上海海陆一体工程地质结构构建及地质条件评价

史玉金, 严学新, 陈大平

(1.上海市地质调查研究院，上海 200072；2.上海交通大学，上海 200240)

上海海陆一体工程地质结构构建及地质条件评价

史玉金1,2, 严学新1, 陈大平1

(1.上海市地质调查研究院，上海 200072；2.上海交通大学，上海 200240)

上海新一轮城市总体规划提出了面向海洋发展的战略，对地质工作提出了新的需求。文章充分分析了上海海岸带陆域和水域大量工程地质钻孔资料，以第四纪地质研究成果为构建基本原则，构建了海陆一体工程地质结构，共划分出了10个工程地质层和19个亚层及次亚层，分析得出了主要特殊土体有冲填土、软土、液化砂土等。文章评价了海陆一体工程地质条件，受古河道切割影响工程地质条件总体较为复杂，在此基础上提出了工程地质条件分区，为沿江沿海工程建设提供了基础依据。

海岸带；海陆一体；工程地质条件；特殊土；沉积环境

《上海市城市总体规划(2015—2040)》提出强化跨区域战略引领和协同发展，面向海洋，重视海陆空间的一体化发展，加强对浦东滨江沿海、杭州湾北岸、长江崇明三岛等沿海、沿江重大战略地区的空间统筹力度。上海海岸带地区是今后城市发展空间拓展的重要延伸地区，目前，海岸带地区重大工程密集分布，海河床侵蚀淤积规律复杂，滩涂湿地环境保护与后备土地资源开发矛盾突出，海岸带地区规划、建设和管理需要工程地质调查评价等成果支撑。

伴随上海沿海地区工程活动的逐步开展，工程建设过程中面临的工程地质问题也日益凸显。如沿海地区工程地质条件的复杂性将对新城镇、工业区、重大工程的规划和建设产生明显的影响；岸带冲淤、地面沉降等环境地质问题发展及变化趋势将对重大工程的安全运营带来不同程度的影响；海岸带地区工程活动日渐增多，合理评价不同类型工程地质条件适宜性对保障工程安全、节省投资成本至关重要。

2012年，中国地质调查局青岛海洋地质研究所和上海市合作开展了上海海岸带综合地质调查和监测预警示范项目，投入了大量实物工作，开展了综合地质结构调查。本文利用项目已有地质钻孔资料，结合长江河口第四纪地质研究成果，同时分析上海陆域已有大量地质资料，构建海陆一体工程地质结构，分析海陆一体工程地质层埋藏分布规律，结合沿江沿海工程建设特点，进行工程地质分区评价，可为沿江沿海规划提供基础科学依据，同时也可作为重大工程规划和建设的前期地质基础。

1 海陆一体工程地质结构构建

上海市陆域工程地质工作程度较高，全市已达到1∶5 万精度，而海域调查精度较低，仅有以往水域调查和近年来重大工程岩土工程勘察积累的地质资料，精度远未达到1∶5 万。

因此本次海陆一体工程地质结构构建钻孔选择原则为有选择性的利用陆域部分工程地质钻孔，同时基本全部利用水域钻孔，利用钻孔数量将近2 000只(图1)。构建方法为通过对工程地质钻孔对比分析，同时结合第四纪地质研究成果，以第四纪沉积时代及成因为准则进行工程地质层划分，以岩性为准则划分亚层和次亚层。层次划分尽量沿用上海地区工程勘察所惯用的地基土层序号，如②3层属河口相沉积，属工程地质大层，但由于上海地区勘察及建设中该序号已经得到广泛使用，其已经代表了浅部砂层，因此本次该层序号仍然使用②3，而不把下标删除[1]。根据以上工程地质层划分原则，结合上海地区的特点及工程地质研究需要，对海域及陆域进行统一分层，并沿垂直地貌单元和平行地貌单元绘制出了15条工程地质剖面，在此基础上构建了海陆一体工程地质结构(表1)，图2是其中一条典型剖面，显示了海陆一体工程地质层对比，并利用GIS建立了海陆一体工程地质结构模型(图3)。

图1 利用工程地质勘探点位置示意图Fig.1 Sketch map of engineering geological borehole spot in Shanghai coastal area

