上海某些特殊地区浅部地层特点和基础选型探讨

艾建军

(武汉地质工程勘察院上海分院,上海 200072)

上海某些特殊地区浅部地层特点和基础选型探讨

艾建军

(武汉地质工程勘察院上海分院,上海 200072)

通过分析上海滨海平原与砂嘴、砂岛地区浅部地层特点,论证了滨海平原4～6层住宅不能采用天然地基,须采用沉降控制复合桩基;砂嘴、砂岛地区,第②1层下面分布有12.0 m左右的粉性土或砂土,第②1层可作为4～6层住宅的天然地基持力层。

滨海平原;砂嘴、砂岛地区;天然地基;沉降控制;复合桩基

0 引言

上海濒临东海,是典型的软土分布地区,市区发育有一套滨海平原地层,在长兴岛、崇明及泥城镇发育有一套砂嘴、砂岛地层。这两套地层由于沉积环境不同,导致沉积物不同,本文就其浅部地质特点和基础形式选择进行探讨。

1 地基土的构成与特征

1.1 滨海平原地区浅部地基土

上海滨海平原浅部典型地层如下:

①1层灰黄、灰色杂填土,底板埋深:1.5 m;层厚:1.5 m;地质年代:成因:人工;以粘性土为主,夹较多碎石子、碎砖块等。

①2层灰黑、黑色淤泥,底板埋深:3.5 m;层厚:2.0 m;地质年代成因:河、浜;湿度:饱和;状态:流塑;压缩性:高;含大量有机质,土质很软。是不良工程地质层,一般应予以挖除。

②1层褐黄、灰黄色粉质粘土,底板埋深:3.5 m;层厚:2.0 m;地质年代成因:滨海—河口;湿度:湿;状态:可塑;压缩性:中等;土质较好,含铁锰质结核和氧化铁锈斑。该层俗称为硬壳层,可作为3层及3层以下住宅的天然地基持力层。

③层灰色淤泥质粉质粘土,底板埋深:10.0 m;层厚:6.5 m;地质年代成因:滨海—浅海;湿度:很湿—饱和;状态:流塑状;压缩性:高压缩性;夹薄层砂质粉土;该层含水量高,孔隙比大,具有排水固结慢,沉降量大的特点,是天然地基的主要软弱下卧层。

④层灰色淤泥质粘土,底板埋深:18.0 m;层厚:8.0 m;地质年代成因:滨海—浅海;湿度:饱和;状态:流塑状;压缩性:高压缩性;含有机质和贝壳碎屑;该层含水量高,孔隙比大,同第③层灰色淤泥质粉质粘土一样,具有排水固结慢、沉降量大的特点,是天然地基的主要软弱下卧层。

⑤层灰色粘土,底板埋深:25.0 m;层厚:9.0 m;地质年代成因:滨海—沼泽;湿度:很湿;状态:软—流塑;压缩性:高,含泥质结核和腐植质;该层土质较好,有一定的强度。

1.2 砂嘴、砂岛地区浅部地基土

上海砂嘴、砂岛地区浅部典型地层如下:

①1层灰、灰黄色杂填土,底板埋深:1.0 m;层厚:1.0 m;地质年代成因:人工;以粘性土为主,夹较多碎石子、碎砖块等。

①2层灰黑、黑色淤泥,底板埋深:3.5 m;层厚:2.0 m;地质年代:Q34;成因:河、浜;湿度:饱和;状态:流塑;压缩性:高;含大量有机质,土质很软。是不良工程地质层,一般应予以挖除。

②1层褐黄、灰黄色粉质粘土夹粘质粉土,底板埋深:2.0 m;层厚:1.2 m;地质年代成因:滨海—河口;湿度:湿;状态:可塑;压缩性:中等。土质较好,含铁锰质结核,夹5～7cm粘质粉土,可作为低层次、轻荷载建筑物的天然地基持力层。

②3-1层灰色砂质粉土,底板埋深:12.0 m;层厚:10.0 m;地质年代成因:滨海—河口;湿度:饱和;密实度:稍密、中密;压缩性:中等;该层土质较好,含云母,局部为粉砂,渗透性好,有利于排水固结,是天然地基较好的下卧层。

②3-2层灰色砂质粉土夹淤泥质粉质粘土,底板埋深:14.0 m;层厚:2.0 m;地质年代成因:滨海—河口;湿度:饱和;密实度:稍密;压缩性:中等;该层土质较好,含云母,夹5～7 cm淤泥质粉质粘土,渗透性好,有利于排水固结,是天然地基较好的下卧层。

④层灰色淤泥质粘土,底板埋深:19.0 m;层厚:5.0 m;地质年代成因:滨海—浅海;湿度:饱和;状态:流塑;压缩性:高;含有机质和贝壳碎屑;该层含水量高,孔隙比大,沉降量大,是天然地基产生较大沉降量的主要不利土层。

