廣東省湛江市東海島主要工程地質(zhì)問(wèn)題及對(duì)策研究

艾康洪

（廣東省地質(zhì)局第四地質(zhì)大隊(duì)，廣東 湛江 524033）

2021年廣東省政府工作報(bào)告指出：支持湛江全力建設(shè)省域副中心城市、加快打造現(xiàn)代化沿海經(jīng)濟(jì)帶重要發(fā)展極、抓好東海島開(kāi)發(fā)建設(shè)成為省政府工作重點(diǎn)之一。東海島位于湛江市南部，是中國(guó)第五大島[1]，隸屬湛江市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)管轄，東海島的發(fā)展定位是“具有持續(xù)發(fā)展能力的臨港產(chǎn)業(yè)高地、循環(huán)經(jīng)濟(jì)綠島、面向國(guó)際的生態(tài)宜居新城”[2]，目前已成為湛江經(jīng)濟(jì)建設(shè)和開(kāi)發(fā)的熱土。繼湛江鋼鐵落戶東海島后，中科煉化、德國(guó)巴斯夫等多個(gè)超百億美元的重點(diǎn)項(xiàng)目先后落戶東海島并已建成投產(chǎn)或正在開(kāi)發(fā)建設(shè)，這些重點(diǎn)項(xiàng)目的落戶和投產(chǎn)勢(shì)必帶動(dòng)一批相關(guān)產(chǎn)業(yè)的項(xiàng)目落戶島上。在此背景下，對(duì)東海島的地質(zhì)背景及工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查分析，研究相應(yīng)的工程對(duì)策顯得格外重要。

1 湛江市東海島自然地理

東海島位于湛江市南部，西臨通明海，東南與硇洲島隔海相望，東北為湛江港，南瀕雷州灣。行政區(qū)劃包括東山鎮(zhèn)、民安鎮(zhèn)和東簡(jiǎn)鎮(zhèn)，陸地面積278.7km2，灘涂面積135.9km2。

東海島有疏港大道延長(zhǎng)線、高速公路和鐵路與大陸連接，島內(nèi)陸路交通便捷，各鎮(zhèn)之間均有公路相通，詳見(jiàn)圖1。

圖1 東海島交通位置

東海島屬島嶼低平原區(qū)，地勢(shì)較低，東部略高于西部，由東往西呈遞減趨勢(shì)。地貌類型以北海組平原為主，其次為濱海平原環(huán)島分布，湛江組臺(tái)地僅局部分布，玄武巖臺(tái)地分布于東部龍水嶺一帶[3]。西部地形平坦開(kāi)闊，標(biāo)高一般為10～20m，相對(duì)高差小于15m，東部地形起伏稍大，標(biāo)高一般為20～40m，相對(duì)高差15～40m，最高為龍水嶺，標(biāo)高111.1m，呈錐狀屹立于東海岸之上。東海島海岸線曲折迂回，總長(zhǎng)約148.5km。區(qū)內(nèi)6—11月常有熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)登陸，平均每年5.1次，以8、9月最多，一般風(fēng)力6～9級(jí)，最大風(fēng)力達(dá)11～12級(jí)。

東海島內(nèi)水系不發(fā)育，大部分為季節(jié)性小溪，較大的河溪有匯流于紅星水庫(kù)的調(diào)屋河和分別注入蔚葎港、北山港和通明海的缷頭、北山和田交溪，區(qū)內(nèi)山塘及小型水庫(kù)較多，最大為紅星水庫(kù)，其次為官節(jié)了、五一和新豐水庫(kù)，這些水庫(kù)規(guī)模較小，但對(duì)調(diào)節(jié)地表洪流和地下水，改變東海島的干旱缺水起著不可忽視的作用。東海島屬不規(guī)則的半日混合潮，硇洲島高潮位3.62～4.18m，低潮位0.05～0.52m。

2 東海島地質(zhì)歷史及地層分布

東海島出露地層全為第四系，以中更新統(tǒng)北海組和下更新統(tǒng)湛江組分布最廣，其地質(zhì)構(gòu)造、巖性和地貌與鄰近大陸基本相似[4]。東部崩塘~東南碼頭和西部西灣、龍舍、海坡等地為全新統(tǒng)風(fēng)成砂堤砂地堆積，海漫灘地帶為全新統(tǒng)海相沉積，低洼及河流入海地段為全新統(tǒng)海相沉積和沖洪積沉積，第四系玄武巖殘積紅土分布在東簡(jiǎn)圩東的溪頭坡到赤嶺林場(chǎng)一帶，上更新統(tǒng)湖光巖組火山巖僅在龍水嶺及西邊村——石橋、冼屋村東海邊等地出露[5]。東海島分布地層詳見(jiàn)地層綜合柱狀圖見(jiàn)圖2，東海島由西向東典型工程地質(zhì)剖面圖如圖3所示。

