填海區(qū)地下水的抗浮水位和腐蝕性的探討
——以深圳前海填海區(qū)為例

易宙子*，高偉，王軍

(深圳市建設(shè)綜合勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳 518108)

1 研究區(qū)域概況

深圳前海填海區(qū)所處緯度較低，屬亞熱帶海洋性氣候。由于深受季風(fēng)的影響，夏季盛行偏東南風(fēng)，時(shí)有季風(fēng)低壓、熱帶氣旋光顧，高溫多雨；其余季節(jié)盛行東北季風(fēng)，天氣較為干燥，氣候溫和，年平均氣溫22.4℃。雨量充足，每年4月～9月為雨季，年降雨量 1 933.3 mm。日照時(shí)間長，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南偏東風(fēng)，平均每年受熱帶氣旋(臺風(fēng))影響4次～5次。

前海深港現(xiàn)代服務(wù)業(yè)合作區(qū)位于深圳南山半島西部，伶仃洋東側(cè)，珠江口東岸，占地范圍面積約 14.92 km2。片區(qū)經(jīng)多年的填海造陸逐步形成，規(guī)劃為將來中國的“曼哈頓”，目前正處于高強(qiáng)度的開發(fā)建設(shè)之中，預(yù)計(jì)2020年全面建成。

前海片區(qū)為人工填海形成，原始地貌為海沖積平原及濱海灘涂，原始標(biāo)高約 -2.32 m～-0.10 m，后經(jīng)填、挖、整平等人工改造，形成現(xiàn)狀低緩起伏的地形地貌，地面標(biāo)高為 5.16 m～12.14 m。大面積的填海造地后，地面高程變化較大，地下水位發(fā)生了較大變化，尤其是淺層地下水上升較多。

2 地下水的監(jiān)測

2.1 研究區(qū)域的地下水類型

根據(jù)監(jiān)測井成孔鉆探情況揭示，主要地層有人工填土(石)層(厚度 6 m～12 m)，海積淤泥層(厚度 5 m～10 m)，其下地層有第四系全新統(tǒng)沖洪積黏土、粗砂層，第四系晚更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土、粗砂、礫砂層，第四系中更新統(tǒng)殘積砂質(zhì)黏土層，基巖為加里東期混合花崗巖。按地下水的空間分布，片區(qū)地下水類型主要有分布在填土(石)層的孔隙水、分布在砂層的孔隙水和基巖內(nèi)裂隙水三種。

2.2 研究區(qū)域水文地質(zhì)條件特點(diǎn)

片區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)環(huán)境有以下特點(diǎn)：人工填土(石)成分復(fù)雜，空間分布不均，造成該片區(qū)地下水位在小范圍內(nèi)變化較大；人工填土(石)孔隙率較大，使得該片區(qū)地下水位受降雨的影響十分明顯；片區(qū)內(nèi)有多條河道，地下水與海水有一定的水力聯(lián)系，水位、水質(zhì)等受海水影響明顯；另外，由于前海合作區(qū)大規(guī)模建設(shè)，地下空間開發(fā)、地下工程建設(shè)，特別是軌道交通和市政地下道路建設(shè)對地下水水文地質(zhì)條件改變較大，深大基坑開挖對周邊水文環(huán)境也有較大的影響。

2.3 地下水位動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)布置

根據(jù)前述本片區(qū)地下水和地質(zhì)環(huán)境特征特點(diǎn)，地下水動態(tài)觀測點(diǎn)的布設(shè)以水文地質(zhì)單元為單位，建立動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)，了解各含水層之間、地表水與地下水之間的關(guān)系，確定最高水位，為進(jìn)行地下水水位、水質(zhì)評價(jià)提供依據(jù)。

多含水層分層觀測，每平方公里布置1組觀測井，每組3口井，其中1個為填土(石)層的孔隙水觀測井，1個為第四系砂層孔隙水觀測井，1個為基巖裂隙水觀測井。地下水動態(tài)觀測項(xiàng)目包括水位、水溫、水質(zhì)等。如圖1所示，三個觀測井間距 1 m左右，井深根據(jù)地質(zhì)條件，采用相應(yīng)井深和止水措施，隔離其他含水層，以便監(jiān)測成果能獨(dú)立分析，判定三個含水層之間的水力關(guān)系。監(jiān)測井的井口高出地面 50 cm以內(nèi)，以防止地表水直接進(jìn)入井內(nèi)，影響地下水位和水質(zhì)。

