上海地基处理

上海地基处理(上海勘察设计志)
第一节天然地基
上海地区地基土为松软土，形成年代较新，固结度低，土质软弱，土层呈带状分布，有一定规律。

解放前，建筑物大都是2～3层的普通民宅，高层建筑不多，大型工业建筑也较少，因此采用天然地基较多，地基的容许承载力，传统采用每平方米8吨（80千帕），有“老8吨”的习惯用法，很多3层及3层以上的建筑采用木桩。

解放后，上海岩土工程技术有很大发展，对全市的地质勘察资料进行了汇总和分析，从承载力和沉降变形两个方面进行分析研究，使天然地基的合理利用达到较高水平，6层以下住宅等民用建筑大部分不打桩，节约了大量资金和材料。

1958～1960年，上海市城建局勘察总队副队长孙更生组织全市大部分勘察单位，进行了33个城乡规划地区的工程地质普查，共打钻孔约2000个，取土样2万个，进行室内土工试验资料的相关关系分析，发现各土层的固结快剪C、ø值和压缩模量E1-2与土的类别和孔隙比有较好的关系，从而编制了统计值表格，列为1963年《上海地基基础设计规范（试行）》附件，两次再版中仍然保留。

由于软粘土中往往夹有粉砂薄层，固结快剪的C、ø值不甚稳定，有时统计值反而更为合理。

同时编制的《1∶10000工程地质图集》，以地基容许承载力为主，划分小区，有分区工程地质剖面和土工指标统计值，并标明钻孔位置、暗浜位置、试桩和载荷试验位置图，还圈出可能产生流砂的地区和可利用的桩基持力层的埋深等，内容较为丰富，根据各区的不同地质条件，地基土的容许承载力范围为7～14吨/平方米（70～140千帕），有的地区容许承载力由传统的“老8吨”提高到13～14吨/平方米（130～140千帕）。

1960～1967年，上海民用院按照《工程地质图集》提供了700多项中小型工程的勘察报告，以后调查了数十幢按图采用地基容许承载力的住宅，平均沉降量为10～20厘米，未发现因不均匀沉降而发生裂缝。

1984年，上海地矿局勘察公司、上海勘察院、三航院勘察处等单位，汇总上海地区土层分布规律，结合土层的地质成因，土的工程分类和分布情况，汇总成《上海市
地基土层次名称表》，按垂直向分布和地质时代及成因类型，野外鉴别特征，给予地层编号，改变了过去地层编号混乱情况，对岩土工程人员不论勘察、设计和施工都提供了方便。

如②号土是作为天然地基持力层的褐黄色粉质粘土，而⑥号土则是晚更新世Q4 3的暗绿色、草黄色的粘性土，是上海地质的重要标志层。

上海地区如无地震液化问题，六层的住宅都采用天然地基，不采用桩基，由于上部结构采用了抗裂措施，防止了上部结构的开裂。

天然地基的较大沉降量，是上海软土地基的一个特点。

在采用一般结构形式、基础压力和施工方法，特别是采用一般加荷速率的情况下，建筑物有较大的沉降和一定程度的不均匀沉降，但不会发生地基的破坏。

1963年，地基规范编制组曾对百余幢建筑物的沉降观测资料进行统计，平均沉降量为：砖承重结构10～40厘米，单层排架结构20～50厘米，多层框架结构15～30厘米，箱形基础15～160厘米，尽管沉降量较大，但并未影响建筑物的安全使用。

箱形基础是天然地基的另一种形式。

有的建筑物超过6～7层，甚至达到12层左右，由于地基承受的荷载较大，或是由于人防的要求，采用了箱形基础。

较为典型的是中苏友好大厦（现上海展览中心）中央大厅箱形基础的沉降情况。

该馆由苏联专家设计，采用的基底总压力为130千帕（13吨/平方米），未作沉降验算，由于箱基的宽度较大，受影响的压缩层较深，因此产生了过大的沉降量。

完工后11年，累计沉降量达1.6米（90年代已超过2米），相对倾斜为0.44%，平均沉降速率在施工期间为5.4毫米/日，3年减至0.1毫米/日，但仍持续发生沉降。

