上海临港新城地质环境特征及其对城市建设评价的影响
(1.上海地质调查研究院，上海200072；2.上海临港新城管理委员会，上海201306)
摘要:以临港新城三维城市地质调查成果为基础，分析了临港新城的地质环境特征及其对城市建设的影响，以期为临港新城的城市建设服务。
关键词:地质环境特征；影响评估；临港新城
1前言
临港新城三维地质调查是上海城市三维地质调查的示范调查项目。工作重点是工程建设相关的工程地质构造和水文地质调查，同时调查临港新城填土的地面沉降效应等地质问题，分析其对新城建设的影响。
临港新城位于上海东南部，是上海国际航运中心的重要组成部分，未来依托洋山深水港建设。新城以两港大道、沪芦高速为界，分为主城区、主工业区、综合区、重型装备工业区、物流园区四大片区，四大片区建设用地之间设置港湾森林(图1)。上海临港新城建成后将集现代物流、港口加工、金融贸易、商务服务、居住、旅游于一体，打造21世纪中国港口城市新形象。
图1临港新城规划总体布局示意图
2临港新城地质环境特征
2.1地基地质结构特征
勘察区属于华南板块扬子地块，全区被第四系和第三系覆盖。基岩面埋深220 ~ 340 m，东部和南部较浅，西北部逐渐变深。基岩地层岩性主要为白龙岗玄武岩、侏罗系老村组角砾岩、岩屑凝灰岩和英安岩。断层构造不明显，基底相对稳定，对工程建设影响不大。与工程建设有关的100m浅部晚第四纪地层发育良好，保留上更新统顶部深绿色、棕黄色硬土层标志层和中部硬土层。浅层淤泥质粘土和软粘土层厚度较小，砂层和粉土层厚度较大，整体地层结构条件较好，但缺点是地表附近普遍分布一层砂质粉土层(工程地质(2)3层)。
2.2水文地质结构特征
勘察区含水层较为发育，区内第四系松散岩类孔隙含水层包括潜水-微承压含水层及其下5个承压含水层。地下水位一般在3.23 ~ 4.08 m之间，第一承压含水层水位一般在-1.75 ~-1.25 m之间，较高，将对规划区地下空间的开发产生不利影响。规划区地下水对混凝土基础无腐蚀性，对钢结构有中等腐蚀性。
2.3工程地质结构特征
根据第四纪沉积规律、区内工程地质层的埋藏分布特征及其物理力学指标，结合临港新城规划，对100m深度的工程地质层进行了分析评价。
(1)1层为松散土，厚度0.3 ~ 3.0m，主要为粘性土，局部含碎石、砖块和植物根。均匀性很差，一般不适合作为建筑物天然地基的持力层；
第三层(1)为冲积土，松散，可塑，厚度0.4~8.5m，顶部埋深0 ~ 1.7m，海岸带主要为粉土，饱和贝壳碎片，摇震反应较快。规划区的西部以粘性土为主，饱和并带有有机物。该区填土属于欠固结土，具有明显的不均匀性，其分布具有分层、含水量高、透水性弱、排水固结差、强度低、压缩性高(图2)、敏感性高的特点。地基土承载力标准值较低，地基沉降较大，不同地段沉降差异较大，可能产生负摩擦力，对工程极为不利。对于有桩基的工程，也可能出现承台和地基土的现象，应引起注意。
图2填土荷载-沉降曲线
(2)1层为褐黄色粘性土，湿，软塑~可塑，层厚0.5~2.5m，顶部埋深0.3~2.0m，含铁锰结核及氧化铁斑点，比贯入阻力0.43 ~ 1.74mpa，具中高压缩性。作为天然地基的持力层，
