2006年第4期杨建刚:工程物探方法在上海城市建设与管理中的应用上海市工程地质结构特征严学新史玉金(上海 市地质调查研究院2 00 0 7 2)摘要关健词根据前人的研究,结合三维城市地质调查取得的阶段成果,对上海市域 工程地质研究程度、工程地质层的划分及其工程地质结构特征、工程地质分区及分区评价进行了论述工程地质分区上海前言上海市地处长江三角洲东缘,系江、河、湖、海动力作用条件下形成的广裹堆积平原区内河渠交织成网,湖塘星 罗棋布全区地势平坦,略成东高西低的倾斜状平原地面高程 (吴淞基准面)一般为2.Zm一4.sm,其中高程在4.om以下的地区约占全区总 面积的5 0%左右上海市的工程地质工作起于上世纪5 0年代,后来随着城市建设 的发展,为城市规划、市政建设、高层建筑和地面沉降等方面又进行了大量的工程地质勘察和研究工作,特别是通过200 4年启动的三维城市地质调查,取得了丰富的资料根据前人的研究,结合三维城市地质调查的取得的阶段成果,对上海市工程地质结构特征作进一步研究,本文即是初步成果1工程地质研究程度自二十世纪5 0年代以来,上海市进行区域、专项、工业与民用建筑地质勘察等大量的工程地质工作。
区域工程地质调查:结合城市规划、供水需要系统地进行了工程地质调查工作,198 2年,上海市水文地质工程地质队 开展了上海市1:1 0万工程地质普查,查明了 7 5m以浅土体的岩性、成因类型、地质年代、工程地质特性及动力地质作用(现象)的区域性分布规律对主要工程地质问题作了较为全面的论述专项工程地质调查:结合卫星城镇、工业基地建设,开展了如嘉定县城、星火一潜径地区的专门工程地质与水文地质调查工作199 1年为配合编制城市总体规划,进行了城区1:2万工程地质详查工作,完成了城区约60 0k澎工程地质勘察,为建筑设计和规划部门提供地质依据基本掌握了上海市工程地质特征,对工程适宜性进行了评价所取得的成果,已成 为上海市地基基础设计、城市供水的重要基础资料线性工程工程地质勘察:近年来,随着城市建设的快速发展,兴建了大批地 铁、隧道、高速公路等线性工程,由此积累了大量的工程地质勘察资料工业与民用建筑地质勘察:资料散存于各勘察单位,但多数工程集中于市中心城区三维城市地质调查:200 4年启动,旨在建立系统的平面上 以中心城区、外环线以外陆域、河口滨海地区的工程建设层的地质结构模型,为地下空 间开发、建筑桩基适宜性评价、工程地质概念模型、城市规划、建设与管理工作需要的开放、动态的三维可视化城市地质信息咨询与服务平台的依据。
通过上述大量各种不同精度、不同用途的工程地质工作,基本查明了上海市域的工程地质条件,为地下空间开发、建筑桩基适宜性评价、城市规划、建设与管理提供了基础依据2工程地质层的划分及其工程地质特征收稿日期:20 06一11一2 7第一作者简介:严学新,男,1961年1 2月生,教授级高级工程师,本科,从事工程地 质、环境地质工作总第100期·20·上海地质Sha nghaiGe olo盯上海境内除西南部裸露有零星火山岩残丘外,2.1工程地质层的划分基岩面被厚约25 0m~35 0m的第四系所覆盖境内结合上海地区的特点及工程地质研究需要,在裸露的岩体分布于西南部的青浦、金山、松江县的佘第四纪地层划分的基础上,对工程影响深度(1 00m)山、天 马 山、秦皇山等孤山残丘及杭州湾水域孤岛第四纪地层以其生成时代、成因类型及其主要的工其岩性为坚 硬块状的中一酸性火成岩由于基岩出程地质特征为依据,岩性、结构及其物理力学性质指露面积甚少,〔程地质条件的研究主要是针对第四标的差异,划分出若干工程地质(亚)层系松散土体表1上海区工程地质层划分简表Tab.1Thema sso fdivisio no ftheeng ineer inggeologielayer s岩 性特征层号主要分布范 围褐黄色粘性土灰黄色粘性土、淤泥质粘性土灰色粉土、粉砂灰色淤泥质粉质粘土灰色淤泥质粘土灰色粘性土灰色砂质粉土、粉砂灰色粘性土灰绿 