上海地區(qū)地基土為松軟土,形成年代較新,固結(jié)度低,土質(zhì)軟弱,土層呈帶狀分布,有一定規(guī)律。解放前,建筑物大都是2~3層的普通民宅,高層建筑不多,大型工業(yè)建筑也較少,因此采用天然地基較多,地基的容許承載力,傳統(tǒng)采用每平方米8噸(80千帕),有“老8噸”的習(xí)慣用法,很多3層及3層以上的建筑采用木樁。解放后,上海巖土工程技術(shù)有很大發(fā)展,對(duì)全市的地質(zhì)勘察資料進(jìn)行了匯總和分析,從承載力和沉降變形兩個(gè)方面進(jìn)行分析研究,使天然地基的合理利用達(dá)到較高水平,6層以下住宅等民用建筑大部分不打樁,節(jié)約了大量資金和材料。
1958~1960年,上海市城建局勘察總隊(duì)副隊(duì)長(zhǎng)孫更生組織全市大部分勘察單位,進(jìn)行了33個(gè)城鄉(xiāng)規(guī)劃地區(qū)的工程地質(zhì)普查,共打鉆孔約2000個(gè),取土樣2萬(wàn)個(gè),進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)資料的相關(guān)關(guān)系分析,發(fā)現(xiàn)各土層的固結(jié)快剪C、ø值和壓縮模量E1-2與土的類(lèi)別和孔隙比有較好的關(guān)系,從而編制了統(tǒng)計(jì)值表格,列為1963年《上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》附件,兩次再版中仍然保留。由于軟粘土中往往夾有粉砂薄層,固結(jié)快剪的C、ø值不甚穩(wěn)定,有時(shí)統(tǒng)計(jì)值反而更為合理。同時(shí)編制的《1∶10000工程地質(zhì)圖集》,以地基容許承載力為主,劃分小區(qū),有分區(qū)工程地質(zhì)剖面和土工指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值,并標(biāo)明鉆孔位置、暗浜位置、試樁和載荷試驗(yàn)位置圖,還圈出可能產(chǎn)生流砂的地區(qū)和可利用的樁基持力層的埋深等,內(nèi)容較為豐富,根據(jù)各區(qū)的不同地質(zhì)條件,地基土的容許承載力范圍為7~14噸/平方米(70~140千帕),有的地區(qū)容許承載力由傳統(tǒng)的“老8噸”提高到13~14噸/平方米(130~140千帕)。
1960~1967年,上海民用院按照《工程地質(zhì)圖集》提供了700多項(xiàng)中小型工程的勘察報(bào)告,以后調(diào)查了數(shù)十幢按圖采用地基容許承載力的住宅,平均沉降量為10~20厘米,未發(fā)現(xiàn)因不均勻沉降而發(fā)生裂縫。1984年,上海地礦局勘察公司、上??辈煸骸⑷皆嚎辈焯幍葐挝?,匯總上海地區(qū)土層分布規(guī)律,結(jié)合土層的地質(zhì)成因,土的工程分類(lèi)和分布情況,匯總成《上海市地基土層次名稱(chēng)表》,按垂直向分布和地質(zhì)時(shí)代及成因類(lèi)型,野外鑒別特征,給予地層編號(hào),改變了過(guò)去地層編號(hào)混亂情況,對(duì)巖土工程人員不論勘察、設(shè)計(jì)和施工都提供了方便。如②號(hào)土是作為天然地基持力層的褐黃色粉質(zhì)粘土,而⑥號(hào)土則是晚更新世Q4 3的暗綠色、草黃色的粘性土,是上海地質(zhì)的重要標(biāo)志層。上海地區(qū)如無(wú)地震液化問(wèn)題,六層的住宅都采用天然地基,不采用樁基,由于上部結(jié)構(gòu)采用了抗裂措施,防止了上部結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂。
