珠海鳳凰山東南角花崗巖孤石空間分布特征及其對步道工程的影響

江金進(jìn)， 劉 佳， 江 山， 趙風(fēng)順， 江 寧， 賴 波

(1.廣東省珠海工程勘察院，廣東 珠海 519000； 2.廣東省地質(zhì)局 第一地質(zhì)大隊(duì)，廣東 珠海 519000)

花崗巖孤石是花崗巖地區(qū)普遍發(fā)育的球狀風(fēng)化體，又稱石蛋?；◢弾r孤石可分為兩種，一種是裸露于地表或局部埋入殘坡積土層中的地表孤石，另一種是埋藏于全—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中的地下孤石。目前國內(nèi)學(xué)者對花崗巖孤石分布特征的研究主要集中在廣州、深圳、廈門等花崗巖發(fā)育地區(qū)[1-6]，對珠海地區(qū)的研究較少。近年來，部分學(xué)者開始關(guān)注珠海地區(qū)花崗巖孤石分布特征的研究，如江貴榮等[7]對珠海某地區(qū)孤石的調(diào)查研究;楊光[8]對珠海海島孤石特征的研究;江山等[9]對珠海某隧道工程周邊地表孤石分布特征的研究。但以上學(xué)者的研究只停留在地表孤石分布特征，關(guān)于珠海地區(qū)地下孤石分布特征的相關(guān)研究目前仍鮮有報(bào)道。

由于花崗巖孤石分布具有離散性、埋藏邊界不確定性等特點(diǎn)，在花崗巖孤石發(fā)育區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，會對工程進(jìn)度、質(zhì)量和安全產(chǎn)生較大影響[3-4，10]。近年來，珠海市大力發(fā)展城市休閑廊道，規(guī)劃有鳳凰山漫步道、板障山漫步道、橫琴山漫步道等8條環(huán)山漫步道，但由于規(guī)劃步道所處自然山體花崗巖孤石較發(fā)育，隨著各步道的開工建設(shè)，步道沿線花崗巖孤石嚴(yán)重影響步道工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量和安全的問題將十分突出，準(zhǔn)確探明步道沿線花崗巖孤石的地表和地下空間分布規(guī)律，分析其對步道工程的影響，提出相應(yīng)的防治措施，對于保障步道工程建設(shè)具有重要意義。

1 研究區(qū)及工程概況

研究區(qū)位于珠海市香洲區(qū)鳳凰山山脈東南角，原始地貌為低山丘陵地貌，植被茂密，地形起伏較大，海拔高度介于2.3～201.1 m，溝谷較發(fā)育，自然坡度一般為10°～45°，局部>45°。區(qū)內(nèi)淺表層地層為第四系殘坡積土層，厚約0.4～5.3 m，其下為花崗巖各風(fēng)化層，巖性主要為晚侏羅世中粒斑狀黑云母二長花崗巖、早白堊世細(xì)粒和細(xì)粒含斑(斑狀)黑云母二長花崗巖[11-12]。

鳳凰山山地步道總體呈東西走向，總長度約10 km。步道工程主要以空中棧橋?yàn)橹?，采用?dú)柱墩鋼板梁結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采用人工挖孔樁基礎(chǔ)或巖石錨桿基礎(chǔ)。根據(jù)山地步道沿線環(huán)境資源特色、地質(zhì)環(huán)境條件等因素，以大境山公園和梅華東路為界，將其劃分為西段、東段和雞公山段(表1)。

2 花崗巖孤石空間分布特征

2.1 地表分布特征

研究區(qū)地表孤石賦存形態(tài)各異，有兩個(gè)或多個(gè)孤石疊加在一起的疊加型孤石，有完全裸露于殘坡積土層或巖體上的孤石，有局部或大部分埋入殘坡積土層的孤石，這與廣州、深圳和廈門等地區(qū)孤石賦存形態(tài)基本一致[13]。區(qū)內(nèi)地表孤石分布形式多樣，有單個(gè)零星分布的孤石，有沿溝間山谷呈線狀分布的孤石群，有呈大面積“亂石崗”分布的孤石群，看似雜亂無章，毫無規(guī)律，實(shí)則有一定規(guī)律性，如東段孤石明顯多于西段，山腰處孤石多于坡腳和坡頂，迎風(fēng)坡孤石多于背風(fēng)坡等。