色粘性土暗绿一褐黄色粘性土草黄色一灰色粉土、砂土灰色粘性土暗绿一褐黄色粘性土草黄色粉性土灰色粉质粘土夹粉砂灰色粉质粘土与粉砂互层兰灰一褐黄色粉质粘土灰色砂质粉土夹粉质粘土褐黄色粉质粘土夹粉砂灰色粉质粘土灰色细砂、灰绿 细砂、含砾 中细砂、含砾中粗砂兰灰、褐黄、杂色粉质粘土夹细砂黄灰色粉细砂、中细砂、砂砾石º1、º2全区分布河口砂岛、东部海岸带、冲积平原普遍分布、河口砂岛局部地区缺失广泛分布-普遍分布分布在古河道区分布在古河道区分布在古河道区广泛分布,但在古河道区缺失广泛分布,但在河口砂岛及古河道深切区缺失普遍分布,但在浦东新区中部及南部缺失湖沼平原区西部湖沼平原区西部么一»一¼一氛一氢一氢一氛一¾一¿一督歇一吼À2_2普遍分布,但在 浦东新区中部及南部缺失湖沼平原区湖沼平原区湖沼平原区湖沼平原区叠一À一叠一吼普遍分布分布较普遍普遍分布Á一 一回2.2各工程地质层 的工程地质特征上海地仔埋深7 5m以内各工程地质层埋藏分布规律与特初分述如下:第º,、讼2粘性土层—表土层全区广泛分布,在黄浦江和吴淞江两岸局部地段缺失。
为卜海地区的表土层,顶面标高约在2.g m左右,一般厚度为lm一3m该层岩性在平面展布上存在着差异,河口砂岛地区为粉质粘土夹砂质粉土,具水平层理;滨海平原东部海岸地带地区则以粉质粘土为主;中心城区则以粘土为主;湖沼平原以粉质粘土为主垂向上以潜水面为界,上、下 工程地质性质差异明显,自上而下含水量增大、土性变软上层为褐黄色粘性土(º,) 层,稍湿一湿,可 塑,中压缩性,见有植物根茎及铁锰质斑点或小结核该层可作为浅基础的持力层,但基础宜浅埋下层为灰黄色淤泥质粘性土(º:) 层,很湿,软塑一流塑,中偏高一高压缩性第º3砂土、粉土层—第一砂层2006年第4期严学新等:上海市工程地质结构特征主要分布在河口砂岛地区的崇 明三岛以及滨海平原东部海岸带的浦东新区东部和冲积平原(黄浦江、苏州河古河道)地段,分布基本呈条带状滨海平原东部海岸带厚度5.om一10.om,岩性为灰色砂质粉土其它陆域地段厚度一般小于sm,岩性为灰色粉砂、砂质粉土夹薄层粉质粘土冲积平原沿吴淞江、黄浦江两岸厚度大,一般为6m左右,其中吴淞江与黄浦江汇合处厚度最大,岩性以砂质粉土为主河口砂岛区厚度最大,且层顶埋深浅,约在Zm一3m之间,厚度介于1 4m一2 8m之 间,岩性以灰色砂质粉土为主,粉砂及粘质粉土次之,稍密,气孔发育,矿物成份以石英为主,长石次之,暗色矿物少量,并夹有较多的云母、贝壳碎屑。
由于沉积环境上的差异,其埋藏条件、岩性的颗粒组份和工程地质性质在纵向及平面分布上亦相应不同由于埋藏较浅,结构较松散,开挖时在水压力作用下易产生流砂,当地震设防烈度为7度时,有可能产生震动液化现象第»淤泥质粉质粘土层—软土层河口砂岛区的崇明三岛被后期º3层切割而缺失,陆域冲积平原区亦被º:层切割而不连续分布层顶标高为3.3 8m一7.3 8m,厚度为0.6m一Z I.om,由于沉积环境不同,湖沼平原区青浦、重固、安亭等地该层土的工程地质性质要好于滨海平原区,湖沼平原区该层土一般为粘性土,属中偏高压缩性土层,厚度较大而滨海平原区一般为软土层,属高压缩性土层,强度低,是天然地基的主要软弱下卧层在东部滨海平原区和宝山西部地区,第»层 中常夹有砂质粉土透镜体(»:层),该砂质粉土层层顶标高1.14m-一8.o sm,厚度0.sm一7.48m,饱和,稍密,中压缩性,基坑开挖过程 中易产生流砂现象第¼层淤泥质粘土—软土层西部湖沼平原局部因沉积间断而缺失,崇明岛西北部地区被后期º3层切割亦缺失层顶标高2.6 lm一1 9.2 0m,由西部向东部标高逐渐降低,厚度0.6m一1 7.6m饱和,流塑,横断面见有鱼鳞状构造,鳞片排列紧密,直径大小以lm一Zm m多见,粘土矿物成份主要为水云母、蒙脱石,层内夹少量微薄层粉土、粉砂,含贝壳碎屑,在滨海平原区,该层 底部常见有Zcm一1 0cm厚度的贝壳砂层。
