上海某些特殊地區(qū)淺部地層特點和基礎選型探討

艾建軍

(武漢地質工程勘察院上海分院,上海 200072)

上海某些特殊地區(qū)淺部地層特點和基礎選型探討

艾建軍

(武漢地質工程勘察院上海分院,上海 200072)

通過分析上海濱海平原與砂嘴、砂島地區(qū)淺部地層特點,論證了濱海平原4～6層住宅不能采用天然地基,須采用沉降控制復合樁基;砂嘴、砂島地區(qū),第②1層下面分布有12.0 m左右的粉性土或砂土,第②1層可作為4～6層住宅的天然地基持力層。

濱海平原;砂嘴、砂島地區(qū);天然地基;沉降控制;復合樁基

0 引言

上海瀕臨東海,是典型的軟土分布地區(qū),市區(qū)發(fā)育有一套濱海平原地層,在長興島、崇明及泥城鎮(zhèn)發(fā)育有一套砂嘴、砂島地層。這兩套地層由于沉積環(huán)境不同,導致沉積物不同,本文就其淺部地質特點和基礎形式選擇進行探討。

1 地基土的構成與特征

1.1 濱海平原地區(qū)淺部地基土

上海濱海平原淺部典型地層如下:

①1層灰黃、灰色雜填土,底板埋深:1.5 m;層厚:1.5 m;地質年代:成因:人工;以粘性土為主,夾較多碎石子、碎磚塊等。

①2層灰黑、黑色淤泥,底板埋深:3.5 m;層厚:2.0 m;地質年代成因:河、浜;濕度:飽和;狀態(tài):流塑;壓縮性:高;含大量有機質,土質很軟。是不良工程地質層,一般應予以挖除。

②1層褐黃、灰黃色粉質粘土,底板埋深:3.5 m;層厚:2.0 m;地質年代成因:濱?！涌?濕度:濕;狀態(tài):可塑;壓縮性:中等;土質較好,含鐵錳質結核和氧化鐵銹斑。該層俗稱為硬殼層,可作為3層及3層以下住宅的天然地基持力層。

③層灰色淤泥質粉質粘土,底板埋深:10.0 m;層厚:6.5 m;地質年代成因:濱?！獪\海;濕度:很濕—飽和;狀態(tài):流塑狀;壓縮性:高壓縮性;夾薄層砂質粉土;該層含水量高,孔隙比大,具有排水固結慢,沉降量大的特點,是天然地基的主要軟弱下臥層。

④層灰色淤泥質粘土,底板埋深:18.0 m;層厚:8.0 m;地質年代成因:濱?！獪\海;濕度:飽和;狀態(tài):流塑狀;壓縮性:高壓縮性;含有機質和貝殼碎屑;該層含水量高,孔隙比大,同第③層灰色淤泥質粉質粘土一樣,具有排水固結慢、沉降量大的特點,是天然地基的主要軟弱下臥層。

⑤層灰色粘土,底板埋深:25.0 m;層厚:9.0 m;地質年代成因:濱?！訚?濕度:很濕;狀態(tài):軟—流塑;壓縮性:高,含泥質結核和腐植質;該層土質較好,有一定的強度。

1.2 砂嘴、砂島地區(qū)淺部地基土

上海砂嘴、砂島地區(qū)淺部典型地層如下:

①1層灰、灰黃色雜填土,底板埋深:1.0 m;層厚:1.0 m;地質年代成因:人工;以粘性土為主,夾較多碎石子、碎磚塊等。

①2層灰黑、黑色淤泥,底板埋深:3.5 m;層厚:2.0 m;地質年代:Q34;成因:河、浜;濕度:飽和;狀態(tài):流塑;壓縮性:高;含大量有機質,土質很軟。是不良工程地質層,一般應予以挖除。

②1層褐黃、灰黃色粉質粘土夾粘質粉土,底板埋深:2.0 m;層厚:1.2 m;地質年代成因:濱?！涌?濕度:濕;狀態(tài):可塑;壓縮性:中等。土質較好,含鐵錳質結核,夾5～7cm粘質粉土,可作為低層次、輕荷載建筑物的天然地基持力層。

②3-1層灰色砂質粉土,底板埋深:12.0 m;層厚:10.0 m;地質年代成因:濱?！涌?濕度:飽和;密實度:稍密、中密;壓縮性:中等;該層土質較好,含云母,局部為粉砂,滲透性好,有利于排水固結,是天然地基較好的下臥層。

②3-2層灰色砂質粉土夾淤泥質粉質粘土,底板埋深:14.0 m;層厚:2.0 m;地質年代成因:濱?！涌?濕度:飽和;密實度:稍密;壓縮性:中等;該層土質較好,含云母,夾5～7 cm淤泥質粉質粘土,滲透性好,有利于排水固結,是天然地基較好的下臥層。