表1 各分段基本特征一覽表Table 1 List of basic characteristics of each section

(1) 東段地表孤石明顯多于西段和雞公山段。根據(jù)地面孤石調(diào)查，結(jié)合遙感影像綜合分析，在地表共發(fā)現(xiàn)1 643個(gè)孤石(圖1)，其中西段659個(gè)，占總數(shù)的40.11%；東段907個(gè)，占總數(shù)的55.20%；雞公山段77個(gè)，占總數(shù)的4.69%。由上可知，東段孤石明顯多于西段，表明自西向東花崗巖風(fēng)化程度有增強(qiáng)的趨勢。

(2) 地表孤石集中分布在山腰處，山腳處孤石略多于山頂。區(qū)內(nèi)地表孤石分布在9.69～192.94 m高程，總體呈正態(tài)分布，其中東、西段孤石集中分布在40～140 m，雞公山段孤石集中分布在20～40 m(圖2)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，0～40 m分布有孤石206個(gè)，占總數(shù)的12.54%；40～140 m分布有孤石1 381個(gè)，占總數(shù)的84.05%；140～200 m分布有孤石56個(gè)，占總數(shù)的3.41%。由上可知，地表孤石集中分布在40～140 m(山腰處)，山腳處孤石略多于山頂，這間接反映了區(qū)內(nèi)花崗巖風(fēng)化、侵蝕、搬運(yùn)和堆積的結(jié)果。

圖1 花崗巖孤石分布圖Fig.1 Distribution map of granite boulders

圖2 地表孤石高程統(tǒng)計(jì)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，穩(wěn)定性較差。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，0°～15°平緩坡上分布有孤石146個(gè)，占總數(shù)的8.89%；15°～25°斜坡上分布有孤石386個(gè)，占總數(shù)的23.49%；25°～35°陡坡上分布有孤石686個(gè)，占總數(shù)的41.75%；35°～45°急坡上分布有孤石327個(gè)，占總數(shù)的19.90%；≥45°險(xiǎn)坡上分布有孤石98個(gè)，占總數(shù)的5.96%(圖3)。區(qū)內(nèi)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開挖導(dǎo)致基底裸露，在施工機(jī)械震動、暴雨等不利因素影響下容易發(fā)生孤石崩塌地質(zhì)災(zāi)害，威脅步道及行人安全。

(4) 地表孤石所在坡向與風(fēng)向關(guān)系密切。區(qū)內(nèi)地表孤石所在坡向主要為東南、東、南和東北，各分段略有差異，其中西段孤石所在坡向主要為東，次為東北、東南；東段孤石所在坡向主要為東南，次為南和東；雞公山段孤石所在坡向主要為西南和東北(表2)。通過與區(qū)內(nèi)累年最多風(fēng)向(圖1)對比，發(fā)現(xiàn)迎風(fēng)坡上分布的孤石明顯多于背風(fēng)坡，山間溝谷處孤石特別發(fā)育，具有線性分布特征。

