港口工程中的主要工程地质问题

9.3　港口工程中的主要工程地质问题

港口（海港和河港）有水域和陆域两大部分。水域是供船舶航行、运转和停泊装卸之用，它的工程有防波堤、防潮砂堤、灯塔等建筑。陆域部分是指与水面相毗连、与港务工作直接有关的港区，包括有码头、船坞、船台、仓库、道路、车间、办公楼等建筑。由于港口工程建物种类繁多，对于工程勘察来说，与水相连的陆域中的工程如码头、护岸工程等以及水域中的防波堤等皆称为港口水工建筑物，它的工程勘察有特殊要求。而离开水面影响的工程是属非水工建筑物，它的工程勘察与一般的建设工程的岩土工程勘察相同。本节仅介绍海港的工程勘察特点及主要工程地质问题。

9.3.1　海港工程勘察的特点

①海港工程勘察，实际上是陆上、海岸和海洋三类工程勘察的组合，在组织实施、方法技术配置和海陆配合上，需要统筹兼顾，有机结合。

②海岸地貌调查在海港工程勘察中占重要地位，要解决与未来海岸发育有关的海岸侵蚀、淤积、海岸线变迁、海岸带稳定等问题；解决沿岸泥沙运动及其与风、浪、流等因素的关系、海滩剖面的发育和平衡剖面；评估海平面升降影响以及港口构筑物对海岸地貌发育的影响等问题。

③海港工程构筑物的地基几乎涉及残积、坡积、冲积和海相沉积以及基岩等各种岩土类型。同时即使在一个港区的范围内，甚至在一个断面上都可能遇到多类土层。因此，在海港工程勘察中，土性的试验研究十分重要，特别是对含水率大、压缩性高而承载力低，常处于欠压密状态的海洋土等具特殊性状的土需重点试验。

④海港水域工程勘察，由于海床为海水淹没无法直接进行观测，因而在很大程度上依赖钻探和物探，而水上钻探成本高、技术难度大，又制约水上钻探难以像陆上那样大量进行。随着海洋观测技术的发展，特别是高分辨率地球物理勘探技术和原位测试技术的发展，以及它们具有的高效、经济、快速的特点，使得这些技术成为海洋工程勘察的重要手段而被越来越广泛的采用。

⑤水工模拟试验在海港工程中已广为采用，可以提供构筑物模式与水动力环境相互作用及其效果的可靠数据，并可据此修改模式，反复试验直到取得理想的结果。它同样适用于海岸运动和泥沙运动的研究，成为海洋工程和海洋工程勘察中的重要手段。但模型试验成本高、周期较长，随着计算机技术的开发和发展，数值模拟也得到很大的发展，各种数学模式相继建立和不断完善，如波浪数学模式、二维潮流模式、岸线数学模式等。数值模拟在计算机上操作，不受试验场地和时间的限制，具有灵活快速的优点，已越来越广泛的应用于解决实际问题和工程地质问题。但由于一些规律未完全掌握，特别是边界条件较复杂时，仍受到一定的限制。物理模拟和数值模拟相结合，将是海港工程勘察的重要方法。

9.3.2　海港工程勘察中的主要工程地质问题

1）海岸的升降变化

应注意海平面升降变化的影响，海平面变化可分两类：一是全球气候变暖导致全球性的绝对海平面变化，这种全球海平面称为平均海平面；二是区域性的海平面变化，它是受区域性的地壳构造升降和地面沉降等因素的影响，这种区域性海平面称为相对海平面，它反映了该地区海平面变化的实际情况。据统计，近百年来全球海平面呈上升趋势，平均海平面上升速率每年为1.0～1.5mm，近年还有加速之势，至于相对海平面，在我国沿海地区各地的构造之升降和地面沉降的速率不同，因而海平面有表现为上升的，也有表现为下降的。一般地区相对海平面平均升降速率每年为1～2mm，如果有过大的地面沉降的海岸，则相对海平面每年可达5～10mm。对处于相对海平面上升的港湾，建港后随着海岸的下降，港口将有淹没的危险，因此，要判明其下降的速度，以便合理地布置建筑物；对于相对上升的港湾，建港后港池将会随陆地上升而变浅，从而使港口失效，所以在建港前也必须判明陆地上升的速度，以便作出合理规划和防治措施。

为确定相对海平面的升降变化，工程地质工作应着重于收集全球性的海平面变化在我国沿海地带的升降速率；调查该港口的地质构造稳定性，特别是构造的升降、断裂带的活动性；调查该港口及其邻近因抽取地下水造成的地面沉降而影响海平面升降的情况；调查该港口及其邻近地区因土层的天然压密或建筑物及交通的荷载而导致陆地面下沉的情况；综合上述各类因素的影响，作出相对海平面的上升速率和对港口影响的评估。

2）海岸的稳定性

（1）海岸带的冲蚀与堆积

海岸带的形状、结构、物质组成以及岸线的位置是可变的，在促成这些变化的因素中，以波浪的作用最为重要，此外，潮汐、海流和入海河流的作用在某些岸带上也起巨大的作用。但相比之下，影响海岸稳定性是以波浪为主要动力。在沿岸线海区，波浪由于消能变形、破碎而产生不波浪，也称激浪。激浪对海岸的冲击，造成一系列海岸冲蚀地形，如海蚀洞穴、海蚀崖、海石柱及浅滩等，迫使海蚀岸不断地节节后退，在海岸带形成沿岸陡崖、波蚀穴、磨蚀与堆积阶地（见图9－10）等地形。

（2）海岸带的保护

海岸受波浪、海流和潮汐的影响发生冲蚀作用和堆积作用是普遍存在的，冲蚀作用可使边岸坍塌，也称坍岸，它使原有岸线后退；堆积作用可使水下坡地回淤，使本来可以利用的水深发生回淤现象，以至水深变浅，海床增高。这些岸线后退和海床增高都会对港口工程有影响。为此在选择港口时，应对这些不良地质现象作出评估。

①沿岸线的工程设施，首先应该进行坍岸线的研究，预测坍岸线的距离，工程定位时在坍岸线以外尚应留有一定的间距。

②厂房地基及路基等设施应设在最高海水位之上，以免浸泡地基及工程设施，导致地基承载力降低和发生其他的如液化、沉陷土体滑动等现象。

③码头及防波堤的基础建于水下海床之上，长期受水淹泡和波浪作用，因此在考虑地基承载力时，应注意到海流及波浪会对地基施加动荷载和倾斜力，使地基在一个比正常作用于基础底面上的力低的荷载下就发生破坏，此外，尚需考虑地基发生滑动的可能性。

④为了保护海岸、海港免遭冲刷和岸边建筑物的安全，以及防止海岸、港口免遭淤积的危害，应提供当地的工程地质资料，特别是不良地质现象和地基承载力等资料。在此基础上提出防治冲刷、回淤及其他不良地质现象的措施。

图9－10　在波浪冲击下冲蚀台阶的形成

1—岸边陡崖；2—波蚀穴；3—浅滩；4—水下磨蚀阶地；5—水下堆积阶地

【思考题】

9－1　工业与民用建筑工程中的主要岩土工程问题有哪些？

9－2　山岭区沿河线和越岭线的工程地质问题各自有哪些，如何确定？

9－3　桥梁、隧道和海港工程勘察中的主要工程地质问题各有哪些？