珠海凤凰山东南角花岗岩孤石空间分布特征及其对步道工程的影响

江金进， 刘 佳， 江 山， 赵风顺， 江 宁， 赖 波

(1.广东省珠海工程勘察院，广东 珠海 519000； 2.广东省地质局 第一地质大队，广东 珠海 519000)

花岗岩孤石是花岗岩地区普遍发育的球状风化体，又称石蛋。花岗岩孤石可分为两种，一种是裸露于地表或局部埋入残坡积土层中的地表孤石，另一种是埋藏于全—强风化花岗岩中的地下孤石。目前国内学者对花岗岩孤石分布特征的研究主要集中在广州、深圳、厦门等花岗岩发育地区[1-6]，对珠海地区的研究较少。近年来，部分学者开始关注珠海地区花岗岩孤石分布特征的研究，如江贵荣等[7]对珠海某地区孤石的调查研究;杨光[8]对珠海海岛孤石特征的研究;江山等[9]对珠海某隧道工程周边地表孤石分布特征的研究。但以上学者的研究只停留在地表孤石分布特征，关于珠海地区地下孤石分布特征的相关研究目前仍鲜有报道。

由于花岗岩孤石分布具有离散性、埋藏边界不确定性等特点，在花岗岩孤石发育区进行工程建设，会对工程进度、质量和安全产生较大影响[3-4，10]。近年来，珠海市大力发展城市休闲廊道，规划有凤凰山漫步道、板障山漫步道、横琴山漫步道等8条环山漫步道，但由于规划步道所处自然山体花岗岩孤石较发育，随着各步道的开工建设，步道沿线花岗岩孤石严重影响步道工程建设进度、质量和安全的问题将十分突出，准确探明步道沿线花岗岩孤石的地表和地下空间分布规律，分析其对步道工程的影响，提出相应的防治措施，对于保障步道工程建设具有重要意义。

1 研究区及工程概况

研究区位于珠海市香洲区凤凰山山脉东南角，原始地貌为低山丘陵地貌，植被茂密，地形起伏较大，海拔高度介于2.3～201.1 m，沟谷较发育，自然坡度一般为10°～45°，局部>45°。区内浅表层地层为第四系残坡积土层，厚约0.4～5.3 m，其下为花岗岩各风化层，岩性主要为晚侏罗世中粒斑状黑云母二长花岗岩、早白垩世细粒和细粒含斑(斑状)黑云母二长花岗岩[11-12]。

凤凰山山地步道总体呈东西走向，总长度约10 km。步道工程主要以空中栈桥为主，采用独柱墩钢板梁结构，基础根据现场实际情况采用人工挖孔桩基础或岩石锚杆基础。根据山地步道沿线环境资源特色、地质环境条件等因素，以大境山公园和梅华东路为界，将其划分为西段、东段和鸡公山段(表1)。

2 花岗岩孤石空间分布特征

2.1 地表分布特征

研究区地表孤石赋存形态各异，有两个或多个孤石叠加在一起的叠加型孤石，有完全裸露于残坡积土层或岩体上的孤石，有局部或大部分埋入残坡积土层的孤石，这与广州、深圳和厦门等地区孤石赋存形态基本一致[13]。区内地表孤石分布形式多样，有单个零星分布的孤石，有沿沟间山谷呈线状分布的孤石群，有呈大面积“乱石岗”分布的孤石群，看似杂乱无章，毫无规律，实则有一定规律性，如东段孤石明显多于西段，山腰处孤石多于坡脚和坡顶，迎风坡孤石多于背风坡等。

表1 各分段基本特征一览表Table 1 List of basic characteristics of each section

(1) 东段地表孤石明显多于西段和鸡公山段。根据地面孤石调查，结合遥感影像综合分析，在地表共发现1 643个孤石(图1)，其中西段659个，占总数的40.11%；东段907个，占总数的55.20%；鸡公山段77个，占总数的4.69%。由上可知，东段孤石明显多于西段，表明自西向东花岗岩风化程度有增强的趋势。