(2)第三层为灰色砂质粉土，稍密，饱和，层厚2.80 ~ 16.30m，顶部埋深0.6~8.5m。它包含云母和有机斑点，偶尔有贝壳碎片。震动响应迅速，静探比贯入阻力为3.41MPa，标准贯入击数为65438击。该层振动液化:不液化区主要分布在规划区东南部芦潮港镇东部、西部彭真镇、万象镇新港镇及规划综合区部分区域。轻度液化区主要分布在规划区中部和主城区东部。中等液化区局部分布，主要在东海农场南部、规划区综合区东部和芦潮港农场南部。渗透液化:存在于规划区的地下工程建设中，如基坑工程、隧道工程、管道工程等。应重视砂土渗透液化对工程的影响。
(4)该层为灰色淤泥质粘土，饱和，厚度1.50 ~ 12.50m，顶部埋深5.8 ~ 19.5m，含有机质斑点、云母和贝壳碎屑，压缩模量2.23Mpa，比贯入阻力0.63Mpa，属滨海-浅海。
(5)该层主要为灰色粘性土，厚度2.70 ~ 21.50 m，顶部埋深17.0 ~ 25.3 m。层(6)缺失区厚度较大，局部分布砂质粉砂透镜体。该层分为五个亚层，(5) 1-1灰色粘土层，(5) 1-2灰色粉质粘土层，(5)2灰色砂质粉土层，(5)3灰色粉质粘土夹粉质土层，(5)4灰绿色粉质粘土层。其中(5)层1-1和(5)层1-2湿饱和，软塑，压缩性高，强度低，是荷载较大的建筑物的受压层。另外，这两层由于埋深适中，可以作为沉降控制复合桩的持力层。(5)第二层在规划区为微承压含水层，但分布不连续，厚度较小。但在大型基坑开挖和隧道工程中可能会有揭露，应注意该层引起的流砂现象。(5)3层和(5)4层为淹没谷相地层，分布在(6)层缺失区，厚度和埋深变化较大，土质不均匀，易造成荷载较大的建筑物不均匀沉降。
(6)深绿色-稻草黄色粘性土层，湿，层厚1.50 ~ 7.35 m，埋深22.2 ~ 29.0 m，含氧化铁斑点。自上而下，粘粒含量逐渐减少，粉粒含量逐渐增加，静探比贯入阻力为1.99Mpa，该层及下部(7。
(7)草黄灰色砂质粉土、粉砂饱和，层顶埋深25.0 ~ 50.0 m，古河道切割区埋深较深。该层分布于规划区，土质较好，可作为大型、重型建筑的桩基持力层。
(8)第二层为粉质粘土夹粉土，湿，层厚3.50 ~ 18.0m，顶部埋深54.6~73.0m，夹薄层粉砂或粉砂块，偶见氧化铁斑点和贝壳碎屑。规划区分布不连续，埋深和厚度变化较大。
(9)砂土层饱和，连续分布，厚度较大，上部颗粒较细，粘粒较多，一般为砂质粉土，下部颗粒逐渐变粗，为粉土或细砂，底部含砾石。该层可作为超大型建筑桩基的持力层，但由于埋藏较深，造价较高。
勘察区典型工程地质剖面示意图见图3。
2.4地质灾害
2.4.1地面沉降
2.4.1.1现状
临港新城规划区整体沉降小于中心城区。从1980到1995，规划区大部分地区的累计沉降量在50到100 mm之间，年平均沉降量在3到7 mm/a之间。在1996 ~ 2001年期间，规划区的地面沉降有所增加(图4)，累计沉降量在50到100 mm之间，年平均沉降量在北部地区的沉降与大量开采地下水有关。目前南汇地区地下水开采量受到控制，开采不集中，因此地下水开采引起的地面沉降有所下降，目前沉降速率基本在5 mm/a以下。
2.4.1.2趋势分析
图3临港新城典型工程地质剖面示意图
规划区地面沉降主要由地下水开采和工程建设引起。由于地下水的开采，该地区自来水管网的建设和改造将在短时间内继续发展；该地区有大面积的松散填土，其自重固结沉降相当大。根据初步试验计算，对于6m厚的填土，其完全固结沉降可达8 ~ 8~12.5cm，规划区94塘西部已固结一段时间，后续自重固结沉降较小；而94塘东部为新填土，后续固结沉降会比较大。
2.4.2海滩的冲刷和淤积