④層灰色淤泥質粘土,底板埋深:19.0 m;層厚:5.0 m;地質年代成因:濱?！獪\海;濕度:飽和;狀態(tài):流塑;壓縮性:高;含有機質和貝殼碎屑;該層含水量高,孔隙比大,沉降量大,是天然地基產(chǎn)生較大沉降量的主要不利土層。

⑤層灰色粘土,底板埋深:25.0 m;層厚:6.0 m;地質年代成因:濱?！訚?濕度:很濕;狀態(tài):軟—流塑;壓縮性:高,含泥質結核和腐植質;該層土質較好,可作為4～6層住宅的沉降控制復合樁基的持力層。

1.3 兩套地層的物理力學性質

上海濱海平原淺部地層具體各土層物理力學性質參數(shù)見表1。

上海砂嘴、砂島地區(qū)淺部典型地層具體各土層物理力學性質參數(shù)見表2。

表1 地基土物理力學性質參數(shù)表Table 1 Parameter table of physical and mechanical properties about foundation soil

表2 地基土物理力學性質參數(shù)表Table 2 Parameter table of physical and mechanical properties about foundation soil

綜上所述,可見上海砂嘴、砂島與濱海平原地區(qū)淺部地層都有第②1層褐黃、灰黃色粉質粘土硬殼層,它們兩者的區(qū)別在于前者2.0～14.0 m分布有砂質粉土,該層對控制天然地基的沉降有利。

2 基礎形式的選擇

2.1 濱海平原

上海市區(qū)屬濱海平原地區(qū),淺部典型地基土類型為第②層褐黃色、灰黃色粉質粘土+第③層灰色淤泥質粉質粘土+第④層灰色淤泥質粘土+第⑤1層灰色粘土。第②層褐黃色、灰黃色粉質粘土,濕,呈可塑狀,屬中等壓縮性,Es0.1～0.2為4.97 MPa,Ps值為1.00 MPa。該層俗稱為硬殼層,其地基承載力特征值fak一般為80 kPa(局部地段>或<80 kPa),地基承載力設計值fd為100 kPa(其計算條件為:條形基礎,基礎寬度1.50 m,基礎埋深1.00 m,地下水位埋深0.50 m,不考慮下臥層強度和變形量),可作為3層及3層以下住宅的天然地基持力層。第③層灰色淤泥質粉質粘土,底板埋深10.0 m左右,厚約6.5 m,很濕—飽和,呈流塑狀,屬高壓縮性,Es0.1～0.2為3.03 MPa,Ps值為0.55 MPa,其地基承載力特征值fak一般為64 kPa,地基承載力設計值fd為80 kPa(條件同上)。第④層灰色淤泥質粘土,底板埋深18.0 m左右,厚約8.0 m,飽和,呈流塑狀,屬高壓縮性,Es0.1～0.2為2.26 MPa,Ps值為0.65 MPa,其地基承載力特征值fak一般為60 kPa,地基承載力設計值fd為75 kPa(條件同上)。這兩層合計厚度約14.5 m,是天然地基主要軟弱下臥層,沉降占總變形量的85%以上。第⑤層灰色粘土,含泥質結核和腐植質,底板埋深25.0 m,層厚約7.0 m,濕—很濕,呈流塑—軟塑狀,屬中等—高壓縮性,Es0.1～0.2為3.73 MPa,Ps值為0.90MPa,其地基承載力特征值fak一般為72 kPa,地基承載力設計值fd為90 kPa(條件同上),土質相對較好。此種類型組合的地基土對于3層或3層以下住宅,變形量能滿足規(guī)范的要求(15～20 cm),當上述建筑物范圍內若有明、暗浜通過,一般可通過換土墊層法或其他有效方法進行地基處理。對于4～6層住宅,主要看沉降量能不能滿足規(guī)范的要求(15～20 cm以內)。

根據(jù)上海市工程建設規(guī)范《巖土工程勘察規(guī)范》(DGJ08—37—2002)第13.4.2條規(guī)定,采用分層總和法估算,根據(jù)公式:

通過計算,各擬建物天然地基最終沉降量估算見表3。

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

根據(jù)以上計算結果可知:變形量不能滿足規(guī)范的要求(15～20 cm以內)。上海60年代修建了大量的4～6層住宅,當時受經(jīng)濟條件限制,沒有采用樁基,全部采用天然地基,沉降量很大,沉降量達40～50 cm,影響正常使用?，F(xiàn)在沉降仍未穩(wěn)定,仍在發(fā)展。4～6層住宅須采取地基加固,一般采用沉降控制復合樁基方案,以第⑤層灰色粘土做沉降控制復合樁基的持力層,采用200～250 mm的砼預制方樁。

2.2 砂嘴、砂島地區(qū)

