上海地區(qū)地基土為松軟土,形成年代較新,固結度低,土質軟弱,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,上海巖土工程技術有很大發(fā)展,對全市的地質勘察資料進行了匯總和分析,從承載力和沉降變形兩個方面進行分析研究,使天然地基的合理利用達到較高水平,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副隊長孫更生組織全市大部分勘察單位,進行了33個城鄉(xiāng)規(guī)劃地區(qū)的工程地質普查,共打鉆孔約2000個,取土樣2萬個,進行室內土工試驗資料的相關關系分析,發(fā)現各土層的固結快剪C、ø值和壓縮模量E1-2與土的類別和孔隙比有較好的關系,從而編制了統(tǒng)計值表格,列為1963年《上海地基基礎設計規(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,固結快剪的C、ø值不甚穩(wěn)定,有時統(tǒng)計值反而更為合理。同時編制的《1∶10000工程地質圖集》,以地基容許承載力為主,劃分小區(qū),有分區(qū)工程地質剖面和土工指標統(tǒng)計值,并標明鉆孔位置、暗浜位置、試樁和載荷試驗位置圖,還圈出可能產生流砂的地區(qū)和可利用的樁基持力層的埋深等,內容較為豐富,根據各區(qū)的不同地質條件,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《工程地質圖集》提供了700多項中小型工程的勘察報告,以后調查了數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,結合土層的地質成因,土的工程分類和分布情況,匯總成《上海市地基土層次名稱表》,按垂直向分布和地質時代及成因類型,野外鑒別特征,給予地層編號,改變了過去地層編號混亂情況,對巖土工程人員不論勘察、設計和施工都提供了方便。如②號土是作為天然地基持力層的褐黃色粉質粘土,而⑥號土則是晚更新世Q4 3的暗綠色、草黃色的粘性土,是上海地質的重要標志層。上海地區(qū)如無地震液化問題,六層的住宅都采用天然地基,不采用樁基,由于上部結構采用了抗裂措施,防止了上部結構的開裂。
天然地基的較大沉降量,是上海軟土地基的一個特點。在采用一般結構形式、基礎壓力和施工方法,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,但不會發(fā)生地基的破壞。1963年,地基規(guī)范編制組曾對百余幢建筑物的沉降觀測資料進行統(tǒng)計,平均沉降量為:磚承重結構10~40厘米,單層排架結構20~50厘米,多層框架結構15~30厘米,箱形基礎15~160厘米,盡管沉降量較大,但并未影響建筑物的安全使用。箱形基礎是天然地基的另一種形式。有的建筑物超過6~7層,甚至達到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。較為典型的是中蘇友好大廈(現上海展覽中心)中央大廳箱形基礎的沉降情況。該館由蘇聯專家設計,采用的基底總壓力為130千帕(13噸/平方米),未作沉降驗算,由于箱基的寬度較大,受影響的壓縮層較深,因此產生了過大的沉降量。完工后11年,累計沉降量達1.6米(90年代已超過2米),相對傾斜為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,鄰近地表沒有發(fā)生隆起現象,但給使用和相鄰建筑帶來不良影響,由于中央大廳沉降過大,地坪標高反比兩側展覽廳為低,已建的階梯只得廢棄重鋪。由于沉降過大,把貼鄰的條形基礎帶著下沉,使相鄰建筑嚴重開裂,不得不進行加固。
從1974年起,建設部建筑科學研究院地基所、華東工業(yè)院和同濟大學巖土工程系(現地下建筑與工程系)、上海市政工程研究所等單位在康樂大樓、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內,埋設沉降觀測標,土壓力盒和鋼筋應力計等進行原位觀測,積累了工程經驗。為了研究輕型井點降水條件下埋深較大的箱形基礎地基變形規(guī)律,在康樂大樓和四平大樓兩個工程中埋設一般沉降標和回彈標,在華盛大樓和胸科醫(yī)院大樓兩個工程中,還埋設了分層標;并由同濟大學土工試驗室在室內用固結儀按5個階段(降水預壓——基坑開挖——基礎施工——停止降水——上部結構施工和使用)的地基受力狀態(tài),進行壓縮和回彈試驗。在華盛大樓,胸科大樓和四平大樓3個工程的基礎底面,還埋設了滲壓計觀測地下水浮力的大小,并研究基底壓力是否對浮力有影響,通過實測資料得出結論: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,與基底壓力增大無關,考慮按全部浮力計算基底的有效壓力,可以充分挖掘地基的潛在能力,降低基礎造價,胸科醫(yī)院大樓按此原則計算,取得很好效果,大樓使用正常。由此,70年代上海自行設計施工的箱形基礎,一般沉降量控制在20~30厘米以內,竣工后使用正常,沒有發(fā)生過量沉降。
