區城市地質調查[3]，區內軟土呈片狀大面積廣泛分布，且平面分布和厚度不均勻（圖1）。據鉆孔資料，區內軟土厚度一般為4.60～37.2 m，厚度大于30 m的主要分布在南海街道辦事處東部及新溪鎮南東部一帶（區域①），厚約30.56～37.2 m；厚度20～30 m的主要分布于汕頭灣北岸一帶及工作區北部與潮州市接壤地帶（區域②）；厚度10～20 m的在區內大面積分布（區域③））；厚度小于10 m的主要分布在市區中部，大致呈現東西走向條帶狀貫穿市區，與沙垅、沙壩相關聯（區域④））；軟土不發育區主要分布在調查區西北部（區域⑤）。

4. 軟土工程地質特性

4.1 埋藏分布特征

根據區內軟土的出露條件，按照其在垂直方向上的層數和與其他土層的組合關系，可劃分為單層結構、雙層結構和多層結構。

單層結構：主要分布于牛田洋內緣、金山塭一帶，為全新統中期海陸交互堆積的淤泥、淤泥質土、含砂淤泥，層厚3.18～23.6 m，頂板埋深4.81～20.32 m，其天然含水量40.4%～75.5%，孔隙比1.1～1.85，壓縮系數0.56～1.0 MPa^-1，標貫0.88～ 1.8擊。

雙層結構：主要分布于牛田洋外緣、珠池、下蓬一帶，上層為全新統中期、晚更新世晚期海陸交互堆積的淤泥，局部為淤泥質土、粉砂質淤泥，層厚6.44～24.34 m，頂板埋深一般在4.6～10.63 m，其天然含水量35%～82%，孔隙比1.05～2.04，壓縮系數0.65～1.9 MPa^-1，標貫0.3～2.0擊；下層多為晚更新世中期（局部為全新統中期）海陸交互堆積的淤泥、含砂淤泥、淤泥質土，層厚4.85～12.03 m，層位較穩定，厚度變化小，但頂板埋深因地而異，一般為27.2～41.3 m，天然含水量44%～47.2%，孔隙比為1.31，壓縮系數0.45～0.7 MPa^-1，標貫0.5～1.6擊。

多層結構：分布于區內大部分地段，上層為全新統中、晚期海陸交互堆積、海積的淤泥、淤泥質土、含粉砂淤泥，層厚6.86～30.14 m（以月浦一帶厚度為大），天然含水量43 % ～85.7 % ，孔隙比1.08～2.33，壓縮系數0.59～1.8 MPa^-1，標貫1.5～1.9擊；下層為全新統中期及晚更新世中期海陸交互堆積的淤泥質土、淤泥，層厚4.3～15.63 m，頂板埋深12.74～37.3 m（以汕頭市北側埋深為大），天然含水量43 %～56 %，孔隙比1.08～1.40，壓縮系數0.63～0.77 MPa^-1。

4.2 物理力學特征

汕頭市區軟土分布廣，厚度大，結構復雜[4]。根據已有勘察資料和汕頭市中心城區城市地質調查，對汕頭市區軟土層物理力學指標進行統計（表1），因資料有限和調查精度不高，所以統計所用鉆孔以中部為主。

由以上表可以看出，區內軟土厚度相差較大，呈流塑—軟塑，具有高含水量、大孔隙比、低強度、高壓縮性等不良工程地質性質，而且軟土具有低滲透性、觸變性和流變性等不良工程特點。

4.3 軟土不良工程地質問題

根據鉆孔資料和軟土物理力學特征，軟土在工程建設中表現出不良工程地質現象：

4.3.1 沉降變形

區內軟土多為全新統、晚更新世海積的淤泥、淤泥質土、粉砂質淤泥，厚度為4.60～37.2 m不等，分布不均，軟土天然含水率為35.0 %～85.7 %；液性指數1.45～3.11，平均2.06，流塑—軟塑；孔隙比1.57～2.35，平均1.96，多為淤泥質土；壓縮模量0.42～2.70 MPa，為高壓縮性土。在上部荷載的作用下，易導致地面沉降，造成建筑物的沉降變形。