天然地基的較大沉降量,是上海軟土地基的一個(gè)特點(diǎn)。在采用一般結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)壓力和施工方法,特別是采用一般加荷速率的情況下,建筑物有較大的沉降和一定程度的不均勻沉降,但不會(huì)發(fā)生地基的破壞。1963年,地基規(guī)范編制組曾對(duì)百余幢建筑物的沉降觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì),平均沉降量為:磚承重結(jié)構(gòu)10~40厘米,單層排架結(jié)構(gòu)20~50厘米,多層框架結(jié)構(gòu)15~30厘米,箱形基礎(chǔ)15~160厘米,盡管沉降量較大,但并未影響建筑物的安全使用。箱形基礎(chǔ)是天然地基的另一種形式。有的建筑物超過(guò)6~7層,甚至達(dá)到12層左右,由于地基承受的荷載較大,或是由于人防的要求,采用了箱形基礎(chǔ)。較為典型的是中蘇友好大廈(現(xiàn)上海展覽中心)中央大廳箱形基礎(chǔ)的沉降情況。該館由蘇聯(lián)專(zhuān)家設(shè)計(jì),采用的基底總壓力為130千帕(13噸/平方米),未作沉降驗(yàn)算,由于箱基的寬度較大,受影響的壓縮層較深,因此產(chǎn)生了過(guò)大的沉降量。完工后11年,累計(jì)沉降量達(dá)1.6米(90年代已超過(guò)2米),相對(duì)傾斜為0.44%,平均沉降速率在施工期間為5.4毫米/日,3年減至0.1毫米/日,但仍持續(xù)發(fā)生沉降。盡管沉降量很大,鄰近地表沒(méi)有發(fā)生隆起現(xiàn)象,但給使用和相鄰建筑帶來(lái)不良影響,由于中央大廳沉降過(guò)大,地坪標(biāo)高反比兩側(cè)展覽廳為低,已建的階梯只得廢棄重鋪。由于沉降過(guò)大,把貼鄰的條形基礎(chǔ)帶著下沉,使相鄰建筑嚴(yán)重開(kāi)裂,不得不進(jìn)行加固。
從1974年起,建設(shè)部建筑科學(xué)研究院地基所、華東工業(yè)院和同濟(jì)大學(xué)巖土工程系(現(xiàn)地下建筑與工程系)、上海市政工程研究所等單位在康樂(lè)大樓、華盛大樓、胸科醫(yī)院大樓和四平大樓等建筑物的箱形基礎(chǔ)內(nèi),埋設(shè)沉降觀測(cè)標(biāo),土壓力盒和鋼筋應(yīng)力計(jì)等進(jìn)行原位觀測(cè),積累了工程經(jīng)驗(yàn)。為了研究輕型井點(diǎn)降水條件下埋深較大的箱形基礎(chǔ)地基變形規(guī)律,在康樂(lè)大樓和四平大樓兩個(gè)工程中埋設(shè)一般沉降標(biāo)和回彈標(biāo),在華盛大樓和胸科醫(yī)院大樓兩個(gè)工程中,還埋設(shè)了分層標(biāo);并由同濟(jì)大學(xué)土工試驗(yàn)室在室內(nèi)用固結(jié)儀按5個(gè)階段(降水預(yù)壓——基坑開(kāi)挖——基礎(chǔ)施工——停止降水——上部結(jié)構(gòu)施工和使用)的地基受力狀態(tài),進(jìn)行壓縮和回彈試驗(yàn)。在華盛大樓,胸科大樓和四平大樓3個(gè)工程的基礎(chǔ)底面,還埋設(shè)了滲壓計(jì)觀測(cè)地下水浮力的大小,并研究基底壓力是否對(duì)浮力有影響,通過(guò)實(shí)測(cè)資料得出結(jié)論:地下水的浮力是客觀存在的,基底浮力的大小,取決于地下水位的高低,與基底壓力增大無(wú)關(guān),考慮按全部浮力計(jì)算基底的有效壓力,可以充分挖掘地基的潛在能力,降低基礎(chǔ)造價(jià),胸科醫(yī)院大樓按此原則計(jì)算,取得很好效果,大樓使用正常。由此,70年代上海自行設(shè)計(jì)施工的箱形基礎(chǔ),一般沉降量控制在20~30厘米以內(nèi),竣工后使用正常,沒(méi)有發(fā)生過(guò)量沉降。