在深基礎方面,上海也取得許多重大成果,1970年,華東電力院設計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構,是當時國內的沉井,獲全國和上海市科學大會成果獎。
1958~1960年,上海市城建局勘察總隊副隊長孫更生組織全市大部分勘察單位,進行了33個城鄉(xiāng)規(guī)劃地區(qū)的工程地質普查,共打鉆孔約2000個,取土樣2萬個,進行室內土工試驗資料的相關關系分析,發(fā)現各土層的固結快剪C、ø值和壓縮模量E1-2與土的類別和孔隙比有較好的關系,從而編制了統(tǒng)計值表格,列為1963年《上海地基基礎設計規(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,固結快剪的C、ø值不甚穩(wěn)定,有時統(tǒng)計值反而更為合理。同時編制的《1∶10000工程地質圖集》,以地基容許承載力為主,劃分小區(qū),有分區(qū)工程地質剖面和土工指標統(tǒng)計值,并標明鉆孔位置、暗浜位置、試樁和載荷試驗位置圖,還圈出可能產生流砂的地區(qū)和可利用的樁基持力層的埋深等,內容較為豐富,根據各區(qū)的不同地質條件,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《工程地質圖集》提供了700多項中小型工程的勘察報告,以后調查了數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,結合土層的地質成因,土的工程分類和分布情況,匯總成《上海市地基土層次名稱表》,按垂直向分布和地質時代及成因類型,野外鑒別特征,給予地層編號,改變了過去地層編號混亂情況,對巖土工程人員不論勘察、設計和施工都提供了方便。如②號土是作為天然地基持力層的褐黃色粉質粘土,而⑥號土則是晚更新世Q4 3的暗綠色、草黃色的粘性土,是上海地質的重要標志層。上海地區(qū)如無地震液化問題,六層的住宅都采用天然地基,不采用樁基,由于上部結構采用了抗裂措施,防止了上部結構的開裂。
天然地基的較大沉降量,是上海軟土地基的一個特點。在采用一般結構形式、基礎壓力和施工方法,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,但不會發(fā)生地基的破壞。1963年,地基規(guī)范編制組曾對百余幢建筑物的沉降觀測資料進行統(tǒng)計,平均沉降量為:磚承重結構10~40厘米,單層排架結構20~50厘米,多層框架結構15~30厘米,箱形基礎15~160厘米,盡管沉降量較大,但并未影響建筑物的安全使用。箱形基礎是天然地基的另一種形式。有的建筑物超過6~7層,甚至達到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。較為典型的是中蘇友好大廈(現上海展覽中心)中央大廳箱形基礎的沉降情況。該館由蘇聯專家設計,采用的基底總壓力為130千帕(13噸/平方米),未作沉降驗算,由于箱基的寬度較大,受影響的壓縮層較深,因此產生了過大的沉降量。完工后11年,累計沉降量達1.6米(90年代已超過2米),相對傾斜為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,鄰近地表沒有發(fā)生隆起現象,但給使用和相鄰建筑帶來不良影響,由于中央大廳沉降過大,地坪標高反比兩側展覽廳為低,已建的階梯只得廢棄重鋪。由于沉降過大,把貼鄰的條形基礎帶著下沉,使相鄰建筑嚴重開裂,不得不進行加固。
從1974年起,建設部建筑科學研究院地基所、華東工業(yè)院和同濟大學巖土工程系(現地下建筑與工程系)、上海市政工程研究所等單位在康樂大樓、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內,埋設沉降觀測標,土壓力盒和鋼筋應力計等進行原位觀測,積累了工程經驗。為了研究輕型井點降水條件下埋深較大的箱形基礎地基變形規(guī)律,在康樂大樓和四平大樓兩個工程中埋設一般沉降標和回彈標,在華盛大樓和胸科醫(yī)院大樓兩個工程中,還埋設了分層標;并由同濟大學土工試驗室在室內用固結儀按5個階段(降水預壓——基坑開挖——基礎施工——停止降水——上部結構施工和使用)的地基受力狀態(tài),進行壓縮和回彈試驗。在華盛大樓,胸科大樓和四平大樓3個工程的基礎底面,還埋設了滲壓計觀測地下水浮力的大小,并研究基底壓力是否對浮力有影響,通過實測資料得出結論: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,與基底壓力增大無關,考慮按全部浮力計算基底的有效壓力,可以充分挖掘地基的潛在能力,降低基礎造價,胸科醫(yī)院大樓按此原則計算,取得很好效果,大樓使用正常。由此,70年代上海自行設計施工的箱形基礎,一般沉降量控制在20~30厘米以內,竣工后使用正常,沒有發(fā)生過量沉降。
在深基礎方面,上海也取得許多重大成果,1970年,華東電力院設計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構,是當時國內的沉井,獲全國和上海市科學大會成果獎。