填海区地下水的抗浮水位和腐蚀性的探讨——以深圳前海填海区为例

易宙子*，高伟，王军

(深圳市建设综合勘察设计院有限公司，广东 深圳 518108)

1 研究区域概况

深圳前海填海区所处纬度较低，属亚热带海洋性气候。由于深受季风的影响，夏季盛行偏东南风，时有季风低压、热带气旋光顾，高温多雨；其余季节盛行东北季风，天气较为干燥，气候温和，年平均气温22.4℃。雨量充足，每年4月～9月为雨季，年降雨量 1 933.3 mm。日照时间长，常年主导风向为东南偏东风，平均每年受热带气旋(台风)影响4次～5次。

前海深港现代服务业合作区位于深圳南山半岛西部，伶仃洋东侧，珠江口东岸，占地范围面积约 14.92 km2。片区经多年的填海造陆逐步形成，规划为将来中国的“曼哈顿”，目前正处于高强度的开发建设之中，预计2020年全面建成。

前海片区为人工填海形成，原始地貌为海冲积平原及滨海滩涂，原始标高约 -2.32 m～-0.10 m，后经填、挖、整平等人工改造，形成现状低缓起伏的地形地貌，地面标高为 5.16 m～12.14 m。大面积的填海造地后，地面高程变化较大，地下水位发生了较大变化，尤其是浅层地下水上升较多。

2 地下水的监测

2.1 研究区域的地下水类型

根据监测井成孔钻探情况揭示，主要地层有人工填土(石)层(厚度 6 m～12 m)，海积淤泥层(厚度 5 m～10 m)，其下地层有第四系全新统冲洪积黏土、粗砂层，第四系晚更新统冲洪积粉质黏土、粗砂、砾砂层，第四系中更新统残积砂质黏土层，基岩为加里东期混合花岗岩。按地下水的空间分布，片区地下水类型主要有分布在填土(石)层的孔隙水、分布在砂层的孔隙水和基岩内裂隙水三种。

2.2 研究区域水文地质条件特点

片区内水文地质环境有以下特点：人工填土(石)成分复杂，空间分布不均，造成该片区地下水位在小范围内变化较大；人工填土(石)孔隙率较大，使得该片区地下水位受降雨的影响十分明显；片区内有多条河道，地下水与海水有一定的水力联系，水位、水质等受海水影响明显；另外，由于前海合作区大规模建设，地下空间开发、地下工程建设，特别是轨道交通和市政地下道路建设对地下水水文地质条件改变较大，深大基坑开挖对周边水文环境也有较大的影响。

2.3 地下水位动态监测网布置

根据前述本片区地下水和地质环境特征特点，地下水动态观测点的布设以水文地质单元为单位，建立动态监测网，了解各含水层之间、地表水与地下水之间的关系，确定最高水位，为进行地下水水位、水质评价提供依据。

多含水层分层观测，每平方公里布置1组观测井，每组3口井，其中1个为填土(石)层的孔隙水观测井，1个为第四系砂层孔隙水观测井，1个为基岩裂隙水观测井。地下水动态观测项目包括水位、水温、水质等。如图1所示，三个观测井间距 1 m左右，井深根据地质条件，采用相应井深和止水措施，隔离其他含水层，以便监测成果能独立分析，判定三个含水层之间的水力关系。监测井的井口高出地面 50 cm以内，以防止地表水直接进入井内，影响地下水位和水质。

图1 建成的观测井

2.4 监测内容和周期

水位：第一个水文年，每十日观测一次。经过一年以后，基本掌握了水位动态变化规律，并在水位变化不大(变幅小于 10 cm)的情况下，延长至每月观测一次。一般每次暴雨后增加监测、取样。

水质监测：每月取水一次，进行水质简分析，水质异常时，加密采取水质分析样，查找原因。

水温：监测水位时，同步量测自由水面下两米处的水温。

图2 研究区域地下水位动态监测网布置图

3 观测成果分析

如图2所示，地下水监测网设立后，自2015年8月开始至2017年底，展开连续观测，经对水位、水温和水质等数据进行分析，发现填土(石)层孔隙水、砂层孔隙水和基岩裂隙水该三层水有明显区别。

3.1 水位特征

从水位埋深上看，同一观测点，各层水位各不相同，整体上表现出如下规律：填土(石)层孔隙水位埋藏最浅，基岩裂隙水位埋深最大，砂层水位居中。三层地下水常年稳定存在，填土(石)层孔隙水位的变化幅度最大，受降水影响明显，距离海边和区内河渠较近时，同时受潮水影响。如第15号观测井，各层水位标高如图3所示：

图3 某观测点水位-时间曲线

3.2 水温特征

各含水层的水温，同样也表现出一定规律：如图4所示整体上，填土(石)层水温最高，其次是砂层水温，基岩裂隙水温最低。监测成果能够旁证三层地下水的存在，且存在水温差异。