尽管沉降量很大，邻近地表没有发生隆起现象，但给使用和相邻建筑带来不良影响，由于中央大厅沉降过大，地坪标高反比两侧展览厅为低，已建的阶梯只得废弃重铺。

由于沉降过大，把贴邻的条形基础带着下沉，使相邻建筑严重开裂，不得不进行加固。

从1974年起，建设部建筑科学研究院地基所、华东工业院和同济大学岩土工程系（现地下建筑与工程系）、上海市政工程研究所等单位在康乐大楼、华盛大楼、胸科医院大楼和四平大楼等建筑物的箱形基础内，埋设沉降观测标，土压力盒和钢筋应力计等进行原位观测，积累了工程经验。

为了研究轻型井点降水条件下埋深较大的箱形基础地基变形规律，在康乐大楼和四平大楼两个工程中埋设一般沉降标和回弹标，在华盛大楼和胸科医院大楼两个工程中，还埋
设了分层标；并由同济大学土工试验室在室内用固结仪按5个阶段（降水预压——基坑开挖——基础施工——停止降水——上部结构施工和使用）的地基受力状态，进行压缩和回弹试验。

在华盛大楼，胸科大楼和四平大楼3个工程的基础底面，还埋设了渗压计观测地下水浮力的大小，并研究基底压力是否对浮力有影响，通过实测资料得出结论：地下水的浮力是客观存在的，基底浮力的大小，取决于地下水位的高低，与基底压力增大无关，考虑按全部浮力计算基底的有效压力，可以充分挖掘地基的潜在能力，降低基础造价，胸科医院大楼按此原则计算，取得很好效果，大楼使用正常。

由此，70年代上海自行设计施工的箱形基础，一般沉降量控制在20～30厘米以内，竣工后使用正常，没有发生过量沉降。

在深基础方面，上海也取得许多重大成果，1970年，华东电力院设计的高桥半地下式热电厂，采用直径68米，高28.5米，面积为3630平方米的圆形钢筋混凝土沉井结构，是当时国内最大的沉井，获全国和上海市科学大会成果奖。

第二节桩基础
上海地区由于浅部地层软弱，承载力较低，天然地基变形量大，因此荷重较大，对变形要求较严的建筑物，大量采用桩基础（摩擦桩）。

新中国成立前建造的5层以上的房屋，大多采用木桩，长度从几米到几十米不等。

国际饭店下的洋松桩长达39.8米。

有些建筑物基础下采用组合桩，通常的做法是地下水位以下打入木桩，顶部接一段混凝土灌注桩，如衡山宾馆、电管局大楼、长江公寓、闸北电厂A站等均采用这种组桩。

也有一些房屋基础下采用单打沉管灌注桩。

新中国建立后木材供应紧张，50年代曾大量采用单打沉管灌注桩，由于施工期间连续沉桩产生的挤土作用，使未达到强度要求的邻近桩受挤压后产生桩身移位、折断。

或因施工管理不善，桩身产生缩颈现象。

因此，这种桩型到70年代时基本废弃不用。

在较长一段时间内，上海地区的桩基础，以钢筋混凝土预制桩占主导地位。

预制桩成本较低，质量控制较为可靠，施工周期较短，在各种不同的桩型中占有很大优势，至80～90年代，仍是广泛应用的桩型。

由于高层建筑、大型厂房、高炉、大桥等的建造，对桩基的承载能力和
地基的变形提出了更高要求，于是很多工程引进了钢管桩，预应力混凝土桩也普遍使用。

市区密集建筑群中打桩产生的一系列问题，又使钻孔灌注桩得到重视。

1985年，三航局预制厂从日本引进了高强度预应力混凝土管桩（PHC桩）生产流水线以后，第20冶金工业公司预制厂又自行设计了同类型的生产流水线，这种桩能部分取代钢管桩，已在上海大剧院等工程中得到应用，并供应香港、澳门地区。