地质时代土层序号土层名称顶面标高/m常见厚度/m成因类型状态或密实度分布特征①1杂填土0.4～2.7人工松散陆域遍布①3冲填土5.5～0.80.4～6.0人工松散、流塑新近围垦区Qh3②1褐黄色黏性土4.4～0.70.5～3.4滨海～河口可塑-软塑陆域遍布②3灰色粉性土、粉砂3.5～-20.00.9～29.4滨海～河口松散-稍密遍布②3'灰色淤泥质粉质黏土-0.3～-14.51.0～13.9滨海～河口流塑水域广布全新世QhQh2③灰色淤泥质粉质黏土1.6～-4.72.8～9.0滨海～浅海流塑陆域局部④灰色淤泥质黏土-2.5～-29.41.2～22.3滨海～浅海流塑遍布⑤1-1灰色黏土-11.1～-33.71.0～15.9滨海、沼泽流塑-软塑遍布⑤1-2灰色粉质黏土-13.5～-38.11.4～31.0滨海、沼泽软塑-可塑遍布Qh1⑤2灰色粉性土、粉砂-19.5～-50.23.0～19.2滨海、沼泽稍密-中密近岸区域⑤3灰色粉质黏土夹砂-21.8～-53.81.2～27.0溺谷可塑河口区遍布⑤4灰绿色粉质黏土-27.3～-53.61.0～5.7溺谷可塑-硬塑局部⑥暗绿-褐黄色粉质黏土-10.7～-31.81.4～4.8河口～湖沼可塑-硬塑陆域及杭州湾水域广布⑦1草黄色砂质粉土-13.1～-32.82.0～10.8河口～滨海中密-密实Qp32⑦2灰黄-灰色粉砂-28.1～-56.12.8～36.0河口～滨海密实晚更新世Qp3⑧1-1灰色黏土-19.0～-59.32.5～16.7滨海～浅海软塑-可塑广布⑧1-2灰色粉质黏土-30.4～-58.94.5～12.0滨海～浅海可塑广布⑧2灰色粉质黏土夹粉砂-32.3～-60.42.5～26.5滨海～浅海可塑遍布Qp31⑨青灰色粉、细砂-57.0～-77.810～30.0滨海～河口密实遍布

注：顶面标高及厚度为水域和陆域统一统计值

图2 工程地质剖面示意图Fig.2 Sketch map of engineering geological section

图3 上海海岸带地区海陆一体工程地质结构三维模型示意图Fig.3 Sketch map of 3-D engineering geological structure model integrating land and sea in Shanghai coastal area

上海海岸带水域和陆域工程建设影响范围内100 m以浅共划分出10个工程地质层和19个亚层及次亚层，包括全新统滨海-河口相的浅部砂层(②3)、滨海-浅海相的软土层(③、④)、滨海、溺谷相的黏夹砂性土层(⑤)，上更新统湖沼相的硬土层(⑥)、河口-滨海相的砂层(⑦)、滨海-浅海相的黏性土层(⑧)和河流相的砂层(⑨)。

2 特殊土体沉积环境规律及其工程特性

上海海岸带地区主要的特殊土体有冲填土、软土、液化砂土等(图4)，具有不良工程地质特性，对工程建设影响较大。

图4 上海海岸带地区特殊土体分布示意图Fig.4 Sketch map of special soil layer divisions in Shanghai coastal area

2.1 冲填土

冲填土为新近人工吹填形成，在沿江、海岸带新近成陆地区发育，岩性变化较大。冲填土按照填料可分为二类，Ⅰ类填料以粉性土为主，饱和，稍密，Ⅱ类填料以黏性土为主，饱和，流塑。冲填土按照吹填时间的长短也可分为新近冲填土和老冲填土，老冲填土固结时间一般大于10年，其中填料为粉性土区的自重固结已完成，而填料为黏性土区域，由于排水条件不好，自重固结尚未完成。新近冲填土土质非常软弱，固结时间小于5年，自重固结尚未完成。图5为上海临港新城地区冲填土吹填时间及分类图[2]。

图5 临港新城区冲填土分布示意图Fig.5 Sketch map of dredger fill distribution in Shanghai Lingang new city