3 東海島主要工程地質(zhì)問(wèn)題及對(duì)策

3.1 巖土體種類多，分布不均勻

圖3 東海島由西向東典型工程地質(zhì)剖面

人類的各式工程、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，或加速地質(zhì)作用進(jìn)程，或改變地質(zhì)作用方向，均使原有的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生改變[6]，因地質(zhì)歷史成因比較復(fù)雜，東海島巖土體種類多，平面上分布不均勻。埋深100m以下中深部以上第三系的中粗砂、礫砂、薄層狀黏土以及半成巖的砂質(zhì)泥巖為主，埋深大，已經(jīng)超出工程建設(shè)影響范圍。埋深100m以淺中上部分布的主要地層以北海組和湛江組的雜色黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、灰白色中砂、粗砂、礫砂、細(xì)礫等為主，呈薄層狀、夾層或不等厚互層狀，厚層的湛江組地層中還夾有多層的玄武巖、凝灰?guī)r及火山角礫巖，分布也不穩(wěn)定。此外東海島西面上部分布淤泥、淤泥質(zhì)土等軟弱土層；東部海岸上部分布細(xì)砂、中砂；中東部則出露玄武巖、凝灰?guī)r等巖石以及風(fēng)化殘積土。當(dāng)上覆荷載超過(guò)土體屈服應(yīng)力時(shí)，土的壓縮性會(huì)出現(xiàn)陡增的現(xiàn)象，給工程帶來(lái)巨大的危害性[7]，因此通過(guò)工程地質(zhì)工作去認(rèn)識(shí)、改造、保護(hù)自然環(huán)境，對(duì)地質(zhì)體采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，保障工程?xiàng)目使用功能和一定期限內(nèi)的安全性[8]，在東海島進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型應(yīng)注意以下方面：

（1）重視建設(shè)場(chǎng)地巖土工程勘察。工程建設(shè)前應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求查明建設(shè)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，勘察鉆孔布置應(yīng)覆蓋全部場(chǎng)地，對(duì)一些關(guān)鍵地層平面上分布變化較大地段應(yīng)加密布置鉆孔，鉆孔深度一般應(yīng)進(jìn)入厚層的湛江組的黏土及砂層中一定深度，且應(yīng)穿透玄武巖或凝灰?guī)r夾層。因垂向上巖土體種類多、物理力學(xué)性質(zhì)相差懸殊、層厚厚薄不均，鉆探過(guò)程中應(yīng)格外重視薄層夾層，對(duì)薄層夾層應(yīng)采取足夠的巖土樣品，進(jìn)行足夠的巖土體原位測(cè)試。東海島部分地段普遍分布淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土等軟弱土層，勘察時(shí)應(yīng)采取原狀土樣進(jìn)行分析測(cè)試，且宜采取靜力觸探、十字板剪切等原位測(cè)試手段進(jìn)行原位測(cè)試。此外北海組地層中局部含玻璃隕石（雷公墨）夾層，湛江組地層中局部含有鐵皮層，在場(chǎng)地勘察時(shí)也應(yīng)準(zhǔn)確查明。

（2）加強(qiáng)東海島軟土分布區(qū)域軟地基處理，減少地面沉降帶來(lái)的不利影響。東海島軟土地基主要包括三類：①西部較大范圍分布的較厚的淤泥及淤泥質(zhì)土層；②局部分布的厚度較薄的泥炭土；③普遍分布的湛江組上部厚度不大的軟塑的灰黏土層。這些軟土共同的特點(diǎn)是含水量高、孔隙比大、壓縮性高、承載力低，在軟土地基分布區(qū)域進(jìn)行工程建設(shè)，因建（構(gòu)）筑物荷載及附加荷載作用，軟土地基必將因固結(jié)壓縮變形而產(chǎn)生較大的沉降量和差異沉降，若不進(jìn)行軟基處理，必將產(chǎn)生較大的沉降變形，從而影響建（構(gòu)）筑物的穩(wěn)定和正常使用，因此在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型時(shí)必須對(duì)軟弱地基進(jìn)行處理。軟土地基處理的主要方法包括：換填法、排水固結(jié)法以及復(fù)合地基等，對(duì)埋深較小、厚度較薄的泥炭土、軟塑薄層黏土層，可考慮采取挖除換填法處理。對(duì)于厚度較大的大部分軟土分布區(qū)域則可考慮采取排水固結(jié)法或者復(fù)合地基形式進(jìn)行處理，一方面提高地基的承載能力，另一方面減少在上覆結(jié)構(gòu)荷載和附加荷載作用下的沉降量，采取排水固結(jié)法比復(fù)合地基處理效果更加明顯、處理成本較低，但該方法適用于處理大面積軟弱地基，且地基處理時(shí)間較長(zhǎng)。