3.3 水质特征

某观测点氯离子含量表 表1

而同一层地下水，氯离子又出现明显的随季节、降雨的周期性变化现象，丰水期时(10月～次年3月)Cl-含量减小，枯水期(4月～9月)时Cl-含量增大，即雨季淡化，旱季咸化的趋势。

4 抗浮设防水位和腐蚀性探讨

4.1 地下水特征成果总结

根据前述监测的地下水特征成果综合分析，场区地下水主要存在三层，即填土(石)层孔隙水、砂层孔隙水和基岩裂隙水三层。填土(石)层内的孔隙水水位最浅，变化幅度大，氯离子含量高，水位和氯离子含量均随大气降雨同步周期变化，而下部的砂层孔隙水和基岩裂隙水水位变化幅度较小，埋深大，氯离子的含量显著小于浅层填土(石)层内的孔隙水。

4.2 浅层孔隙水的类型和对工程的影响

深圳前海地处中国东南沿海亚热带季风性气候区，降雨量大于蒸发量。滨海地带经过大面积填海后，地面高程大幅提高，在填土(石)层中形成新的孔隙潜水面。根据近两年的观测数据可知，浅层地下水赋存于填土(石)中，在场地内常年稳定存在，具有自由水面，具备潜水特征，故其类型应为孔隙潜水。

该层地下水主要靠大气降水补给，与周边河流、海水有一定的水力联系，其水位在三层地下水中标高最高，且高于填海之前海水最高潮位，该层地下水的氯离子含量与降雨有周期性同步变化，且含量最高，故抗浮设防水位和腐蚀性判定都应主要考虑该层地下水对工程的影响。

4.3 地下水抗浮设防水位建议

根据高层建筑岩土工程勘察标准(JGJ/T72-2017)8.6.2条，当有地下水长期水位观测资料时，抗浮设防水位应根据实测最高水位及地下室使用期间的水位变化，按当地经验修正后确定。本区域场地抗浮设防，应主要考虑浅层地下水水位对工程建设的影响。

本研究项目监测区域，填海后地形北高南低，监测水位成果显示大面积填海后，在填土(石)内形成了新的潜水水位，如图5所示，潜水水位抬升，抬升高度与填土后地面高程密切相关，水位与季节性降雨情况密切相关，呈周期性变化。根据监测水位成果和地形将研究片区分成三个区域，参考监测周期内的最高水位，分别建议抗浮设防水位。其中，桂庙渠以北区域，抗浮设防水位标高约 6.0 m～7.0 m，桂庙渠以南-铲湾渠以北区域抗浮水位标高约 5.0 m～6.0 m，铲湾渠以南区域抗浮水位标高约 3.0 m～4.0 m。

图5 填土(石)层潜水位等高线图(2016.3)

4.4 地下水的腐蚀性评价

填土(石)层地下水水腐蚀性也有随季节、降雨情况变化的情况，根据监测数据，氯离子的含量变化幅度在 163.0 mg/L～3151.8 mg/L之间，单个观测井所取地下水的氯离子出现明显的随季节、降雨周期性同步变化现象，如图6所示，丰水期时(4月～9月)Cl-含量减小，枯水期(10月～次年3月)时Cl-含量增大。

依据该氯离子含量指标，按现行的岩土工程勘察规范(GB50021-2001)判定：丰水期时，场地填土(石)层的地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具微～弱腐蚀性为主，枯水期时，地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具弱～中等腐蚀性为主，局部靠海或者靠近地表河流地段为中等～强腐蚀性。

图6某观测点氯离子含量-时间曲线

而建设项目的勘察工作一般周期较短，未进行长期的水质监测，采用某一时间点采取的地下水进行水质分析和腐蚀性判定，容易造成对地下水腐蚀性认识的片面和局限。填海区工程建设，在地下工程抗腐蚀性设防时，应充分考虑地下水腐蚀性有弱～强的周期性变化，充分认识最不利情况，采取更为稳妥的防腐蚀设计措施。

5 结 语

大面积填海工程，在填土(石)内形成了新的潜水水位，且常年稳定存在，具有自由水面。填土(石)内水位高度与填土后地面高程密切相关，且高于填海之前海水最高潮位。项目通过对填海区域地下水两年多的观测，初步掌握了片区内地下水动态变化规律，在多层地下水中，填土(石)内地下水水位最高，氯离子含量最高，与降雨有周期性同步变化，与周边河流、海水有一定的水力联系，主要靠大气降水补给。抗浮设防水位和腐蚀性判定都应主要考虑浅层地下水对工程的影响，尤其是地下工程抗腐蚀性设防时，应充分考虑地下水腐蚀性有弱～强的周期性变化，充分认识最不利情况，采取稳妥的防腐蚀设计措施。