在建筑物基礎設計時，建筑物基底壓力應在地基土允許的承載力之內[5]。據鉆孔資料統計，區內軟土的承載力標準值50～80 kPa，垂直方向的滲透系數在10^-5～10^-8cm/s之間，對地基土排水不利，當軟土層與粉砂、粉土互層相間時（即雙層或三層結構），其水平方向滲透系數在1×10^-4～1×10^-5cm/s之間，比垂直方向滲透系數大數百倍。由于透水性弱，含水量大且處于飽和狀態，這不但延緩其土體的固結過程，而且在加荷初期，易出現較高的孔隙水壓力，有效應力降低，導致地基土層強度降低產生沉降甚至建筑物變形開裂[6]。

4.3.2 滑移失穩

汕頭市區位于韓江、榕江下游及練江流域、濱海平原地段，為韓江三角洲平原，基底為燕山區花崗巖，其上廣泛分布第四系沉積物[7]。軟土具有明顯觸變性，靈敏度一般在3～4，有的可達8～9或者更大。土體受到擾動或震動荷載，強度將明顯降低，導致土體易沿某一滑動面產生滑移變形或基底向兩側擠出等現象。

軟土具有明顯流變性，對于基坑工程，開挖時易產生側向變形和剪切破壞，導致支護結構變形或邊坡失穩[8]。軟土除受壓固結引起流變外，即使在相當小的剪切荷載作用下，其變形可能長期發展，對斜坡、堤岸、碼頭等地基穩定性不利。

5. 軟土地基處理建議

區內軟土厚度相差較大，呈流塑—軟塑，具有高含水量、大孔隙比、低滲透性、低強度、高壓縮性等特性，軟土地基上的建筑物沉降量大，沉降穩定時間長，沉降差過大可導致建筑物開裂破壞，甚至產生地基局部以至整體的滑移破壞[1]。針對汕頭市區軟土工程特性存在易產生不良工程地質問題，提出地基處理建議：

（1）置換及拌入法。對于發育地表淺部且厚度較小的地段可采用以砂石、素土、灰土和礦渣等強度較高的材料置換軟土地基中部分軟土，或摻入水泥、石灰或砂漿等，與周邊土層形成復合地基，從而提高地基的承載力。

（2）樁基法。在深厚的軟土地基上，當建筑物的荷載較大，或對地基變形和穩定性要求較高，而采用其他處理措施不能滿足要求時，宜采用樁基方案[9]。樁基具有承載力高、沉降量小且沉降較均勻的優點，廣泛應用于軟土地區。

（3）預壓法。采用預定荷載加壓，使之固結，一般在地基中打入砂井及塑料排水板對軟土進行堆載預壓，加速排水固結，提高淤泥和淤泥質土的強度，滿足工程負載要求。砂井和塑料排水板具有施工速度快、造價較低的優點，在工期充足的軟基，采用砂井和塑料排水板處理，對改良軟土物理力學性質和控制沉降效果明顯[4]。

6. 結論

（1）汕頭市區（金平區、龍湖區）軟土具有典型的軟土特征：含水量大、孔隙比大、滲透性低、承載力低、黏聚力小、抗剪性能差、靈敏度高、壓縮性高、標貫小于5擊的物理力學性質。

（2）由于汕頭地區多次的海退海進，沉積環境較為復雜，有海陸交互堆積、陸相沉積和海相沉積，從而造成區內軟土廣泛分布，厚度4.60～37.2 m不等，埋藏深度0.7 ～52.2 m，結構復雜，出露形式多樣，出露結構有單層結構、雙層結構和多層結構，自南向北由單層變雙層至三層結構。

（3）區內軟土大面積存在，在上部附加應力的作用下，導致長時間累計的地面沉降，及地基不均勻沉降等工程地質問題，置換和拌入、樁基法、預壓法是處理區內軟土不良工程地質問題的有效手段，建議加大這方面的研究及推廣力度。