（3）合理選擇樁基礎(chǔ)與基坑支護(hù)選型，科學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與基坑方案。東海島地基普遍以黏土及砂層為主，承載力不高，除了一些較輕的建（構(gòu)）筑物外，工程建設(shè)一般不采用天然地基，采取的最典型的樁基礎(chǔ)以鉆（沖）孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁。鉆（沖）孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁均以摩擦型樁為主，鉆（沖）孔灌注樁常見(jiàn)樁徑φ1.0m、φ1.2m，樁長(zhǎng)一般30～50m，單樁承載力2000～4000kN。預(yù)應(yīng)力管樁常見(jiàn)樁徑φ400mm、φ500mm，樁長(zhǎng)一般20～40m，單樁承載力1500～2500kN。鉆（沖）孔灌注樁適用性廣，幾乎可以適用于東海島任何地層，但在施工過(guò)程中要注意淤泥層中“縮頸”、松散砂層中“塌孔”以及較厚層玄武巖、凝灰?guī)r夾層中鉆進(jìn)等施工難題。預(yù)應(yīng)力管樁具有樁身質(zhì)量保證、施工速度快及場(chǎng)地污染小等顯著優(yōu)點(diǎn)，但在東海島局部地段存在玄武巖、凝灰?guī)r或火山角礫巖夾層時(shí)，預(yù)應(yīng)力管樁是無(wú)法穿透的，此外北海組局部分布的玻璃隕石以及湛江組局部分布的鐵皮層，當(dāng)其厚度較大時(shí)也會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁施工造成不利影響。

東海島進(jìn)行基坑支護(hù)也有一定的難度：①大部分地段以厚層的淤泥質(zhì)黏土、黏土及砂層為主，開(kāi)挖產(chǎn)生的土壓力較大、土體變形大，因此除較淺基坑（一般不超過(guò)6m）可選擇鋼板樁、土釘墻或水泥土樁重力式擋墻等支護(hù)外，一般應(yīng)采用灌注樁排樁和內(nèi)支撐或錨桿支護(hù)；②東海島地下水埋深淺，基坑開(kāi)挖普遍遇到中粗砂及礫砂等含水層，因此截水措施也非常關(guān)鍵，一般采用深層攪拌樁或高壓旋噴樁進(jìn)行止水。

3.2 膨脹土

東海島膨脹土以包氣帶中湛江組雜色、灰色黏土為主，主要分布在東海島東部東簡(jiǎn)鎮(zhèn)北面的青蘭村至坑里村一帶以及東簡(jiǎn)鎮(zhèn)南部的龍安村至庵里村一帶，呈裸露或淺埋單一結(jié)構(gòu)，為薄層或厚層型。淺埋型膨脹土一般被北海組薄層粉土或者鐵皮層覆蓋，頂面埋深0.40～1.50m，膨脹土層厚1.20～8.74m，一般大于5.00m。東海島膨脹土以弱膨脹土為主，局部分布中膨脹土和強(qiáng)膨脹土，自由膨脹率43.0%～79.5%，膨脹力0.005MPa～0.255MPa。東海島膨脹土黏粒含量24.0%～77.3%，

化學(xué)成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3為主，累計(jì)占比80%，礦物成分主要為伊利石（水云母）、高嶺石，其次為石英、長(zhǎng)石。膨脹土區(qū)別于一般黏性土主要在于其礦物成分含伊利石等親水礦物，伊利石含量愈高，其脹縮性愈強(qiáng)。此外雜色黏土天然含水量、孔隙比、塑性以及雜色黏土層中所含膠結(jié)物薄層都對(duì)該膨脹土的脹縮性有較大影響，一般膨脹黏土層天然含水量越小、孔隙比越小、液限越大、塑性指數(shù)越大，則其脹縮性越大；雜色黏土層中分布的薄層狀鐵皮層約束或限制著黏土層的脹縮性。

東海島膨脹土所具有的弱～強(qiáng)脹縮性往往給島上輕型建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生一定的危害，由于對(duì)淺層老黏土的脹縮性不重視，一些輕型建（構(gòu)）筑物直接選取老黏土作天然地基，長(zhǎng)期使用過(guò)程中由于膨脹土脹縮性而導(dǎo)致一些民房出現(xiàn)倒“八字形”裂縫等。此外受降雨等自然因素影響出露地表的雜色膨脹黏土，時(shí)而膨脹時(shí)而收縮，導(dǎo)致表面裂隙發(fā)育、土質(zhì)疏松，往往造成邊坡不穩(wěn)定，從而形成沖溝或發(fā)生崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，形成爛頭山地貌。因此構(gòu)筑低層或輕型建（構(gòu)）筑物時(shí)，應(yīng)采取換土（砂）墊層、防水保濕或者設(shè)計(jì)混凝土圈梁等結(jié)構(gòu)措施。對(duì)于膨脹土地段的人工邊坡和路塹，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，宜構(gòu)建擋土墻等邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，東海島工程建設(shè)的主要地層分布在100m以淺的中上部，工程地質(zhì)層成因時(shí)代以第四系中更新統(tǒng)沖積和下更新統(tǒng)海陸交互相沉積為主，主要巖性有雜色黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、灰白色中砂、粗砂、礫砂、細(xì)礫等。此外，在東海島西面局部還分布有全新統(tǒng)的淤泥、淤泥質(zhì)土等軟弱土層，中東部則出露有下更新統(tǒng)期間形成的玄武巖、凝灰?guī)r等巖石以及風(fēng)化殘積土。顯然，東海島各區(qū)塊工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，對(duì)不同區(qū)塊采用的工程地質(zhì)勘察方法和地基基礎(chǔ)方案也不同。