在深基礎(chǔ)方面,上海也取得許多重大成果,1970年,華東電力院設(shè)計(jì)的高橋半地下式熱電廠,采用直徑68米,高28.5米,面積為3630平方米的圓形鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu),是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的沉井,獲全國(guó)和上海市科學(xué)大會(huì)成果獎(jiǎng)。
1958~1960年,上海市城建局勘察總隊(duì)副隊(duì)長(zhǎng)孫更生組織全市大部分勘察單位,進(jìn)行了33個(gè)城鄉(xiāng)規(guī)劃地區(qū)的工程地質(zhì)普查,共打鉆孔約2000個(gè),取土樣2萬(wàn)個(gè),進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)資料的相關(guān)關(guān)系分析,發(fā)現(xiàn)各土層的固結(jié)快剪C、ø值和壓縮模量E1-2與土的類(lèi)別和孔隙比有較好的關(guān)系,從而編制了統(tǒng)計(jì)值表格,列為1963年《上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》附件,兩次再版中仍然保留。由于軟粘土中往往夾有粉砂薄層,固結(jié)快剪的C、ø值不甚穩(wěn)定,有時(shí)統(tǒng)計(jì)值反而更為合理。同時(shí)編制的《1∶10000工程地質(zhì)圖集》,以地基容許承載力為主,劃分小區(qū),有分區(qū)工程地質(zhì)剖面和土工指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值,并標(biāo)明鉆孔位置、暗浜位置、試樁和載荷試驗(yàn)位置圖,還圈出可能產(chǎn)生流砂的地區(qū)和可利用的樁基持力層的埋深等,內(nèi)容較為豐富,根據(jù)各區(qū)的不同地質(zhì)條件,地基土的容許承載力范圍為7~14噸/平方米(70~140千帕),有的地區(qū)容許承載力由傳統(tǒng)的“老8噸”提高到13~14噸/平方米(130~140千帕)。
1960~1967年,上海民用院按照《工程地質(zhì)圖集》提供了700多項(xiàng)中小型工程的勘察報(bào)告,以后調(diào)查了數(shù)十幢按圖采用地基容許承載力的住宅,平均沉降量為10~20厘米,未發(fā)現(xiàn)因不均勻沉降而發(fā)生裂縫。1984年,上海地礦局勘察公司、上??辈煸骸⑷皆嚎辈焯幍葐挝?,匯總上海地區(qū)土層分布規(guī)律,結(jié)合土層的地質(zhì)成因,土的工程分類(lèi)和分布情況,匯總成《上海市地基土層次名稱(chēng)表》,按垂直向分布和地質(zhì)時(shí)代及成因類(lèi)型,野外鑒別特征,給予地層編號(hào),改變了過(guò)去地層編號(hào)混亂情況,對(duì)巖土工程人員不論勘察、設(shè)計(jì)和施工都提供了方便。如②號(hào)土是作為天然地基持力層的褐黃色粉質(zhì)粘土,而⑥號(hào)土則是晚更新世Q4 3的暗綠色、草黃色的粘性土,是上海地質(zhì)的重要標(biāo)志層。上海地區(qū)如無(wú)地震液化問(wèn)題,六層的住宅都采用天然地基,不采用樁基,由于上部結(jié)構(gòu)采用了抗裂措施,防止了上部結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂。