在桩基持力层选择方面，80年代以前，由于锤击能量的限制，大多以暗绿色粘性土层作为理想的桩基持力层。

80年代后，柴油打桩锤的广泛使用，给桩基持力层的选择，提供了更大的余地，以⑦号粉砂土、⑨号砂性土作为桩基持力层的工程已有不少。

一、钢筋混凝土预制桩
从50年代开始到1977年以前，钢筋混凝土预制桩是桩基的一种主要形式。

50～60年代，除上海重型机器厂的万吨水压机和铸钢车间曾用过43米的长桩外，桩长多数在24～26米之间，以暗绿色粘性土作为持力层，设计单桩承载力为600～800千牛（60～80吨）。

70年代后期开始，上海各类高层建筑不断兴建，预制桩也有了很大发展。

l980年起，钢筋混凝土长桩长达45米，开始用于上海宾馆，后在电信大楼、华亭宾馆工程相继采用，利用⑦号粉土或粉砂作为桩基持力层，提高单桩承载力，减少建筑物沉降，取得显著的社会经济效益，使上海桩基础发展到一个新的水平。

在暗绿色粘性土层或第一砂层缺失或很薄，或下卧层较软弱的区域，建造30层以上的高层建筑，为控制沉降量，也有采用更长桩的，如华东工业院设计的虹桥宾馆和陆家宅沪办大楼（联合大厦），桩长均达60米。

90年代以来，超过100米的超高层的勘探，深度都要达到第⑨层粉细砂（上海的第2砂层）以内一定深度，是研究第2砂层作为桩基持力层可能性的依据。

上海地区采用的预制方桩，截面边长为20～50厘米，也有少数采用边长60厘米的，长度为5～60米，在工厂或施工现场预制，运输、堆放均较方便，由于桩身质量容易得到保证，承载力较高，耐久性较好，现有的沉桩机械型号齐全，施工便利，工期短，费用较其他桩型便宜，尤其是多年实践积累了较为成熟的经验，到1995年，预制桩仍在上海地区得到广泛使用。

预制桩的制作技术，多年来有很大改进，初期木材和劳动力消耗多，1956年，首先在江南造船厂1号万吨级船台工程中，改用重叠法密肋形浇筑，压缩了制桩场地，节约了木模、人工，提高了制桩速度，这项制桩技术，以后在全国推广，成效显著。

预制桩可以分节制造，分节施工，接桩原来采用钢桩帽电焊办法。

1972年，经有关设计、施工单位合作研制，采用硫磺胶泥锚接法获得成功。

经多年工程实践，该项工艺在严格保证操作质量前提下，能够安全地承受锤击施工应力，从1975年开始，用于多节预制桩工程，比焊接费用可节约70%左右。

80年代后期起，由于对桩基承载力的要求有所提高，加之硫磺胶泥的质量控制等因素，这种接头已很少采用。

在打桩设备方面，新中国建立前，桩基施工设备十分落后，全市仅有2台重7吨的蒸汽锤，大部分是蒸汽或电动落锤，甚至还有用原始的石硪或铸铁落锤，采用人工提升脱钩打桩。

1958年起，桩基任务增加，于是加工制造了一批蒸汽打桩机械，锤重最大为10吨。

在1977年以前，基本上都是靠蒸汽锤打桩。

1978年宝钢工程开工后，引进了3～7.2吨的柴油锤和履带式桩机。

以后发展到引进日本的8吨锤和联邦德国可调节冲击能量的D60、D62等更为先进的柴油锤。

上海工程机械厂在引进德国技术的基础上，已能生产D型系列的柴油锤。

80年代开始，蒸汽锤已被淘汰，柴油锤普遍使用。

进入90年代，上海第三航务工程局又引进了英国的高能量液压锤（ZHA-30型），已在金茂大厦工程中应用。

在港区改造中，1965年率先采用压桩施工，设备能力为150吨和80吨两种，到90年代，已经发展到300吨到500吨。

1972年开始，将压桩使用于桩长约20米的许多工业和民用建筑工程，1986年上海勘察院在金山水泥厂施工的71米长静压桩达到1000～1200吨。

近年来500吨的压桩机可以压入桩长达38米，进入⑦号粉性土，应用在上海龙华鑫隆花园2幢24层的住宅楼。

压桩施工具有无噪音、无振动、对周围环境影响较小等优点，但受到设备能力的限制，存在不能穿透较厚的砂土或粉土层的局限性。

二、钻孔灌注桩
60年代初，上海已采用钻孔灌注桩，建造了一些市区、近郊的桥梁，当时采用人工推磨并
出土的大锅锥，逐步由泥浆护壁发展到清水护壁（利用孔内粘土自然造浆），以保持孔内水位，防止潜蚀和塌孔。