(2) 地表孤石集中分布在山腰处，山脚处孤石略多于山顶。区内地表孤石分布在9.69～192.94 m高程，总体呈正态分布，其中东、西段孤石集中分布在40～140 m，鸡公山段孤石集中分布在20～40 m(图2)。统计结果显示，0～40 m分布有孤石206个，占总数的12.54%；40～140 m分布有孤石1 381个，占总数的84.05%；140～200 m分布有孤石56个，占总数的3.41%。由上可知，地表孤石集中分布在40～140 m(山腰处)，山脚处孤石略多于山顶，这间接反映了区内花岗岩风化、侵蚀、搬运和堆积的结果。

图1 花岗岩孤石分布图Fig.1 Distribution map of granite boulders

图2 地表孤石高程统计Fig.2 Elevation statistics of surface boulders

(3) 地表孤石主要集中分布在25°～45°急陡坡上，稳定性较差。统计结果表明，0°～15°平缓坡上分布有孤石146个，占总数的8.89%；15°～25°斜坡上分布有孤石386个，占总数的23.49%；25°～35°陡坡上分布有孤石686个，占总数的41.75%；35°～45°急坡上分布有孤石327个，占总数的19.90%；≥45°险坡上分布有孤石98个，占总数的5.96%(图3)。区内地表孤石大部分位于25°～45°急陡坡上，部分孤石由于步道施工开挖导致基底裸露，在施工机械震动、暴雨等不利因素影响下容易发生孤石崩塌地质灾害，威胁步道及行人安全。

(4) 地表孤石所在坡向与风向关系密切。区内地表孤石所在坡向主要为东南、东、南和东北，各分段略有差异，其中西段孤石所在坡向主要为东，次为东北、东南；东段孤石所在坡向主要为东南，次为南和东；鸡公山段孤石所在坡向主要为西南和东北(表2)。通过与区内累年最多风向(图1)对比，发现迎风坡上分布的孤石明显多于背风坡，山间沟谷处孤石特别发育，具有线性分布特征。

2.2 地下分布特征

(1) 地下孤石主要以单个零星分布为主，少数呈珠串状分布。收集区内382个钻孔资料，其中71个钻孔揭露有孤石，孤石揭露率为18.59%。各分段孤石揭露率略有不同，东、西段相差无几，约18.00%，鸡公山段略高，为24.00%(表3)。对单孔揭露孤石数进行统计，结果表明71个钻孔共揭露孤石87个，其中单孔最多揭露3个孤石；单孔揭露1个孤石的最多，有58个钻孔，占总数的81.69%；单孔揭露2个孤石的次之，有10个钻孔，占总数的14.08%；单孔揭露3个孤石的最少，有3个钻孔，占总数的4.23%。由上可知，区内地下孤石分布以单个零星分布为主，少数呈珠串状分布，这与其它地区略有差别，广州、深圳等地区钻孔揭露孤石发育层数最多可达6～7层[1-2]，但区内孤石发育层数最多为3层。

表2 地表孤石所在坡向统计表(单位：个)Table 2 Aspect statistics of surface boulders

表3 地下孤石发育程度统计表Table 3 Statistical table of the degree of underground boulders development

(2) 地下孤石主要分布在强风化层中。由于区内残坡积土层厚度较薄，孤石大部分以露头形式出露地表，极少埋藏于地下。据统计，钻孔揭露的87个地下孤石主要分布在强风化层和全风化层中，其中分布在强风化层的孤石有84个，占总数的96.55%；分布在全风化层的孤石有3个，均在东段，占总数的3.45%。在强风化层中，孤石分布的部位也不尽相同，其中分布在地层上部的有26个，中部的有35个，下部的有23个，无明显规律性。

(3) 地下孤石埋藏较浅，主要集中分布在浅层。对87个揭露孤石进行埋深统计(图4)，结果表明地下孤石主要分布在地下0～10 m，共有70个，占总数的80.46%；在地下10～30 m，西段孤石数略大于东段、鸡公山段，共有15个，占总数的17.24%，这与西段有断裂通过有关，在断裂附近，花岗岩深层节理裂缝发育，更有利于深层花岗岩风化。