该层土在上海地区土性变化不大,均具有压缩性高、强度低、渗透性低以及流变性和触变性等不 良工程地质特性,是上海地区典型的软土层,也是天然地基的主要软弱 下卧层第½层—一般粘性土层湖沼平原区西部因沉积间断而缺失,其余区域普遍分布顶板自西向东渐深,厚度因古河道分布变化大,最大厚度可达4 0余m,据其岩性差异可划分为四个工程地质亚层灰色粘性土层 (½;):普遍分布岩性上部一般为灰色粘土,下部为粉质粘土,根据岩性差异可分为½,_,灰色粘土层和½,_2灰色粉质粘土层湿-很湿,软塑,层内偶见似波状层理,局部夹较多薄层状粉砂,层内含有呈垂直分布的植物根茎和灰黄色泥质结核,属中偏高一高压缩性土层灰色粉砂夹砂质粉土层(½:):在第一硬土层(¾)缺失区局部分布,河口砂岛区分布较为普遍层顶标高西部较高,通常在一1 2.0 8m一2 0.犯m之间,东部和河口砂岛区标高较低,通常在一2 ( ).o om-一4 5.o om之间;河口砂岛区厚度较大,岩性为灰色砂质粉土夹粉砂,饱和,中密,具水平微层理,层内气孔发育,属中偏低压缩性该层厚度大时,可作为建筑物的桩基持力层也是区内的微承压含水层,地下工程活动时极易产生流砂现象。
灰色粉质粘土 (½):分布于第一硬土层(¾)缺失区该层埋深、厚度变化均较大层内富含有机质,局部地段呈灰黑色,夹有黑色泥炭薄层,层厚一般在0.sm左右,但炭化程度较差湿一很湿,软一可塑,中压缩性土层局部地段本层中夹粉砂层,夹层处见有斜层理或波状水平层理,该层由于封 闭环境中沉积,故一般含天然气灰绿色粘性土 (吼):分布于古河床边缘的第一硬土层(¾)缺失区,在东部滨海平原区沿古河道呈狭长条带状分布,顶板埋深通常在3 5.o n卜4 6.om,厚度在1.0m~3.0m之间,含有机质,偶夹粉砂薄层湿,可塑,中压缩性土层第¾层暗绿色粘性土层—第一硬土层在西部湖沼平原地区广泛、连续分布,东部滨海平原和冲积平原区由于被后期古河道切割成支离破碎,平面上呈块状分布,受长江河道影响,河口沙岛地区则荡然无存埋深 由西部向东部加深,西部埋深一般在3m一sm之间,宝山 区则在1 2m一1 6m之间,东部滨海平原和中心城区在 2 0m一2 5m之间,并在安亭、嘉定等区呈阶梯状分布厚度变化在2.Om上海地质ShanghaiGe olo舒总第100期·2 2·一1 2.6m之间,一般以3.Om一5.0m多见,本层自下而上大致有川下几个变化规律:岩性从粘质粉土、粉质粘土、粘土;土层颜色从土黄色、褐黄色。
草黄色、黄绿色草绿色、暗绿色;颗粒组份粘粒成分逐渐增加沙粒成份逐渐减少;矿物成份铁、锰氧化物从高价变为低价这些变化反映了其沉积环境从氧化*氧t 还原还原环境逐渐过渡本层下部略具水平层理,上部未见明显层理构造,含有铁锰质侵染斑点、结恢及少量植物残体本区的东南部一般以粘土为仁,其它分布区则以粘土及粉质粘土为主,稍湿一湿.可塑一硬可塑状态,属中等压缩性土该层土厚度较薄,作为桩基持力层时应进行适宜性评价该层亦为全新世底界的标志层第¿层一一第二砂层 在滨海平原的东南部地区与下伏Á层连通,河口砂岛区和卜:江南岸一带缺失埋深 由西向东部加深,安亭、嘉定地区层顶标高在一6.o om一1 2.om之间,宝山区层顶标高在一巧.o om一1 8.o om之间,厚度变化大,本层从上至下颗粒逐渐变粗,根据岩性差异又叮划分为上、下两个工程地质亚层:草黄色‘灰色砂质粉土层(¿1):饱和、中密,略具水平层理夹有少量贝壳碎片,属中偏低压缩性灰黄 色吩细砂层 (¿:):分选性好,饱和、中密一密实,属低压缩性土层具水平层理矿物成份以石英为仁,长石次之,暗色矿物少量,局部云母片富集第¿层砂层埋藏深度适中,具高强度、低压缩性特点,是上海地区大中型建构筑物良好的桩基持力层。
但由于 i找层承压水头较高,在深基坑、沉井、深埋隧道等地『工程施工时,应注意。