上海市工程地質(zhì)分區(qū)問題

張文龍，史玉金

（1. 中船勘察設(shè)計研究院有限公司，上海 200063；2. 上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072；3. 上海地面沉降控制工程技術(shù)研究中心，上海 200072）

上海陸域除零星分布有基巖露頭和基巖淺埋區(qū)外，均為由巨厚第四系松散沉積物組成的沖積平原。與工程建設(shè)密切相關(guān)的地基土層主要為100m以淺的全新統(tǒng)和更新統(tǒng)上部地層。由于上海地區(qū)更新世以來古地貌演化和沉積環(huán)境較為復(fù)雜[1]，地基土層巖性和分布變化大，不同區(qū)域地基土層構(gòu)成和工程地質(zhì)條件存在明顯差異。目前，上海地基土層已有了公認的統(tǒng)一編號和名稱，并被上海市相關(guān)技術(shù)標準采用，在促進地質(zhì)工作技術(shù)進步中發(fā)揮了重要作用。但上海市相關(guān)工程建設(shè)標準中還未有統(tǒng)一編號和名稱的工程地質(zhì)分區(qū)圖。

工程地質(zhì)分區(qū)是制訂地基土層次名稱表和物理力學(xué)指標統(tǒng)計表的前提，也是各類規(guī)劃區(qū)地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害危險性評估、巖土工程勘察等工作中進行較大比例尺工程地質(zhì)分區(qū)（亞區(qū)）的基礎(chǔ)，對地質(zhì)資料的匯總整理、統(tǒng)計精度、利用率和標準化等具有促進作用。當(dāng)前，全市范圍內(nèi)的地質(zhì)資料較為豐富，出現(xiàn)過多種工程地質(zhì)分區(qū)方案，因此已具備建立統(tǒng)一的上海工程地質(zhì)分區(qū)方案的條件。

本文對上海工程地質(zhì)分區(qū)方案及相關(guān)問題進行探討，希望能為上海工程地質(zhì)分區(qū)公認方案的早日形成有所幫助。

1 上海地區(qū)以往工程地質(zhì)分區(qū)方案簡況

上海工程地質(zhì)分區(qū)方案最初由孫永福于1980年提出[2]，因受郊區(qū)地質(zhì)資料缺少限制，工程地質(zhì)分區(qū)范圍僅涵蓋部分市區(qū)。該方案根據(jù)第二軟土層的⑤3層、第三軟土層（⑧層）和第一硬土層（⑥層）的分布情況，將市區(qū)劃分為四個工程地質(zhì)區(qū)：一區(qū)，⑥層正常分布，⑤3層和⑧層缺失，主要位于當(dāng)時市區(qū)浦東部分地區(qū)；二區(qū)，⑥層正常分布，⑧層發(fā)育，⑤3層缺失，主要位于當(dāng)時市區(qū)北部；三區(qū)，⑤3層發(fā)育，⑥層和⑧層缺失，主要位于徐匯區(qū)；四區(qū)，⑤3層、⑧層發(fā)育，⑥層缺失，主要位于黃浦、虹口等地區(qū)。上述劃分方案中⑤3層與⑥層為非此即彼的關(guān)系，一區(qū)和二區(qū)屬于暗綠色硬土層（⑥層）正常分布區(qū)，三區(qū)和四區(qū)屬于古河道區(qū)（⑥層因此缺失），而⑧層土的分布情況對樁基條件影響較大。將地基土結(jié)構(gòu)的主要差異作為工程地質(zhì)分區(qū)原則無疑是合理的。