⑤层灰色粘土,底板埋深:25.0 m;层厚:6.0 m;地质年代成因:滨海—沼泽;湿度:很湿;状态:软—流塑;压缩性:高,含泥质结核和腐植质;该层土质较好,可作为4～6层住宅的沉降控制复合桩基的持力层。

1.3 两套地层的物理力学性质

上海滨海平原浅部地层具体各土层物理力学性质参数见表1。

上海砂嘴、砂岛地区浅部典型地层具体各土层物理力学性质参数见表2。

表1 地基土物理力学性质参数表Table 1 Parameter table of physical and mechanical properties about foundation soil

表2 地基土物理力学性质参数表Table 2 Parameter table of physical and mechanical properties about foundation soil

综上所述,可见上海砂嘴、砂岛与滨海平原地区浅部地层都有第②1层褐黄、灰黄色粉质粘土硬壳层,它们两者的区别在于前者2.0～14.0 m分布有砂质粉土,该层对控制天然地基的沉降有利。

2 基础形式的选择

2.1 滨海平原

上海市区属滨海平原地区,浅部典型地基土类型为第②层褐黄色、灰黄色粉质粘土+第③层灰色淤泥质粉质粘土+第④层灰色淤泥质粘土+第⑤1层灰色粘土。第②层褐黄色、灰黄色粉质粘土,湿,呈可塑状,属中等压缩性,Es0.1～0.2为4.97 MPa,Ps值为1.00 MPa。该层俗称为硬壳层,其地基承载力特征值fak一般为80 kPa(局部地段>或<80 kPa),地基承载力设计值fd为100 kPa(其计算条件为:条形基础,基础宽度1.50 m,基础埋深1.00 m,地下水位埋深0.50 m,不考虑下卧层强度和变形量),可作为3层及3层以下住宅的天然地基持力层。第③层灰色淤泥质粉质粘土,底板埋深10.0 m左右,厚约6.5 m,很湿—饱和,呈流塑状,属高压缩性,Es0.1～0.2为3.03 MPa,Ps值为0.55 MPa,其地基承载力特征值fak一般为64 kPa,地基承载力设计值fd为80 kPa(条件同上)。第④层灰色淤泥质粘土,底板埋深18.0 m左右,厚约8.0 m,饱和,呈流塑状,属高压缩性,Es0.1～0.2为2.26 MPa,Ps值为0.65 MPa,其地基承载力特征值fak一般为60 kPa,地基承载力设计值fd为75 kPa(条件同上)。这两层合计厚度约14.5 m,是天然地基主要软弱下卧层,沉降占总变形量的85%以上。第⑤层灰色粘土,含泥质结核和腐植质,底板埋深25.0 m,层厚约7.0 m,湿—很湿,呈流塑—软塑状,属中等—高压缩性,Es0.1～0.2为3.73 MPa,Ps值为0.90MPa,其地基承载力特征值fak一般为72 kPa,地基承载力设计值fd为90 kPa(条件同上),土质相对较好。此种类型组合的地基土对于3层或3层以下住宅,变形量能满足规范的要求(15～20 cm),当上述建筑物范围内若有明、暗浜通过,一般可通过换土垫层法或其他有效方法进行地基处理。对于4～6层住宅,主要看沉降量能不能满足规范的要求(15～20 cm以内)。

根据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》(DGJ08—37—2002)第13.4.2条规定,采用分层总和法估算,根据公式:

通过计算,各拟建物天然地基最终沉降量估算见表3。

表3 天然地基沉降量估算表Table 3 Estimate table of nature foundation settling

根据以上计算结果可知:变形量不能满足规范的要求(15～20 cm以内)。上海60年代修建了大量的4～6层住宅,当时受经济条件限制,没有采用桩基,全部采用天然地基,沉降量很大,沉降量达40～50 cm,影响正常使用。现在沉降仍未稳定,仍在发展。4～6层住宅须采取地基加固,一般采用沉降控制复合桩基方案,以第⑤层灰色粘土做沉降控制复合桩基的持力层,采用200～250 mm的砼预制方桩。