1965年，上钢三厂3号转炉改建工程曾做过钻孔灌注桩试验，但与预制打入桩对比，因承载力偏低而放弃使用。

1975年开始建造的公交公司电车修配厂，又一次进行了钻孔灌注桩的试验，采用潜水电钻成孔，桩的设计直径为600毫米，入土深度25.8米，试桩极限承载力980～1078千牛，此值明显偏低，原因是没有做好清孔措施，桩底淤土沉积达0.8～1.0米。

1981年，色织四厂综合楼改造，考虑打桩对邻近建筑物的危害，决定选用钻孔灌注桩方案，2根试桩（直径800毫米，深32米）承载力为1960～2136千牛，极限侧摩阻力和端承力与电车修配厂试桩结果相似。

1983年，上海基础公司从联邦德国引进一台NVC120/2型成桩机，可施工900毫米的贝诺托（Benoto）桩，以后在上海雁荡公寓、混凝土二分厂及中山北路立交桥作过9根试验桩，静载试验做得比较完整的有6根。

以后基础公司采取了向桩底周围压浆等措施，取得较好效果，但因成孔机械需要进口，成孔后尚需采取附加措施，降低了贝诺托桩的使用价值。

1983年，上海市机械化施工公司与中船勘察院联合进行凹凸形钻孔灌注桩的研究试验，获得了成功。

这种桩的施工工艺特点，为孔壁呈明显的凹凸形，采用二次清孔措施，减少了孔底沉淤，在浇捣水下混凝土时，用首罐混凝土量集中在大漏斗中，以冲击清除部分孔底残余沉淤等多项措施，使桩的垂直极限承载力得到提高。

随着市区建设和改造的步伐加快，在建筑物密集地区打桩施工对周围环境的影响和危害日益严重，钻孔灌注桩则无挤土、无振动、无噪声，成为取代打入桩的重要桩型，应用日益广泛。

90年代以来，房屋建筑的钻孔灌注桩直径从600毫米、800毫米扩大为1000毫米、1200毫米甚至更大。

桥梁地基早在70年代就采用1～1.5米大直径钻孔灌注桩，如松浦大桥引桥，桩的直径为1.5米，长度50米达到上海的第2砂层（⑨号土）。

1988年，中国建筑西南勘察院承担了上海恒丰大楼的钻孔灌注桩施工任务，该大楼为2幢毗邻的33层蝶形公寓，钻孔灌注桩桩径850毫米、桩长75米，为当时上海市内桩身最长的钻孔灌注桩工程。

90年代初，海仑宾馆、
新世界商场、京城大厦等工程，钻孔灌注桩均达地面下73米，海仑宾馆建成后，沉降量不超过5厘米。

三、钢管桩和H型钢桩
钢管桩具有强度高、挤土量小、裁接方便，贯入性能好等优点，缺点是价格较贵，消耗大量钢材。

因此，只能在软土分布深度大的重大工程项目中应用。

70年代中期，钢管桩开始在石化总厂码头使用。

70年代末，宝钢开始建设，外径609.6毫米的钢管桩被大量使用，宝钢一、二期工程共约打入6万余根，30余万米，计39万吨各种规格的钢管桩。

通过宝钢工程的大量使用，钢管桩的优越性得到了肯定。

以后，上海的宝钢电厂、石洞口电厂、华能上海石洞口第二电厂、外高桥电厂等大型电厂，南浦大桥、杨浦大桥和徐浦大桥，以及许多高层建筑都采用了钢管桩，88层的金茂大厦采用直径912毫米的钢管桩，打入深度达83米，可称“上海之最”。

上海从事岩土工程的工程技术人员，在钢管桩的应用方面做出了许多贡献，宝钢设计院和宝钢顾问委员会的专家，曾对钢管桩做过广泛的研究、试验和理论分析，对于钢管桩的承载能力、土芯闭塞效应、负摩阻力和桩顶位移等方面，结合上海的地质条件，提出了切合实际的设计方法。

