横琴岛地质环境工程改造分析评价

徐明明

（中交水运规划设计院有限公司）

1 现状介绍

横琴岛是广东省珠海市最大的海岛，由原大横琴岛和小横琴岛组成。它位于珠江出海口的西侧，东侧与澳门一水之隔，西侧为磨刀门水道。横琴岛原始地貌单元为海陆交互相沉积地层，现状为鱼塘、河道，地势相对低洼。随着横琴新区的建设开发，场区地形地貌景观发生较大变化，填地形成陆地。

2 形成原因

横琴岛表层软土厚度变化较大，从5.00m至50.00m变化不等。其软土的形成与沉积环境的演变，主要由于远古海面的升降变化，历史上该地区曾发生过两次大规模的海侵（分别距今30000-22000年、12000-6000年）和一次大规模的海退，形成了新、老两套三角洲沉积地层。

因沉积环境的演变，表层新近沉积软土呈褐灰色，饱和，流塑状，土质均匀，具腥臭味。下层软土为灰色～深灰色，饱和，流塑状，局部夹薄层粉细砂、贝壳碎屑、蚌壳及黑色腐木，稍有腥臭味。

3 工程地质特性

3.1 物理力学指标统计

工程选取了横琴岛东部、北部、西部以及中部4个区域的钻孔资料，共统计软土土样4789件，得到相应软土层的物理力学指标统计结果和软土层综压缩性能见表1、表2和图1。

3.2 原位测试结果分析

现场勘察作业期间，对横琴岛软土地层进行了大量的现场原位试验，包括标准贯入试验、十字板剪切试验等。

表1 软土层物理指标统计表

表2 软土层基本力学指标统计表

图1 软土层综合压缩曲线图

表3 软土层综合压缩曲线

现场标准贯入试验按照规范要求，采用φ42mm钻杆及63.5kg穿心锤自由脱钩下落(落距76cm)的方式，先击入土层15cm预打，再记录贯入器击入土层中30cm(每10cm记一阵击)的锤击数，即为实测锤击数N。通过试验结果可知，软土层中标贯试验，贯入器自沉明显，多数实测锤击数N＜1击，土层个别深度处存在薄层粉细砂及贝壳碎屑夹层，实测锤击数N偏大，介于1～4击之间。

现场十字板试验采用的是电测式十字板剪切仪，探头规格是5cm×10cm，将十字板头缓慢压至试验点位，以10s转动1°的标准匀速转动，通过电测设备测读相应的土体原位抗剪强度，测得原位抗剪强度后，按照顺时针方向转动探杆6圈使土层扰动，测定重塑土的不排水抗剪强度。待测试完成后，将十字板板头向下压进1.0m后拧紧，进行下一点位试验操作。

通过试验结果可知，表层软土的十字板原状剪切强度Cu一般小于15.0 kPa，随着深度的增加，十字板原状剪切强度Cu逐渐增大，下层软土十字板原状剪切强度Cu可达到35.0 kPa。典型十字板剪切试验曲线见图2。

图2 软土层十字板剪切试验曲线

3.3 工程地质性质评价

1）高含水率、高液限

据统计，软土含水率在49.6%～88.6%之间，平均为67.55%，属流塑状态。液性指数0.99～2.54，为淤泥、淤泥质土。高含水率、高液限不利于地基排水固结，使得基础沉降延缓、时间变长。除排水固结引起的土体变形以外，在剪应力作用下土体还会发生缓慢而长期的剪切变形，对地基沉降影响较大，不利于地基的稳定。

2）低密度、高孔隙比

据统计，软土湿密度在1.48 g/cm3～1.87 g/cm3之间，平均为1.59 g/cm3；干密度在0.78 g/cm3～1.16 g/cm3之间，平均为0.95 g/cm3。孔隙比在1.369～2.492之间，平均为1.896。可知，软土密度小，孔隙比大，后期工程建设中，需要对软土地基进行预处理，减小沉降对工程建设的影响。