圖1 建成的觀測井

2.4 監(jiān)測內(nèi)容和周期

水位：第一個水文年，每十日觀測一次。經(jīng)過一年以后，基本掌握了水位動態(tài)變化規(guī)律，并在水位變化不大(變幅小于 10 cm)的情況下，延長至每月觀測一次。一般每次暴雨后增加監(jiān)測、取樣。

水質(zhì)監(jiān)測：每月取水一次，進(jìn)行水質(zhì)簡分析，水質(zhì)異常時(shí)，加密采取水質(zhì)分析樣，查找原因。

水溫：監(jiān)測水位時(shí)，同步量測自由水面下兩米處的水溫。

圖2 研究區(qū)域地下水位動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)布置圖

3 觀測成果分析

如圖2所示，地下水監(jiān)測網(wǎng)設(shè)立后，自2015年8月開始至2017年底，展開連續(xù)觀測，經(jīng)對水位、水溫和水質(zhì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)填土(石)層孔隙水、砂層孔隙水和基巖裂隙水該三層水有明顯區(qū)別。

3.1 水位特征

從水位埋深上看，同一觀測點(diǎn)，各層水位各不相同，整體上表現(xiàn)出如下規(guī)律：填土(石)層孔隙水位埋藏最淺，基巖裂隙水位埋深最大，砂層水位居中。三層地下水常年穩(wěn)定存在，填土(石)層孔隙水位的變化幅度最大，受降水影響明顯，距離海邊和區(qū)內(nèi)河渠較近時(shí)，同時(shí)受潮水影響。如第15號觀測井，各層水位標(biāo)高如圖3所示：

圖3 某觀測點(diǎn)水位-時(shí)間曲線

3.2 水溫特征

各含水層的水溫，同樣也表現(xiàn)出一定規(guī)律：如圖4所示整體上，填土(石)層水溫最高，其次是砂層水溫，基巖裂隙水溫最低。監(jiān)測成果能夠旁證三層地下水的存在，且存在水溫差異。

3.3 水質(zhì)特征

某觀測點(diǎn)氯離子含量表 表1

而同一層地下水，氯離子又出現(xiàn)明顯的隨季節(jié)、降雨的周期性變化現(xiàn)象，豐水期時(shí)(10月～次年3月)Cl-含量減小，枯水期(4月～9月)時(shí)Cl-含量增大，即雨季淡化，旱季咸化的趨勢。

4 抗浮設(shè)防水位和腐蝕性探討

4.1 地下水特征成果總結(jié)

根據(jù)前述監(jiān)測的地下水特征成果綜合分析，場區(qū)地下水主要存在三層，即填土(石)層孔隙水、砂層孔隙水和基巖裂隙水三層。填土(石)層內(nèi)的孔隙水水位最淺，變化幅度大，氯離子含量高，水位和氯離子含量均隨大氣降雨同步周期變化，而下部的砂層孔隙水和基巖裂隙水水位變化幅度較小，埋深大，氯離子的含量顯著小于淺層填土(石)層內(nèi)的孔隙水。

4.2 淺層孔隙水的類型和對工程的影響

深圳前海地處中國東南沿海亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，降雨量大于蒸發(fā)量。濱海地帶經(jīng)過大面積填海后，地面高程大幅提高，在填土(石)層中形成新的孔隙潛水面。根據(jù)近兩年的觀測數(shù)據(jù)可知，淺層地下水賦存于填土(石)中，在場地內(nèi)常年穩(wěn)定存在，具有自由水面，具備潛水特征，故其類型應(yīng)為孔隙潛水。

該層地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，與周邊河流、海水有一定的水力聯(lián)系，其水位在三層地下水中標(biāo)高最高，且高于填海之前海水最高潮位，該層地下水的氯離子含量與降雨有周期性同步變化，且含量最高，故抗浮設(shè)防水位和腐蝕性判定都應(yīng)主要考慮該層地下水對工程的影響。

