福州闽江南北港岩土体特征及地基条件对比分析

李立生

(福建省地质测绘院，福州，350011)

根据福州市发展规划*福州市城市总体规划(2011-2020),2011。*福州市“两江四岸”概念规划设计。，闽江南、北港及沿岸地区已成为福州市当今和未来发展建设的黄金地带。由于闽江南、北港及沿岸地区工程水文条件复杂，地层结构多变，给地铁、桥梁等城市基础工程建设带来较大影响。充分研究该区域以往地质资料*福建省地质调查研究院，1∶5万闽侯县幅、南屿镇幅区域地质调查报告，2010。*福建省地质调查研究院，福建省福州市城市环境地质调查评价报告，2009。*福建省第二水文地质工程地质队，福建省福州市福州盆地工程地质图说明书，1984。收稿日期：2015-04-22作者简介：李立生(1966-)，男，助理工程师，水文地质工程地质专业。，总结两港岩土体结构特征及地基条件变化规律，对基础工程施工建设具有重要意义。

1 河道形态及洪流分流特征

闽江自西北向东南流入福州境内，受南台岛阻隔，自淮安处分流为南北两港，在马尾汇流后向东北流入大海(图1)。北港全长32 km，较狭窄，宽300～500 m，局部不足200 m，水流较急。南港全长27.5 km，宽300～4 000 m，岸线呈缓坡形态，水流较缓，港道中发育江心滩。

枯水期南、北两港的分流比为3∶7，即北港流量占总流量的70%以上，洪水期刚好相反[1]。近年来，随着人工采砂、沿河堤岸构筑物建设等人工活动，北港分流比逐渐增大，加剧了河床冲刷，直接影响了河道形态发育。

南、北两港洪流分流的差异，对两港形态的形成及河床地基的冲刷影响很大。形态上，闽江北港具有窄而直的特点。1993年水口大坝建成后，闽江下游来沙锐减，因淮安分流处丁字坝对江水流向的人为导向作用，使得水流大部分都流向北港，江水流速的增大加重了对北港的冲刷力度，使得河道逐渐加深，从而形成了河床切割较深、河道相对较窄的形态，最深处超过15 m。与北港相比，南港宽而浅的特点十分明显，河深一般为5～10 m，淤积严重，河宽变化大，上段淮安分流口至湾边为宽浅游荡性河道，主流摆动频繁，水流散乱，滩槽多变。下段江面宽阔，各个河槽内主流线摆幅相对较小。

2 岩土体特征

2.1 闽江北港岩土体特征

闽江河床演变历史从一定程度上决定了河道岩土体的结构特征。笔者通过对北港尤溪洲大桥、三县洲大桥、闽江大桥*福州市勘测院,福州市六一路闽江大桥重建工程岩土工程勘察报告,2003。、鳌峰大桥*福建省交通规划设计院，福州市鳌峰大桥工程地质勘察报告，1991。(图2)、马尾大桥*福州市勘测院，福州市马尾大桥及接线工程岩土工程勘察报告(可行性研究阶段)，2006。跨江桥梁的工程地质剖面图进行了分析研究(以鳌峰大桥为例)，总结北港下部岩土层总体发育特征[2-4]。

(1)第四系沉积物主要以砂质土、淤泥质软土及砾卵石为主，局部发育粉质粘土。土体一般呈多层结构，成因类型主要为冲积、冲海积。基岩岩性主要为花岗岩。

(2)砂质土一般发育2层。上层砂土以灰黄色、浅灰色全新统冲积(含泥)细砂或中细砂为主，常夹淤泥质成分，或与淤泥、砂质淤泥呈互层发育。顶板埋深5～7 m，厚度变化较大，为3～22 m；第二层砂土以浅灰色、灰色含泥中砂为主，夹少量薄层淤泥，局部含砾石成分，属全新统冲洪积地层，局部缺失，顶板埋深8～15 m，厚度5～8 m。

(3)软土一般发育2层。上层为深灰色、灰黑色全新统长乐组冲海积淤泥，顶板埋深为3～5 m，厚度0.5～5.6 m，该层一般与砂质土呈互层交错发育，或以透镜体出现在砂层中；第二层为上更新统龙海组冲海积淤泥质土，深灰色，含少量粉细砂，偶夹薄层粉质粘土，顶板埋深15～25 m，厚度15～32 m。