2.2 地下分布特征

(1) 地下孤石主要以單個(gè)零星分布為主，少數(shù)呈珠串狀分布。收集區(qū)內(nèi)382個(gè)鉆孔資料，其中71個(gè)鉆孔揭露有孤石，孤石揭露率為18.59%。各分段孤石揭露率略有不同，東、西段相差無幾，約18.00%，雞公山段略高，為24.00%(表3)。對單孔揭露孤石數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明71個(gè)鉆孔共揭露孤石87個(gè)，其中單孔最多揭露3個(gè)孤石；單孔揭露1個(gè)孤石的最多，有58個(gè)鉆孔，占總數(shù)的81.69%；單孔揭露2個(gè)孤石的次之，有10個(gè)鉆孔，占總數(shù)的14.08%；單孔揭露3個(gè)孤石的最少，有3個(gè)鉆孔，占總數(shù)的4.23%。由上可知，區(qū)內(nèi)地下孤石分布以單個(gè)零星分布為主，少數(shù)呈珠串狀分布，這與其它地區(qū)略有差別，廣州、深圳等地區(qū)鉆孔揭露孤石發(fā)育層數(shù)最多可達(dá)6～7層[1-2]，但區(qū)內(nèi)孤石發(fā)育層數(shù)最多為3層。

表2 地表孤石所在坡向統(tǒng)計(jì)表(單位：個(gè))Table 2 Aspect statistics of surface boulders

表3 地下孤石發(fā)育程度統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of the degree of underground boulders development

(2) 地下孤石主要分布在強(qiáng)風(fēng)化層中。由于區(qū)內(nèi)殘坡積土層厚度較薄，孤石大部分以露頭形式出露地表，極少埋藏于地下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉆孔揭露的87個(gè)地下孤石主要分布在強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層中，其中分布在強(qiáng)風(fēng)化層的孤石有84個(gè)，占總數(shù)的96.55%；分布在全風(fēng)化層的孤石有3個(gè)，均在東段，占總數(shù)的3.45%。在強(qiáng)風(fēng)化層中，孤石分布的部位也不盡相同，其中分布在地層上部的有26個(gè)，中部的有35個(gè)，下部的有23個(gè)，無明顯規(guī)律性。

(3) 地下孤石埋藏較淺，主要集中分布在淺層。對87個(gè)揭露孤石進(jìn)行埋深統(tǒng)計(jì)(圖4)，結(jié)果表明地下孤石主要分布在地下0～10 m，共有70個(gè)，占總數(shù)的80.46%；在地下10～30 m，西段孤石數(shù)略大于東段、雞公山段，共有15個(gè)，占總數(shù)的17.24%，這與西段有斷裂通過有關(guān)，在斷裂附近，花崗巖深層節(jié)理裂縫發(fā)育，更有利于深層花崗巖風(fēng)化。

(4) 地下孤石厚度不一，與地下埋深有一定關(guān)系。區(qū)內(nèi)鉆孔揭露孤石厚度從0.3～3.7 m不等，其中孤石厚度<2 m的有65個(gè)，占總數(shù)的74.71%；孤石厚度>2 m的有22個(gè)，占總數(shù)的25.29%(圖5)。各分段孤石厚度略有差異，西段孤石厚度較東段和雞公山段略厚，孤石厚度主要介于0～3 m，以1～2 m厚度居多；東段孤石厚度主要介于0～2 m，1～2 m厚度略多；雞公山段孤石厚度主要介于1～2 m。此外，對地下孤石厚度與孤石埋深進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)地下孤石厚度與孤石埋深呈不同程度正線性相關(guān)，特別是對2個(gè)以上呈珠串狀分布的孤石，隨著孤石埋深的加大，孤石厚度越大，二者呈高度正線性相關(guān)(圖6)。

圖5 地下孤石厚度統(tǒng)計(jì)Fig.5 Thickness statistics of underground boulders

3 孤石空間分布對步道工程的影響

3.1 地表孤石分布對步道工程的影響

(1) 區(qū)內(nèi)花崗巖孤石(群)在山腰、迎風(fēng)坡、山谷等集中分布，規(guī)劃的步道工程部分線路需要穿越大面積孤石(群)，導(dǎo)致步道工程施工成本、施工進(jìn)度和施工風(fēng)險(xiǎn)等都顯著增加。