上海長興島、崇明及泥城鎮(zhèn)地區(qū)屬砂嘴、砂島地貌類型,淺部地基土類型為第②1層褐黃色、灰黃色粉質粘土夾粘質粉土+第②3-1層灰色砂質粉土+第②3-2層灰色砂質粉土夾淤泥質粉質粘土+第④層灰色淤泥質粘土+第⑤1-1層灰色粘土?？梢?該地區(qū)缺失第③層灰色淤泥質粉質粘土,代以沉積第②3-1層灰色砂質粉土和第②3-2層灰色砂質粉土夾淤泥質粉質粘土。第②3-1層灰色砂質粉土,含云母,局部為粉砂,屬稍密、中密,為中等壓縮性,Es0.1～0.2為10.7 MPa,Ps值為4.92 MPa,地基承載力特征值fak為135 kPa,地基承載力設計值fd為170 kPa(其計算條件為:條形基礎,基礎寬度1.50 m,基礎埋深1.00 m,地下水位埋深0.50 m,不考慮下臥層強度和變形量)。第②3-2層灰色砂質粉土夾淤泥質粉質粘土,夾5～7cm淤泥質粉質粘土,屬稍密,為中等壓縮性,Es0.1～0.2為5.47 MPa,Ps值為2.13 MPa,地基承載力特征值fak為120 kPa,地基承載力設計值fd為150 kPa(條件同上)。綜上所述,該兩層合計約12.0 m左右,土質較好,是較好的下臥層。該兩層孔隙比較大,滲透系數(shù)為2.0E-04 cm/s～4.0E-03 cm/s左右,滲透性好,有利排水固結,壓縮模量大,對天然地基具有沉降量小的特點。第②1層褐黃色粉質粘土夾粘質粉土,土質較好,含鐵錳質結核,夾5～7 cm粘質粉土,為中等壓縮性,Es0.1～0.2為5.95 MPa,Ps平均值1.27 MPa,底板埋深2.0 m,層厚一般1.20 m,地基承載力特征值fak為96 kPa,地基承載力設計值fd為120 kPa(條件同上),可作為3層或3層以下住宅的天然地基持力層。對于4～6層多層住宅,地基承載力是夠的,主要看變形量能不能滿足規(guī)范的要求(15～20 cm以內)。

根據(jù)上海市工程建設規(guī)范《巖土工程勘察規(guī)范》(DGJ08—37—2002)第13.4.2條規(guī)定,采用分層總和法估算,根據(jù)公式:

通過計算,各擬建物天然地基最終沉降量估算見表4。

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

根據(jù)以上計算結果可知,沉降量能滿足規(guī)范的要求(15～20 cm以內)。根據(jù)泥城鎮(zhèn)社區(qū)E地塊住宅及長興島鳳凰鄉(xiāng)配套商品房類似工程經(jīng)驗(地基土分布相似,6層建筑),實測基礎沉降量一般在8～13 cm,沉降穩(wěn)定時間一般為3～5年,故本地區(qū)4～6層住宅一般可采用天然地基方案。

該地區(qū)水系較發(fā)育,有較多呈枝狀分布的明、暗浜分布,如果上述建筑物范圍內有明、暗浜通過,當其切割建筑物面積<1/3時,一般可通過換填夯實方法進行地基處理。當其切割建筑物面積>1/3時,換填夯實方法進行地基處理費用一般較大,建議采用樁基。

3 基礎施工須注意的問題

(1)因本場地從2.0～14.0 m左右均為砂質粉土,地下水位較高,開挖時易產(chǎn)生坑壁垮塌、涌水、涌砂等現(xiàn)象,因此應做好地下水的降排水工作,可開挖導水渠,進行集中明排,必要時可采用輕型井點降水。同時基礎應盡量淺埋,最大限度的保留第②1層粉質粘土夾粘質粉土。

(2)人或機械在開挖基槽時,應盡可能減小對地基土的擾動,防止產(chǎn)生橡皮土。

4 結論

(1)上海濱海平原地區(qū)1～3層住宅采用天然地基,4～6層住宅采用天然地基,沉降不能滿足要求,須采用地基加固,可采用沉降控制復合樁基。上海砂嘴、砂島地區(qū),第②1層下面分布有12.0 m左右的粉性土或砂土,第②1層可作為1～6層住宅的天然地基持力層,變形量能滿足規(guī)范的要求(15～20 cm以內)。

(2)上海砂嘴、砂島地區(qū)地基開挖時易產(chǎn)生坑壁垮塌、涌水、涌砂等現(xiàn)象,應做好地下水的降排水工作,人或機械在開挖基槽時,應盡可能減小對地基土的擾動,防止產(chǎn)生橡皮土。

[1] DGJ08—9—2003,建筑抗震設計規(guī)程[S].

[2] DGJ08—11—1999,地基基礎設計規(guī)范[S].

[3] DGJ08—37—2002,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[4] JGJ94—2008,建筑樁基技術規(guī)范[S].

[5] 陳仲頤,周景星,王洪瑾.土力學[M].北京:清華大學出版社,1994:113-143.

(責任編輯:潘 瀟)

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

艾建軍(1974-),男,工程師,水文專業(yè),從事巖土工程勘察工作。E-mail:wkshfy@vip.sina.com