(4)粘性土层呈单层发育，局部缺失，为上更新统龙海组冲积地层，为粉质粘土，褐黄色或青灰色，可塑，局部夹薄层细砂，顶板埋深30～37 m，厚度3～5 m，局部为8～10 m。

(5)砾卵石一般呈单层发育，为上更新统龙海组冲洪积地层，局部含泥质，呈饱和状态，中密-密实。上部为32～43 m，砾石粒径多为20～60 mm，个别大于100 mm；下部(43 m以下)卵石大多数粒径为40～130 mm，个别大于200 mm。砾卵石多为硬质岩，部分表层已风化蚀变。该层厚度变化较大，发育不稳定，局部缺失。如鳌峰大桥附近卵石层厚度为12～20 m，顶板埋深约为37 m；三县洲大桥和闽江大桥一带，卵石层厚度约5 m。

(6)基岩岩性主要为中粗粒花岗岩，受沿江两岸低丘、残丘地貌的影响，北港下部基岩面起伏较大，尤其以上渡至仓山街道一带及洪山桥一带最为明显，基岩面顶板埋深为35～60 m，最大处约70 m。

2.2 闽江南港岩土体特征

笔者对南港浦上大桥*福州市规划设计研究院，福州浦上大桥及接线工程补勘工程地质报告，2003。(图3)、湾边大桥*福建省交通规划设计院，福州市湾边特大桥及接线公路工程A1合同段施工图设计阶段工程地质勘察报告，2004。、螺洲大桥*中国市政工程西北设计研究院有限公司，螺洲大桥施工图设计阶段工程地质详勘报告(补勘稿)，2007。跨江桥梁的工程地质剖面图进行对比研究(以浦上大桥为例)，总结南北港岩土体特征的差异。

(1)软土一般发育2层，上层软土以全新统长乐组冲海积砂质淤泥为主，顶板埋深8～19 m，厚度7～16 m；下层软土较少，仅在港道近岸一带少量分布，顶板埋深32～41 m，厚度3～15 m。与北港相比，南港的软土层发育规模不大，大部分地段无较厚软土层出现。受河流侵蚀作用的影响，河道中心无软土层分布，大部分软土层出现在港道两侧近岸一带，一般以薄层状与细砂、中砂呈互层发育，软土层中常伴有砂层。

(2)砂土层在南港沿河一带广泛发育，一般呈单层结构，为全新统长乐组冲积成因。岩性为浅灰色含泥中细砂，呈饱和状态，泥质含量为3%～8%。顶板埋深为0～10 m，厚度为8～40 m，局部与淤泥呈互层发育。

(3)南港卵石层一般呈单层发育，局部为双层(如螺州大桥处)。顶板埋深23～37 m，厚度为15～33 m，局部为10 m。与北港相比，南港下部卵石层发育更为广泛，且层位更稳定，顶板埋深与厚度变化相对较小。

(4)基岩面形态相对稳定、较平缓，受切割程度相对较小，顶板埋深为37～55 m，较北港埋深浅。

3 地基条件对比分析

3.1 闽江北港地基条件

闽江南、北港大型工程建设主要有跨江桥梁和越江隧道2类。

由于桥梁工程承重载荷较大，选择合适的桩基持力层是桥梁建设的首要问题。闽江北港第四纪松散层中的粘性土层、砂土层的承载力有限(承载力特征值一般为120～250 kPa)，均不能满足桥梁荷载要求，且存在土层层位分布不均匀(局部缺失)，发育规模有限的问题，不宜作为桥梁工程的桩基持力层。砾卵石层及基岩全风化、强风化层的工程力学性能较好，但同样存在分布不均、个别土层发育规模较小的问题。因此，桥梁工程桩基持力层应选择中-微风化基岩，这类地层工程力学性能好，岩石坚硬，岩体质量好，承载力高(承载力特征值一般超过1 500 kPa)，且发育较稳定，在区内各场地均有分布，为良好的桥梁桩基持力层。但北港底基岩面起伏较大，基岩面的起伏不仅给层位埋深判断造成影响，还可能因为基岩的风化差异造成不均匀沉降等问题，施工时应引起注意。