(2) 區(qū)內(nèi)花崗巖孤石與中—微風(fēng)化花崗巖類似，其質(zhì)地堅(jiān)硬致密、強(qiáng)度高，且無或少裂縫，因此，在孤石(群)分布區(qū)進(jìn)行臨時(shí)便道施工或樁位開挖，施工難度將增大，施工成本將增加。

圖6 地下孤石埋深與孤石厚度關(guān)系圖Fig.6 Relationship between buried depth and thickness of underground boulders

(3) 區(qū)內(nèi)地表孤石(群)大部分處于平衡狀態(tài)，暫時(shí)不會沿山體滾落，但在施工機(jī)械震動、人工削坡或暴雨等多種因素影響下，分布在急陡坡上的不穩(wěn)定孤石(群)可能發(fā)生滾落，嚴(yán)重威脅坡下施工人員和步道工程的安全，特別是對孤石(群)下方的樁位影響較大。此外，由于東段部分線路坡腳為居民集中區(qū)，步道施工導(dǎo)致坡面不穩(wěn)定孤石滾落，會嚴(yán)重威脅坡腳建(構(gòu))筑物和居民。

3.2 地下孤石分布對步道工程的影響

區(qū)內(nèi)地下孤石隱伏性較好，但由于花崗巖孤石在成樁渣樣上與基巖類似，且區(qū)內(nèi)基巖面起伏較大，樁基施工時(shí)容易發(fā)生誤判將孤石作為樁端持力層，對樁基礎(chǔ)質(zhì)量影響較大。若成樁地層中花崗巖孤石數(shù)量較多或粒徑較大，不僅會增加單樁成樁成本，還會影響工期。

4 防治措施

(1) 在項(xiàng)目可研階段，應(yīng)提前開展步道沿線孤石調(diào)查專項(xiàng)工作，避免將線路布置在山腰、急陡坡、迎風(fēng)坡、山谷等地表孤石較發(fā)育地段。

(2) 由于山地步道為景觀工程，應(yīng)盡量減少對自然景觀的破壞，對區(qū)內(nèi)可能威脅步道安全或由于步道施工導(dǎo)致孤石失穩(wěn)威脅坡腳建(構(gòu))筑物的地表孤石，建議以就地加固為主，輔以地表巡查、專業(yè)技術(shù)監(jiān)測、機(jī)械破碎或靜態(tài)爆破等防治措施。

(3) 對地下孤石，應(yīng)在施工勘察階段探明各樁位孤石情況。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，地下孤石一般埋藏在淺層的全—強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中，厚度<4 m，因此，勘察鉆孔應(yīng)進(jìn)入設(shè)計(jì)樁端以下不少于3倍樁徑且≥5 m。

5 結(jié)論

(1) 區(qū)內(nèi)地表孤石較發(fā)育，其分布特征間接反映了花崗巖風(fēng)化、侵蝕、搬運(yùn)和堆積的結(jié)果，具有一定規(guī)律性。其主要集中分布在山腰急陡坡上，且東段地表孤石數(shù)明顯多于西段和雞公山段；迎風(fēng)坡上孤石明顯多于背風(fēng)坡，且山間溝谷處孤石發(fā)育，具有線性分布特征。

(2) 地下孤石主要以單個(gè)零星分布在全—強(qiáng)風(fēng)化層中，且埋藏較淺(<10 m)。地下孤石厚度不一，大部分<2 m，孤石厚度與地下埋深關(guān)系密切。

(3) 在花崗巖孤石分布區(qū)進(jìn)行步道工程施工，應(yīng)重視線路沿線花崗巖孤石分布情況，提前采取合適的防治措施，避免因花崗巖孤石問題處理不當(dāng)，影響步道工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量和安全。

文中提出的花崗巖孤石空間分布特征目前僅適用于鳳凰山地區(qū)，具有一定的局限性；對于上述花崗巖孤石分布特征能否直接應(yīng)用于珠海其它地區(qū)類似工程，需要在后續(xù)步道工程建設(shè)中進(jìn)一步印證，補(bǔ)充完善。