天然地基的較大沉降量,是上海軟土地基的一個(gè)特點(diǎn)。在采用一般結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)壓力和施工方法,特別是采用一般加荷速率的情況下,建筑物有較大的沉降和一定程度的不均勻沉降,但不會(huì)發(fā)生地基的破壞。1963年,地基規(guī)范編制組曾對(duì)百余幢建筑物的沉降觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì),平均沉降量為:磚承重結(jié)構(gòu)10~40厘米,單層排架結(jié)構(gòu)20~50厘米,多層框架結(jié)構(gòu)15~30厘米,箱形基礎(chǔ)15~160厘米,盡管沉降量較大,但并未影響建筑物的安全使用。箱形基礎(chǔ)是天然地基的另一種形式。有的建筑物超過(guò)6~7層,甚至達(dá)到12層左右,由于地基承受的荷載較大,或是由于人防的要求,采用了箱形基礎(chǔ)。較為典型的是中蘇友好大廈(現(xiàn)上海展覽中心)中央大廳箱形基礎(chǔ)的沉降情況。該館由蘇聯(lián)專(zhuān)家設(shè)計(jì),采用的基底總壓力為130千帕(13噸/平方米),未作沉降驗(yàn)算,由于箱基的寬度較大,受影響的壓縮層較深,因此產(chǎn)生了過(guò)大的沉降量。完工后11年,累計(jì)沉降量達(dá)1.6米(90年代已超過(guò)2米),相對(duì)傾斜為0.44%,平均沉降速率在施工期間為5.4毫米/日,3年減至0.1毫米/日,但仍持續(xù)發(fā)生沉降。盡管沉降量很大,鄰近地表沒(méi)有發(fā)生隆起現(xiàn)象,但給使用和相鄰建筑帶來(lái)不良影響,由于中央大廳沉降過(guò)大,地坪標(biāo)高反比兩側(cè)展覽廳為低,已建的階梯只得廢棄重鋪。由于沉降過(guò)大,把貼鄰的條形基礎(chǔ)帶著下沉,使相鄰建筑嚴(yán)重開(kāi)裂,不得不進(jìn)行加固。
從1974年起,建設(shè)部建筑科學(xué)研究院地基所、華東工業(yè)院和同濟(jì)大學(xué)巖土工程系(現(xiàn)地下建筑與工程系)、上海市政工程研究所等單位在康樂(lè)大樓、華盛大樓、胸科醫(yī)院大樓和四平大樓等建筑物的箱形基礎(chǔ)內(nèi),埋設(shè)沉降觀測(cè)標(biāo),土壓力盒和鋼筋應(yīng)力計(jì)等進(jìn)行原位觀測(cè),積累了工程經(jīng)驗(yàn)。為了研究輕型井點(diǎn)降水條件下埋深較大的箱形基礎(chǔ)地基變形規(guī)律,在康樂(lè)大樓和四平大樓兩個(gè)工程中埋設(shè)一般沉降標(biāo)和回彈標(biāo),在華盛大樓和胸科醫(yī)院大樓兩個(gè)工程中,還埋設(shè)了分層標(biāo);并由同濟(jì)大學(xué)土工試驗(yàn)室在室內(nèi)用固結(jié)儀按5個(gè)階段(降水預(yù)壓——基坑開(kāi)挖——基礎(chǔ)施工——停止降水——上部結(jié)構(gòu)施工和使用)的地基受力狀態(tài),進(jìn)行壓縮和回彈試驗(yàn)。在華盛大樓,胸科大樓和四平大樓3個(gè)工程的基礎(chǔ)底面,還埋設(shè)了滲壓計(jì)觀測(cè)地下水浮力的大小,并研究基底壓力是否對(duì)浮力有影響,通過(guò)實(shí)測(cè)資料得出結(jié)論:地下水的浮力是客觀存在的,基底浮力的大小,取決于地下水位的高低,與基底壓力增大無(wú)關(guān),考慮按全部浮力計(jì)算基底的有效壓力,可以充分挖掘地基的潛在能力,降低基礎(chǔ)造價(jià),胸科醫(yī)院大樓按此原則計(jì)算,取得很好效果,大樓使用正常。由此,70年代上海自行設(shè)計(jì)施工的箱形基礎(chǔ),一般沉降量控制在20~30厘米以內(nèi),竣工后使用正常,沒(méi)有發(fā)生過(guò)量沉降。
在深基礎(chǔ)方面,上海也取得許多重大成果,1970年,華東電力院設(shè)計(jì)的高橋半地下式熱電廠,采用直徑68米,高28.5米,面積為3630平方米的圓形鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu),是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的沉井,獲全國(guó)和上海市科學(xué)大會(huì)成果獎(jiǎng)。