华东电力院为在大型电厂中应用钢管桩，曾做过大量的试验研究和分析，特别是在北仑港电厂做过2根直径609.6毫米×11毫米、长45米的闭口钢管桩的堆载负摩擦试验，采用瑞士生产滑动测微计测量桩身应变，获得了桩身负摩擦力的实测数据，为堆煤场地基处理节约了大量工程费用。

1989年，在外高桥电厂进行了规模很大的试桩，桩身上贴了电阻应变片，区分桩侧摩阻和桩端阻力，在此基础上确定了桩基持力层位置和单桩承载力，修正了可行性研究时确定的桩基设计参数，仅桩基一项，节约8000万元。

H型钢桩在国外应用甚广，与钢管桩相比，沉桩阻力小，挤土量也小，穿透能力强，由于一次轧制成型，成本较低，运输、储存均较方便，缺点是相同材料用量下断面尺寸较小，侧壁摩阻力较钢管桩为小，桩入土较深时沉桩易发生屈折。

80年代，上海引进了卢森堡的H型钢，曾由上海基础公司特种基础研究所和上海勘察院合
作，在虹桥开发区的莲花大厦做过试桩。

1988年，又由三航局科研所在太阳广场两幢30层大厦中进行了试验，成功地作为大厦桩基础使用。

第三节地基处理
新中国建立以来，上海的地基基础处理技术，在工业和民用建筑中，都取得了很大进步。

人工处理地基在全市采用较多的有：振冲碎石桩和挤密碎石桩、短桩处理局部暗浜和填土、充水预压、挤密砂桩、树根桩、锚杆压纠偏、强夯、旋喷和粉煤灰垫层等。

各种不同的地基处理方法，都有其适用性，上海地区在具体应用时，结合地质条件和建筑物的特点，积累许多经验，为工程建设节约了大量费用。

一、振冲法
1981年开始，在海潮路多层住宅、闵行东风新村、南市水厂等8项工程中先后采用振冲法。

加固后地基容许承载力可提高约90%，加固深度一般为10米，最大深度18米，平面置换率约20%左右，桩的直径80厘米，振冲加固适用于砂土地基。

对于软粘土只能起置换作用，场地排污影响环境，桩间土的结构受到破坏，强度降低，因此效果不理想。

1984年，10层的田林宾馆采用振冲碎石桩加固地基，由于土层软弱，施工下料未能满足设计要求，发生超量沉降，造成房屋倾斜和裂缝，但地基土并未产生塑流破坏，因此在上部结构经过处理后，并未影响使用。

自从发生这一事故后，上海地区对振冲碎石桩的试验，采取极为慎重的态度，在市区因排污困难，石料较贵，故较少采用，但对处理振动液化，是可靠和有把握的。

挤密碎石桩，加空压机振冲解决了管内投料，曾在石化总厂陈山4只5万吨级油罐基础中应用，最大沉降1米（充水预压），桩长20米。

二、挤密砂桩
1959年，上海重型机器厂铸钢车间桩基的荷重很大，对沉降和不均匀沉降有严格的要求，当时苏联专家提出采用挤密砂桩进行地基加固，由于上海地区缺乏经验，组织了面积为12米×17米的大型试验，采取复打方法使砂桩直径达到60厘米，桩距为110厘米，加固深度为20
米，共打入202根砂桩，并在加固范围内铺了50厘米厚的砂垫层，以利排水。

打砂桩后，地表向上隆起，加固中心最大值竟达139厘米，表明地基土遭到严重扰动。

实地试验表明，地基土的强度和变形虽然得到一定的改善，但未能达到预期的效果，沉降量仍较大。

经过比较，最后否定了砂桩加固地基的方案。

1978年，宝钢矿石堆场采用挤密砂桩加固地基。

该堆场占地面积38万平方米，堆料面积27万平方米，矿石最大设计堆载为32.5吨/平方米。

为了取得设计数据，在堆场区进行了加固堆土试验，试验区面积为50米×50米，打入两种规格的挤密砂桩：密桩区，桩径700毫米，间距1.65米；疏桩区，桩径500毫米，间距3米。