2.2 砂嘴、砂岛地区

上海长兴岛、崇明及泥城镇地区属砂嘴、砂岛地貌类型,浅部地基土类型为第②1层褐黄色、灰黄色粉质粘土夹粘质粉土+第②3-1层灰色砂质粉土+第②3-2层灰色砂质粉土夹淤泥质粉质粘土+第④层灰色淤泥质粘土+第⑤1-1层灰色粘土。可见,该地区缺失第③层灰色淤泥质粉质粘土,代以沉积第②3-1层灰色砂质粉土和第②3-2层灰色砂质粉土夹淤泥质粉质粘土。第②3-1层灰色砂质粉土,含云母,局部为粉砂,属稍密、中密,为中等压缩性,Es0.1～0.2为10.7 MPa,Ps值为4.92 MPa,地基承载力特征值fak为135 kPa,地基承载力设计值fd为170 kPa(其计算条件为:条形基础,基础宽度1.50 m,基础埋深1.00 m,地下水位埋深0.50 m,不考虑下卧层强度和变形量)。第②3-2层灰色砂质粉土夹淤泥质粉质粘土,夹5～7cm淤泥质粉质粘土,属稍密,为中等压缩性,Es0.1～0.2为5.47 MPa,Ps值为2.13 MPa,地基承载力特征值fak为120 kPa,地基承载力设计值fd为150 kPa(条件同上)。综上所述,该两层合计约12.0 m左右,土质较好,是较好的下卧层。该两层孔隙比较大,渗透系数为2.0E-04 cm/s～4.0E-03 cm/s左右,渗透性好,有利排水固结,压缩模量大,对天然地基具有沉降量小的特点。第②1层褐黄色粉质粘土夹粘质粉土,土质较好,含铁锰质结核,夹5～7 cm粘质粉土,为中等压缩性,Es0.1～0.2为5.95 MPa,Ps平均值1.27 MPa,底板埋深2.0 m,层厚一般1.20 m,地基承载力特征值fak为96 kPa,地基承载力设计值fd为120 kPa(条件同上),可作为3层或3层以下住宅的天然地基持力层。对于4～6层多层住宅,地基承载力是够的,主要看变形量能不能满足规范的要求(15～20 cm以内)。

根据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》(DGJ08—37—2002)第13.4.2条规定,采用分层总和法估算,根据公式:

通过计算,各拟建物天然地基最终沉降量估算见表4。

表4 天然地基沉降量估算表Table 4 Estimate table of nature foundation settling

根据以上计算结果可知,沉降量能满足规范的要求(15～20 cm以内)。根据泥城镇社区E地块住宅及长兴岛凤凰乡配套商品房类似工程经验(地基土分布相似,6层建筑),实测基础沉降量一般在8～13 cm,沉降稳定时间一般为3～5年,故本地区4～6层住宅一般可采用天然地基方案。

该地区水系较发育,有较多呈枝状分布的明、暗浜分布,如果上述建筑物范围内有明、暗浜通过,当其切割建筑物面积<1/3时,一般可通过换填夯实方法进行地基处理。当其切割建筑物面积>1/3时,换填夯实方法进行地基处理费用一般较大,建议采用桩基。

3 基础施工须注意的问题

(1)因本场地从2.0～14.0 m左右均为砂质粉土,地下水位较高,开挖时易产生坑壁垮塌、涌水、涌砂等现象,因此应做好地下水的降排水工作,可开挖导水渠,进行集中明排,必要时可采用轻型井点降水。同时基础应尽量浅埋,最大限度的保留第②1层粉质粘土夹粘质粉土。

(2)人或机械在开挖基槽时,应尽可能减小对地基土的扰动,防止产生橡皮土。

4 结论

(1)上海滨海平原地区1～3层住宅采用天然地基,4～6层住宅采用天然地基,沉降不能满足要求,须采用地基加固,可采用沉降控制复合桩基。上海砂嘴、砂岛地区,第②1层下面分布有12.0 m左右的粉性土或砂土,第②1层可作为1～6层住宅的天然地基持力层,变形量能满足规范的要求(15～20 cm以内)。

(2)上海砂嘴、砂岛地区地基开挖时易产生坑壁垮塌、涌水、涌砂等现象,应做好地下水的降排水工作,人或机械在开挖基槽时,应尽可能减小对地基土的扰动,防止产生橡皮土。

[1] DGJ08—9—2003,建筑抗震设计规程[S].

[2] DGJ08—11—1999,地基基础设计规范[S].

[3] DGJ08—37—2002,岩土工程勘察规范[S].

[4] JGJ94—2008,建筑桩基技术规范[S].

[5] 陈仲颐,周景星,王洪瑾.土力学[M].北京:清华大学出版社,1994:113-143.

(责任编辑:潘 潇)

Dicussion on Type Selection of Foundation and Features of Shallow Stratum about some Special Areas in Shanghai

AIJianjun
(Wuhan Institute of Geological Engineering Investigation,ShanghaiB ranch,Shanghai200072)

By analyzing the features of shallow stratum about Binhai plain and Shazui,Shadao areas in Shanghai,the author demonstrates 4 to 6 storeies residence must be used by settling control composite pile foundation instead of natural foundation.When below the②1stratum distributes about 12 m silty or sand soil,the②1stratum can be used as bearing stratum of natural foundation in 4 to 6 storeies residence.

Binhai plain;Shazui and Shadao areas;natural foundation;settling control;composite pile foundation

TU473;TU471

A

1671-1211(2010)04-0375-04

2010-02-03;改回日期:2010-04-26

艾建军(1974-),男,工程师,水文专业,从事岩土工程勘察工作。E-mail:wkshfy@vip.sina.com