临港新城海滩形状基本保持不变，5m以上海滩面积在自然状态下变化不大。海滩的演变主要向东南方向移动，与长江口演变的总趋势一致。
总体而言，鲁超港东岸岸坡相对稳定，冲淤幅度较小。鲁超港南岸岸坡的特点是近岸坡度大，岸外海床平坦。它们之间的水深约为6 ~ 7m，它们的演化有一定的差异。海岸陡坡从1958侵蚀到1977，从1977淤积到1997，从1997侵蚀到2003年；其外平坦的海底在1958 ~ 1989年隆起，在1989 ~ 2003年侵蚀。海岸陡坡的冲淤范围水平方向约1.5km，垂直方向约4m。平坦海底垂直冲淤变化约3m，平均淤积速率为1958 ~ 1977，1977 ~ 1989，4.3cm/a，1989 ~ 65438。自1997以来，海岸陡坡也由淤积变为冲刷。可以看出，近年来，鲁超港海岸段的侵蚀不断加强。近10年来，位于杭州湾北岸的鲁超港海底以冲刷为主，而南汇嘴以东则以淤积为主。
3 .地质环境对临港新城规划建设的影响分析
3.1充分发挥工程地质结构特征优势，适当调整城市结构布局。
3.1.1建筑适宜性评价
根据影响工程地质条件的主要地基土层分布损失，临港新城划分为工程地质区，即(2)影响天然地基条件的1层，(1)影响天然地基条件的3层，(6)影响桩基条件的层(见图5)。
ⅰ1工程地质段，(2)1层和(6)层分布，缺失(1)层，天然地基和桩基条件较好，适合各类建筑，可根据城市功能需要布置；
图4临港新城规划区1996至2001累计地面沉降示意图。
华东地区地质调查成果汇编:1999~2005
地质剖面上分布有(1)3层和(6)层，(2)1层缺失，(1)3层形成年龄大于10年。桩基条件较好，天然地基条件一般，适用于高层建筑、重型设备建(构)筑物和一般地基承载要求。华东地区地质调查成果汇编:1999~2005
工程地质段分布有(1)层3和(6)层，(2)层1缺失，(1)层3形成年龄小于10年，桩基条件较好。(1)第三层不经处理不能作为天然地基持力层，适合高层布置。ⅱ1工程地质段，(2)1层分布，(1)3层和(6)层缺失，桩基条件较差，天然地基条件较好，适宜布置多层建(构)筑物；
华东地区地质调查成果汇编:1999~2005
工程地质段分布(1)三层，(2)1和(6)层缺失，(1)三层形成年代大于10年，桩基条件较差，天然地基条件一般，适宜布置地基承载要求一般，景观绿化的多层建(构)筑物。华东地区地质调查成果汇编:1999~2005
工程地质段分布(1)3层，(2)1层，(6)层缺失，(1)3层形成年龄小于10年，桩基条件较差。(1)3层不经处理不能作为天然地基持力层，宜布置一些。3.1.2地下空间开发适宜性评价
规划区浅部有砂层，较厚且稳定，中间砂层(5)分散，地下工程施工可能出现流沙。对地下工程施工不利。规划区软土层连续分布，埋深和厚度变化不大，易变形，对基坑边坡影响较大。对于隧道盾构，建议在(4)、(5)段穿越。
图5工程地质分区示意图
3.2地面沉降(特别是不均匀沉降)对新城安全可能产生的影响。
3.2.1海堤沉降-防洪安全
根据2.4.1分析，规划区地下水开采引起的地面沉降将继续发展，填土自重固结引起的地面沉降也将存在，这将使海堤防洪能力不断下降。因此，设计中应预留因地面沉降而损失的标高，并加强监测，及时予以增加。
3.2.2不均匀沉降-基础设施(轨道交通、地下管道)的安全运行