(4) 地下孤石厚度不一，与地下埋深有一定关系。区内钻孔揭露孤石厚度从0.3～3.7 m不等，其中孤石厚度<2 m的有65个，占总数的74.71%；孤石厚度>2 m的有22个，占总数的25.29%(图5)。各分段孤石厚度略有差异，西段孤石厚度较东段和鸡公山段略厚，孤石厚度主要介于0～3 m，以1～2 m厚度居多；东段孤石厚度主要介于0～2 m，1～2 m厚度略多；鸡公山段孤石厚度主要介于1～2 m。此外，对地下孤石厚度与孤石埋深进行相关性分析，发现地下孤石厚度与孤石埋深呈不同程度正线性相关，特别是对2个以上呈珠串状分布的孤石，随着孤石埋深的加大，孤石厚度越大，二者呈高度正线性相关(图6)。

图5 地下孤石厚度统计Fig.5 Thickness statistics of underground boulders

3 孤石空间分布对步道工程的影响

3.1 地表孤石分布对步道工程的影响

(1) 区内花岗岩孤石(群)在山腰、迎风坡、山谷等集中分布，规划的步道工程部分线路需要穿越大面积孤石(群)，导致步道工程施工成本、施工进度和施工风险等都显著增加。

(2) 区内花岗岩孤石与中—微风化花岗岩类似，其质地坚硬致密、强度高，且无或少裂缝，因此，在孤石(群)分布区进行临时便道施工或桩位开挖，施工难度将增大，施工成本将增加。

图6 地下孤石埋深与孤石厚度关系图Fig.6 Relationship between buried depth and thickness of underground boulders

(3) 区内地表孤石(群)大部分处于平衡状态，暂时不会沿山体滚落，但在施工机械震动、人工削坡或暴雨等多种因素影响下，分布在急陡坡上的不稳定孤石(群)可能发生滚落，严重威胁坡下施工人员和步道工程的安全，特别是对孤石(群)下方的桩位影响较大。此外，由于东段部分线路坡脚为居民集中区，步道施工导致坡面不稳定孤石滚落，会严重威胁坡脚建(构)筑物和居民。

3.2 地下孤石分布对步道工程的影响

区内地下孤石隐伏性较好，但由于花岗岩孤石在成桩渣样上与基岩类似，且区内基岩面起伏较大，桩基施工时容易发生误判将孤石作为桩端持力层，对桩基础质量影响较大。若成桩地层中花岗岩孤石数量较多或粒径较大，不仅会增加单桩成桩成本，还会影响工期。

4 防治措施

(1) 在项目可研阶段，应提前开展步道沿线孤石调查专项工作，避免将线路布置在山腰、急陡坡、迎风坡、山谷等地表孤石较发育地段。

(2) 由于山地步道为景观工程，应尽量减少对自然景观的破坏，对区内可能威胁步道安全或由于步道施工导致孤石失稳威胁坡脚建(构)筑物的地表孤石，建议以就地加固为主，辅以地表巡查、专业技术监测、机械破碎或静态爆破等防治措施。

(3) 对地下孤石，应在施工勘察阶段探明各桩位孤石情况。根据统计分析，地下孤石一般埋藏在浅层的全—强风化花岗岩中，厚度<4 m，因此，勘察钻孔应进入设计桩端以下不少于3倍桩径且≥5 m。

5 结论

(1) 区内地表孤石较发育，其分布特征间接反映了花岗岩风化、侵蚀、搬运和堆积的结果，具有一定规律性。其主要集中分布在山腰急陡坡上，且东段地表孤石数明显多于西段和鸡公山段；迎风坡上孤石明显多于背风坡，且山间沟谷处孤石发育，具有线性分布特征。

(2) 地下孤石主要以单个零星分布在全—强风化层中，且埋藏较浅(<10 m)。地下孤石厚度不一，大部分<2 m，孤石厚度与地下埋深关系密切。

(3) 在花岗岩孤石分布区进行步道工程施工，应重视线路沿线花岗岩孤石分布情况，提前采取合适的防治措施，避免因花岗岩孤石问题处理不当，影响步道工程建设进度、质量和安全。

文中提出的花岗岩孤石空间分布特征目前仅适用于凤凰山地区，具有一定的局限性；对于上述花岗岩孤石分布特征能否直接应用于珠海其它地区类似工程，需要在后续步道工程建设中进一步印证，补充完善。