对于越江隧道工程，主要解决隧道体在盾构施工过程中遇到的工程地质问题。地铁隧道越江段主要位于河床面以下10～30 m，隧道穿越北港的主要地层为全新世海积相的淤泥质土，局部为晚更新世冲积相的粉质粘土。由于淤泥质土具有强度低、灵敏度高、易扰动的特点，有明显的触变、流变特性，工程地质性能差，在外力作用下土体结构易被破坏，造成土层蠕动以致开挖面失稳。同时，因软弱土层排土较多，有可能引起地面下沉。另外，隧道结构体的顶、底面为富水含水层，上覆土体为中细砂层，下伏土体为中砂或卵石层，此类土层因富水性、渗透性强、水头压力大，对盾构施工不利，尤其是在砂层中施工时易产生流砂，从而引起开挖面失稳和地面下沉，施工时需采取措施对隧道洞壁土体进行预加固，防止透水、涌水等事故的发生。

3.2 闽江南港地基条件

南港岩土体中大部分第四纪松散层的工程力学性能不足以承载大桥桥梁的载荷。如砂土、粘性土、淤泥质土，全风化、强风化花岗岩等。根据南港岩土体发育特征，可选择卵石层、中风化、微风化花岗岩作为桩基持力层。南港卵石层发育相对稳定，且具一定规模，顶面埋深与厚度变化一般不大，有利于对持力层的深度判断，可作为桩基持力层。其次，中风化、微风化花岗岩的工程力学性能好，岩石坚硬，岩体质量好，承载力大，在场地内广泛分布，且基岩顶面埋深较浅而且稳定，是理想的桩基持力层。

对于越江隧道工程，由于南港砂质土层和卵石层发育广泛，含水量丰富，水头压力大，隧道掘进时易产生流砂、坍塌等问题，应注意砂土层突发性的涌水和流砂等不良现象的发生。在砾卵石层中进行隧道施工时，除地下水的影响外，该类土体硬度较大，导致掘进阻力大，砾卵石对器械刀盘的磨损严重，施工时应引起重视。

4 结论

南、北两港岩土体具有共同的特点，土体上部主要为细颗粒的粘性土、砂土，下部为粗颗粒的碎石类土，基底多为花岗岩类侵入岩体。由于南、北两港分流的差异，对两港形态的形成及河床地基的冲刷影响大，而具有不同的特性。

(1)闽江北港河床切割较深，港道相对较窄；南港宽而浅的特点十分明显，河道淤积严重，河宽变化大，为宽浅游荡性河道。

(2)两港岩土体成因类型大致相似，但其发育规模和结构特征有所区别。北港软土层广泛发育，基岩面变化大。与北港相比，南港软土层发育相对较少，砂土和卵石层发育广泛，较为稳定，基岩面起伏较小，埋深相对较浅，受切割程度较小。

(3)北港桥梁工程基础持力层可选择第四纪松散层之下的中-微风化基岩，但因基岩面起伏较大，容易给持力层判别造成困难，还可能因为基岩的风化差异造成不均匀沉降等问题。相比之下，南港地层发育相对稳定，更有利于桥梁工程施工建设，地基基础持力层可选择河道下部卵石层或中-微风化基岩。

(4)对于越江隧道工程，北港软土层和强富水性砂层发育，在穿越软土层段，易造成土层蠕动以致开挖面失稳，并有可能引起地面下沉。在穿越砂土等富水层时，易产生流砂、突涌、坍塌等不良地质现象。施工时，应对隧道洞壁土体进行预加固，防止透水、涌水等事故的发生。由于南港砂质土层和卵石层发育广泛，隧道掘进时易产生流砂、坍塌等问题，应注意砂土层突发性的涌水和流砂等不良问题的发生。在砾卵石层中进行隧道施工时，掘进阻力大，器械刀盘磨损严重，施工时应引起重视。

文中资料主要引用自部市合作项目“闽江口地区地质环境调查(福州城市地质调查)”(编码：1212011120094)的专项课题“福州市‘两江四岸’工程地质调查与评价”工作的成果，在论文编写过程中得到余德林工程师的悉心指导，承蒙赖树钦教授级高级工程师的审阅，及提出宝贵的修改意见，在此一并表示衷心感谢！

1 郑鸣芳.闽江下游分流口河段分流比及河道演变分析.河海大学，2005.

2 GB50021-2001 岩土工程勘察规范.

3 工程地质手册编委会.工程地质手册(第四版).北京：中国建筑工业出版社，2007.

4 中国地质调查局.水文地质手册(第二版).北京：地质出版社，2012.