规划区地下水开采形成的“沉降漏斗”和区内填土的不均匀性会造成地面不均匀沉降。规划区内的许多线性工程，如浦东铁路、轨道交通3号线等穿过规划区，新城区的大量线性工程在建设和运营过程中都会受到不同程度的地面不均匀沉降的影响，严重时会造成轨道交通无法运营，管线开裂。
3.3沿海变化趋势及其对城市安全的影响
3.3.1对规划区土地资源增长的影响
规划区位于南汇海滩和杭州湾北岸。南汇滩是长江口南岸沙嘴的主体。长江口和杭州湾两个水体的潮起潮落交汇是塑造这一沙嘴的动力条件，来自长江富庶流域的泥沙是形成这一宏大沙嘴的物质基础。近30年来，东滩不断淤积，每年向外扩张速度达40 ~ 90m。但随着来沙量的减少，南汇滩的冲淤趋势会发生一定的变化。比如长江来沙丰沛时，南岸呈现沙嘴状；来沙量减少时，变成弧形，前者淤积在沙滩上，后者被冲刷。根据预测结果，南汇东滩仍将淤积，但淤积速率将减小，南岸冲刷趋势增强，将严重影响土地储备资源。但杭州湾北岸东端在20世纪70年代中后期开始出现高滩蚀现象，并由东向西逐年推进。到了1980年代中期，奉贤的海滩已经由淤积变为侵蚀。未来，随着长江口南岸泥沙来源的减少，潮流输沙能力增强，海滩侵蚀明显后退，海滩资源逐渐减少。而且鲁超港人工半岛一期促淤坝阻止了长江口部分泥沙向杭州湾北岸移动，减少了进入鲁超港西部的泥沙，增强了对杭州湾北岸的冲刷作用，从而影响了北岸滩涂资源的增长。
3.3.2海滩冲淤对海岸工程建设的影响
海滩冲淤对护岸结构的影响主要是冲刷对其安全性的影响。根据现有成果，各类海堤在1m前后安全系数会有所降低，降低幅度在11%-15%之间，从而影响海堤结构的安全。海滩冲淤对桥梁结构的影响主要在于泥面线降低，导致桩基承载力降低，地基变形增大，进一步影响结构和地基的内力。根据预测，规划区杭州湾海岸将处于侵蚀状态，应注意对东海大桥桩基工程的影响。
4对策
(1)在工程地质区划I区，第(6)层和第(7)层埋深适中，是桩基持力层的良好区域；二区缺6层，7层埋深，以7层为持力层的桩基造价较高。根据规划区的地质条件，可适当调整建、构筑物的位置或调整基础的类型，桩基持力层可选择五层。在满足使用和安全的情况下，节约了建设成本。规划区内有大面积的松散填土。根据拟建工程的特点和填土的土质，采用合适的方法进行处理。规划区内的软土层(4)随处可见，容易发生变形。在基坑开挖和地下工程施工过程中，应加强监测，以便及时采取措施。
(2)规划区地面沉降发育，地面沉降(特别是不均匀沉降)对基础设施(轨道交通、地下管线、海堤等)造成严重影响。).建议在临港新城建立地面沉降监测网络，监测地面沉降动态，及时采取防治措施。
5结束语
临港新城立体城市地质调查是上海立体地质调查的示范项目，是城市地质调查的一次探索，但仍存在诸多不足。本次勘察以工程地质勘察为主，取得了一定的成果，可以更好地服务于临港新城的工程规划建设。在调查过程中，大地测量中心给予了极大的支持，在此表示感谢！
参考
[1]中国地质调查局。地质调查标准汇编:水文、工程和环境地质调查与勘探。
张等。北京:地质出版社，1986。
[3]《岩土工程勘察规范》(DG J08-37-2002)。上海工程建设规范。
临港新城地质环境特征及其对建设的影响
闫学新1，邵景芳2，陈宏生1，石玉金1
(1.上海地质调查所，上海200072；2.上海临港新城管理委员会201306)
文摘:本文以临港新城三维地质调查成果为基础，分析了临港新城的地质环境特征及其对城市建设的影响。目的是为临港新城的建设提供参考。
关键词:地质环境特征；影响分析；临港新城