3）低强度

据统计，标贯击数N＜1击（自沉），十字板原状剪切强度平均值Cu=17.6 kPa。直接快剪试验得到软土粘聚力在3.0 kPa～19.0 kPa之间，平均为7.8 kPa，内摩擦角在0.0°～1.9°之间，平均为0.3°；固结快剪试验粘聚力在3.0 kPa～13.0 kPa之间，平均为6.6 kPa，内摩擦角在12.0°～19.0°之间，平均为15.5°。

横琴岛地区软土厚度大，分布不均匀，工程建设过程中结构连接容易受到破坏，土体强度会迅速降低甚至变成稀释状，易产生侧向滑动、沉降及基底形变。

4）高压缩性

地质历史时期，土体所受的最大固结压力pc与目前现有的固结应力p0的比值称为超固结比，以OCR表示。根据OCR将土体分为正常固结土（OCR=1）、超固结土（OCR＞1）和欠固结土（OCR＜1）三种类型。经计算统计，横琴岛软土层超固结比OCR在0.34～0.96之间，属欠固结状态。

据统计，软土压缩系数av介于0.920/Mpa～3.414/Mpa，平均1.835/Mpa，属于高压缩性土。由于其体积的压缩，容易引起地面和建（构）筑物的沉降变形，导致基础沉降量过大。

由此可知，横琴岛软土层具有高含水率、高液限、低密度、低强度、高压缩性、高灵敏度的特点，易产生震陷及地面沉降，不均匀沉降量大，沉降历时长。其工程性质极差，若前期处理不当将给工程建设带来严重危害。

3.4 不良地质作用及影响

横琴岛在建设开发过程中需要开挖大量基坑及运用桩基施工，该地区的深厚软土层对基坑开挖及成桩可行性有较大影响。

1）基坑开挖

软土地区基坑的开挖可能导致基坑周围土体较大的位移和变形，导致周围建筑物、道路、地下管线等的不均匀沉降甚至开裂破坏，影响其正常的使用功能。为了满足工程建设的需要，场地填方、整平后需要对上部填土、软土进行加固处理。但因各场地软土层成分不均匀性，厚度分布不均匀，平面分布不均匀，表现为力学性能差异大，工程地质性质仍很差。

横琴岛四面环海，岛上河道、鱼塘众多，地下水位水头高，渗透补给距离近，水源丰富。影响基坑开挖的地下水主要为上部地层的孔隙潜水以及深部地层的承压水。其中，表层软土、粘性土渗透系数小，为相对隔水层，下部地层承压水稳定测压水位近地表，测压水头高。基坑开挖后，可能顶裂或冲毁基坑底板造成隆起或突涌。基坑在开挖及支护过程中应采取降水、止水措施。对上部潜水应采取防渗帷幕止水，对下部承压水应验算产生隆起及突涌的可能性，必要时采取降低承压水头及加固坑底土层的措施。

基坑开挖支护可采用地连墙、咬合桩或钻孔灌注桩挡土、高压旋喷桩止水+内支撑的支护方式。支护设计时应考虑基坑周边围堰等临时建筑安全和基坑降水带来的周边地面沉降问题。

2）对成桩影响

工程建设过程中，软土地基一旦收到震动荷载，容易产生侧向滑动、沉降及基底面两侧挤出等，从而使建于其上的建（构）筑物产生附加下沉或侧向滑移，容易引起地面沉降变形及桩孔缩颈等问题，对桩基的稳定性有一定影响。因此需进一步采取有效措施进行软基加固处理后再进行桩基施工或基坑支护。

场区上部软土层承载力低，沉降量大，侧摩阻小，工程性质较差，不能作为桩端持力层使用。应注意的是，当软土层未能完成上部附加荷载作用下的固结沉降时，对桩基将产生负摩阻作用，对桩基产生下拉荷载，此时宜考虑软土及以上地层负的侧阻值。

4 结语

本文分析了横琴岛地区表层软土的物理力学指标。横琴岛软土具有高含水率、高液限、低密度、低强度、高压缩性、高灵敏度的特点，在工程建设过程中对基坑开挖及成桩可行性有较大影响，在工程建设中应做好预处理，避免因处理不当给工程建设带来严重危害。