冲填土处于欠固结状态，天然地基承载力低，不宜直接作为天然地基持力层，是影响轨道交通、防汛、地下管网建设的主要不良地质现象。此外，以粉性土为主的冲填土为可液化土层，易产生震动液化和渗流液化现象，地下管线布设、地下空间开发中应考虑防治液化的地基基础处理问题。

2.2 饱和液化砂土

上海海岸带地区饱和液化砂土主要为浅部砂层(②3)，该层除杭州湾以外广泛分布。结合第四纪地质研究成果，分析其沉积环境为：约2 cal ka BP以来，长江三角洲迅速向海推进，三角洲前缘在北港、北支口门大约2 cal ka BP开始发育，而在拦门沙区域则在1 cal ka BP以内才开始发育，在上海陆域由前三角洲相、泻湖相逐步转变为潮间带—潮下带和湖沼相，并经历了自西向东的成陆过程，沉积了一套以砂质粉土和黏质粉土为主的粉性土层[3]。

该液化砂土(②3)埋藏浅，厚度大，陆域地区岩性一般以灰色砂质粉土为主，局部为粉砂或黏质粉土，而海域则以灰—灰黄色粉砂为主。陆域地区埋深变化不大，层顶标高一般均大于2 m，海域受水深影响埋深变化大，九段沙、崇明东滩、南汇东滩、横沙浅滩等滩涂地区水深浅，埋深较浅，顶面标高在-1～-4 m之间，而南港和东部地区由于水深大而埋藏较深，层顶标高一般均小于-7 m，最深达-22 m。工程建设时应注意由其引起的砂土震动液化及渗流液化问题。

2.3 软土

上海海岸带地区软土层(③、④)普遍分布，仅崇明岛西北端、南支航道局部缺失。软土层以淤泥质黏性土为主，其中第③层以淤泥质粉质黏土为主，第④层基本为淤泥质黏土，海域局部地区为淤泥质粉质黏土，均为浅海相沉积。其沉积环境为：约在8.0～5.0 ka B.P.，古气候趋向暖热潮湿，海平面再度显著上升，成为全新世海侵的最盛期，海侵范围直抵江苏镇江，整个海岸带陆域及水域沦为滨岸浅海环境，堆积了深灰色淤泥质黏土(④)。约在5.0～3.0 ka B.P.，古气候趋向温凉稍干，致使海面略有下降，海岸线随之略为向东后撤，在黄浦江以东的长江三角洲沉积区演化为河口滨海环境，主要堆积了灰色粉土与粉质黏土互层和部分的淤泥质粉质黏土(③)[4～5]。

软土层具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低等不良工程地质特性，为地基沉降的主要层次，因此在高层建筑和管道工程施工过程中极易产生变形。此外，该两层还具有流变和触变特性，在基坑开挖和隧道盾构施工过程中，易引起边坡失稳或地层沉降。

3 工程地质条件分区

(1)分区原则

本次工程地质分区的原则主要为以海陆一体工程地质结构构建为基础，结合沿江沿海工程建设特点，开展工程地质分区及评价。一般进行二级分区，即工程地质区、工程地质亚区。工程地质区，主要考虑对工程地质条件起主导作用的因素，一般按照地貌成因类型进行划分；工程地质亚区，主要考虑区内工程地质层类型及特征、水文地质条件等因素。

(2)分区依据

根据上述分区原则，本次首先根据调查区地貌类型进行工程地质区划分，共划分为4个工程地质区，岸带陆域为第Ⅰ工程地质区，下三角洲平原—潮间带区为第Ⅱ工程地质区，杭州湾堆积平原为第Ⅲ工程地质区，水下三角洲平原为第Ⅵ工程地质区。

其次根据对工程建设影响较大的工程地质层变化特征进行亚区划分。岸带陆域区根据全新世与更新世分界标志层(暗绿色硬土层⑥)分布特征进行划分，有⑥层分布区为Ⅰ1工程地质亚区，无⑥层区Ⅰ2工程地质亚区；Ⅱ区分布较为零散，且大部分为古河道切割区，⑥层缺失，因此不再进行亚区划分；Ⅲ区杭州湾水域地层变化不大，⑥层一般均有分布，因此亦不进行亚区划分；Ⅳ区根据大桥及房屋建筑桩基持力层(砂土层⑦层)分布特征进行划分，⑦层发育区为Ⅳ1工程地质亚区，不发育区为Ⅳ2工程地质亚区(表2，图6)。