桩身形状上细下粗（上段5米桩径为400毫米），桩长20米，共打入砂桩658根。

打好砂桩后，在100米×40米范围内填砂1.8万立方米，堆高为10米，重16吨/平方米，分24层堆高，分层碾压，填砂历时14天。

试验从1979年7月开始，历时近10个月，实际堆载4个月。

为堆载试验，武汉冶金勘察公司曾用国外薄壁取土器（壁厚1.5～2.0毫米）与常用的厚壁取土器（壁厚4毫米）取土样，作对比分析，对于10～20毫米的软土，无侧限抗压强度值较原地基提高1.43倍。

卸土后，密桩区为1.28，疏桩区为1.54。

华东电力院勘察处为试验区进行了十字板抗剪强度试验，在土中剪切面分为垂直和水平两个方向，用50毫米×50毫米、50毫米×100毫米和50毫米×150毫米3种尺寸的翼板，得出水平向抗剪强度与垂直向抗剪强度之比平均为1.71。

故在地区稳定性分析中，估算土的非等向深强是有意义的。

通过试验获得的资料，为挤密砂桩的应用和改进设计提供了依据。

在上海市土木学会组织的有关专家多次讨论提出建议的基础上，修改后的设计用砂量从175万立方米减为69万立方米，节约投资3千余万元。

1994年起，宝钢三期工程开工后，新的矿石堆场继续采用砂桩加固地基，且在一期工程的基础上作了改进。

三、强夯法
70年代，强夯法在上港十一区试验成功后，很快就在上港九区、十二区及十六铺客运站、长桥水厂、耀华玻璃厂等20余项工程中得到应用。

90年代初，又在浦东凌桥的染化一、三厂
工程和罗泾港煤堆场等采用塑料排水板排水，钢渣垫层强夯的工艺取得良好的效果和经济效益。

强夯法加固效果明显。

上港十一区仓库地基表层为回填土，中层为粉砂土，下层为软塑、流塑状态的粉质粘土和淤泥质粘土。

未加固前由荷载板（70.7厘米×70.7厘米）确定的承载力较低，约50～70千帕，加固后承载力提高到350～510千帕，为加固前的5～7倍。

上港十区加固后，强度由原来的210千帕提高到270千帕；上海港客运站地基强度由80～90千帕提高到200千帕以上。

强夯法的施工工艺和设备比较简单，但在施工过程中必须重视和加强现场测试，以有效地控制现场施工质量，并检验加固效果。

上海的工程勘察单位在检测方面，不仅能满足施工配合的需要，而且在测试技术的发展方面做出很大贡献。

强夯法变形测定，一般是用深层土体侧向变形仪和普通沉降位移标。

强度和力学性指标现场测度，主要有孔隙水压力计、十字板剪切试验仪、静力触探和动力触探仪、旁压仪和荷载板试验仪。

夯击振动用测振仪。

在这些测试仪器中较为重要的是旁压仪。

旁压仪于30年代首创于德国，50年代末法国又重新研制，主要是随强夯法应用而发展成熟。

在70年代后期，国内研制成功预钻型旁压仪，并推广使用。

1980年，华东电力院研制成功三腔水压式自钻旁压仪，并通过部级鉴定。

旁压试验除了用来了解土的变形和强度外，已推广到浅基础内承载力和沉降计算、单桩承载力计算、水平荷载下桩的应力应变计算以及板桩墙的土压力计算等。

1994年，上海勘察院在88层的金茂大厦工程中，使用经改进的国产预钻旁压仪做到孔深136米，创国内深度之最，成果资料获得国外设计单位满意。

为了检验强夯法加固深度，上海勘察院和地质学会于1981年在上海石化总厂化工一厂强夯场地（夯锤20吨，落距20米）取土进行了微观结构研究，得出影响深度20米，有效深度7米的结论。

四、粉煤灰垫层
70年代末，上海开始利用粉煤灰作为地基加固材料，主要用作垫层、回填料和掺合料。

80年代后期，随着高速公路和高等级公路的兴建，大量使用粉煤灰作为路基垫层材料。