4.3 地下水抗浮設(shè)防水位建議

根據(jù)高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)(JGJ/T72-2017)8.6.2條，當(dāng)有地下水長期水位觀測資料時(shí)，抗浮設(shè)防水位應(yīng)根據(jù)實(shí)測最高水位及地下室使用期間的水位變化，按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)修正后確定。本區(qū)域場地抗浮設(shè)防，應(yīng)主要考慮淺層地下水水位對工程建設(shè)的影響。

本研究項(xiàng)目監(jiān)測區(qū)域，填海后地形北高南低，監(jiān)測水位成果顯示大面積填海后，在填土(石)內(nèi)形成了新的潛水水位，如圖5所示，潛水水位抬升，抬升高度與填土后地面高程密切相關(guān)，水位與季節(jié)性降雨情況密切相關(guān)，呈周期性變化。根據(jù)監(jiān)測水位成果和地形將研究片區(qū)分成三個區(qū)域，參考監(jiān)測周期內(nèi)的最高水位，分別建議抗浮設(shè)防水位。其中，桂廟渠以北區(qū)域，抗浮設(shè)防水位標(biāo)高約 6.0 m～7.0 m，桂廟渠以南-鏟灣渠以北區(qū)域抗浮水位標(biāo)高約 5.0 m～6.0 m，鏟灣渠以南區(qū)域抗浮水位標(biāo)高約 3.0 m～4.0 m。

圖5 填土(石)層潛水位等高線圖(2016.3)

4.4 地下水的腐蝕性評價(jià)

填土(石)層地下水水腐蝕性也有隨季節(jié)、降雨情況變化的情況，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，氯離子的含量變化幅度在 163.0 mg/L～3151.8 mg/L之間，單個觀測井所取地下水的氯離子出現(xiàn)明顯的隨季節(jié)、降雨周期性同步變化現(xiàn)象，如圖6所示，豐水期時(shí)(4月～9月)Cl-含量減小，枯水期(10月～次年3月)時(shí)Cl-含量增大。

依據(jù)該氯離子含量指標(biāo)，按現(xiàn)行的巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001)判定：豐水期時(shí)，場地填土(石)層的地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微～弱腐蝕性為主，枯水期時(shí)，地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具弱～中等腐蝕性為主，局部靠海或者靠近地表河流地段為中等～強(qiáng)腐蝕性。

圖6某觀測點(diǎn)氯離子含量-時(shí)間曲線

而建設(shè)項(xiàng)目的勘察工作一般周期較短，未進(jìn)行長期的水質(zhì)監(jiān)測，采用某一時(shí)間點(diǎn)采取的地下水進(jìn)行水質(zhì)分析和腐蝕性判定，容易造成對地下水腐蝕性認(rèn)識的片面和局限。填海區(qū)工程建設(shè)，在地下工程抗腐蝕性設(shè)防時(shí)，應(yīng)充分考慮地下水腐蝕性有弱～強(qiáng)的周期性變化，充分認(rèn)識最不利情況，采取更為穩(wěn)妥的防腐蝕設(shè)計(jì)措施。

5 結(jié) 語

大面積填海工程，在填土(石)內(nèi)形成了新的潛水水位，且常年穩(wěn)定存在，具有自由水面。填土(石)內(nèi)水位高度與填土后地面高程密切相關(guān)，且高于填海之前海水最高潮位。項(xiàng)目通過對填海區(qū)域地下水兩年多的觀測，初步掌握了片區(qū)內(nèi)地下水動態(tài)變化規(guī)律，在多層地下水中，填土(石)內(nèi)地下水水位最高，氯離子含量最高，與降雨有周期性同步變化，與周邊河流、海水有一定的水力聯(lián)系，主要靠大氣降水補(bǔ)給?？垢≡O(shè)防水位和腐蝕性判定都應(yīng)主要考慮淺層地下水對工程的影響，尤其是地下工程抗腐蝕性設(shè)防時(shí)，應(yīng)充分考慮地下水腐蝕性有弱～強(qiáng)的周期性變化，充分認(rèn)識最不利情況，采取穩(wěn)妥的防腐蝕設(shè)計(jì)措施。