表2 工程地质分区地貌特征及主要工程地质层组合简表

图6 上海海岸带地区工程地质分区示意图Fig.6 Sketch map of engineering geological condition divisions in Shanghai coastal area

(3)分区评价

第Ⅰ工程地质区位于陆域，整体工程地质条件较好，其中Ⅰ1工程地质区地层变化不大，适宜桥梁、房屋建筑以及地下空间开发，Ⅰ2工程地质区受到晚更新世末期古河道切割影响，地层变化大，工程地质条件较Ⅰ1区稍差，工程建设时应特别注意地基的不均匀变形问题。

第Ⅱ工程地质区位于河口区，工程地质条件一般。均缺失上海地区良好天然地基持力层褐黄色黏性土层(②1层)，表土层以松散的新近沉积的冲填土为主，天然地基条件差，不适宜仓储、物流厂房等采用浅基础的建筑工程。但对于采用桩基础的大桥、高层建筑等，由于下部地层变化较大，但可选择的桩基持力层较多，适宜性一般。

第Ⅲ工程地质区位于杭州湾北岸水域，工程地质条件差。水下表土层以淤泥质粉质黏土为主，天然地基条件差。水下地形变化较大，尤其是金山深层水槽地区，对跨海大桥、海底隧道等影响较大，但地层总体变化不大，桩基持力层分布相对较为稳定。

第Ⅳ工程地质区位于长江河口水下三角洲平原地区，工程地质条件最差。均缺失上海地区良好的桩基持力层(⑦层)，地层变化最大，对于港口、大桥、隧道等工程建设影响最大，建设中极易出现不均匀变形、边坡失稳等问题。

4 结论

(1)构建了海岸带地区工程建设影响范围内的100 m以浅海陆一体工程地质结构，可划分出10个工程地质层和19个亚层及次亚层。

(2)上海海岸带地区主要的特殊土体主要有冲填土、液化砂土、软土，具有不良工程地质特性，对沿江沿海地区地面建筑和地下工程建设影响较大。

(3)针对上海海岸带因特殊土体引发的工程地质问题，提出了防治措施。如对于冲填土问题，可采用强夯或堆载预压方法进行地基加固；对于软土引发的地基变形问题，施工中应采取排水预压进行地基处理，建成后应进行变形监测；对于砂土液化问题，应采取适当的抗液化及隔水措施，避免因流砂导致的地面塌陷。

(4)根据地貌类型和主要特殊土体分布特征，探索进行了工程地质条件分区，上海海岸带共划分出4个工程地质区和6个工程地质亚区，其中第Ⅰ工程地质区条件最好。

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Engineering geological structure establishment and conditions assessment integrating land and sea in Shanghai coastal area

SHI Yujin1,2, YAN Xuexin1, CHEN Daping1

(1.ShanghaiInstituteofGeologicalSurvey,Shanghai200072,China;2.ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)

The new Shanghai city general plan presents that Shanghai should develop the ocean, and puts forward the demand for the geology work. Based on analyzing a large amount of engineering geological drills information in Shanghai coastal area, and also combined the study result of Quaternary, this paper establishes the engineering geological structure integrating land and sea, and divides 10 engineering geological layers and 19 sub-layers. And through the study, this paper points out that dredger fill, soft soil, and liquefaction sand soil are the main special soils in Shanghai coastal area. According to analyze the geological conditions, this paper draws a conclusion that generally, the engineering geological conditions are complicated, and carries out engineering geological conditions division, which can provide the basic information for project construction.

coastal area; integration of land and sea; engineering geology conditions; special soil; depositional environment

10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.02.15

2016-10-08;

2017-01-16

国土资源部地质调查项目资助(GZH201200506)

史玉金(1976-)，男，高级工程师，长期从事工程地质及环境地质调查研究工作。E-mail:shiyujin1976@163.com

P642.4

A

1000-3665(2017)02-0096-06