隨著全市范圍內(nèi)地質(zhì)資料的不斷豐富，相繼出現(xiàn)了多種以地貌類型劃分為主并命名的工程地質(zhì)分區(qū)方案。代表性方案有：

（1）方案A—完全以地貌類型替代

1995年制訂的上海市《巖土工程勘察規(guī)范》[3]雖未進行工程地質(zhì)分區(qū)，但按四種地貌類型分別制訂了地基土層次名稱表和濱海平原區(qū)土的物理力學(xué)性質(zhì)指標統(tǒng)計表，間接起到了工程地質(zhì)分區(qū)的作用。但地貌類型只能反映地形和淺部土層特征，不能反映不同工程地質(zhì)區(qū)在地基土層結(jié)構(gòu)和工程地質(zhì)條件方面的差異。除湖沼平原區(qū)（原規(guī)范將區(qū)內(nèi)淺部硬土層界定為全新統(tǒng)地層，土層編號為④1）外，其它地貌類型區(qū)的地基土層表基本類同（僅表部土層稍有差異），還存在不可能同時分布的兩種土層（例如⑤4層和⑥層）出現(xiàn)在同一表內(nèi)的不合理情況。

2012年修訂版[4]將湖沼平原區(qū)范圍作了合理擴大，同時糾正了淺部硬土層的地質(zhì)年代（屬更新世末），將編號改為⑥1。由于淺部硬土層的缺失情況是造成地基土總體結(jié)構(gòu)差異的決定性因素，但該層僅分布于湖沼平原區(qū)西北部，因此將湖沼平原區(qū)劃分為兩個亞區(qū)[5]。編制地基土層層序表時，將湖沼平原Ι-1區(qū)單獨列出，而將湖沼平原區(qū)Ι-2區(qū)歸入與其地基土層總體結(jié)構(gòu)相近的濱海平原區(qū)。

《規(guī)范》方案雖有不妥之處，但其影響深遠，對上海地質(zhì)工作、特別是巖土工程勘察工作發(fā)揮了十分重要的作用。

（2）方案B—以地貌類型為主、地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異為輔

該方案由嚴學(xué)新、史玉金于2006年提出[6]。以地貌類型為劃分依據(jù)，將全市劃分為四個工程地質(zhì)區(qū)，即湖沼平原區(qū)、濱海平原區(qū)、河口沙島區(qū)、沖積平原區(qū)。分區(qū)時也考慮到了地基土層總體結(jié)構(gòu)上的差異，故未完全采用公認的上海陸域四種地貌類型，合理取消了潮坪區(qū)，增加了沖積平原區(qū)（陸域淺部分布②3層地區(qū)）。

（3）方案C—同時考慮地貌類型和地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異

該分區(qū)出現(xiàn)于《上海城市地質(zhì)圖集》[7]，是上海市地質(zhì)調(diào)查研究院2010年完成的“上海市三維城市地質(zhì)調(diào)查”主要成果之一。將全市劃分為三個工程地質(zhì)區(qū)：Ι湖沼平原區(qū)、ΙΙ濱海平原區(qū)、ΙΙΙ河口沙島區(qū)。其中Ι區(qū)根據(jù)⑥層（《規(guī)范》[4]中編號為⑥1層）和⑧2-1層（第二硬土層，《規(guī)范》[4]在湖沼平原Ι-1區(qū)中編號為⑥4層）的有無劃分為四個亞區(qū)；ΙΙ區(qū)根據(jù)⑥層和②3層的有無劃分為四個亞區(qū)。這是依據(jù)資料最充分、最合理的方案，并提供了工程地質(zhì)分區(qū)圖。

上述方案為上海工程地質(zhì)分區(qū)方案的統(tǒng)一奠定了良好基礎(chǔ)。

2 工程地質(zhì)分區(qū)方案優(yōu)化建議

2.1 分區(qū)主要依據(jù)

上海地基土層結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，其產(chǎn)生的原因是多方面的，其中，更新世末至全新世早期古地貌演化存在明顯差異是最主要的因素。西北部（湖沼平原Ι-1區(qū)）為侵蝕臺地，缺失全新統(tǒng)中、下部地層（④層、⑤層）；其它陸域為平緩的硬土平原和一些深切溝谷，全新世早期海侵過程中，前者沉積了厚度不大但相對穩(wěn)定的粘性土（⑤層），后者成為溺谷，沉積了厚度大且不穩(wěn)定的粘性土、粉性土或粉砂層（⑤1、⑤2、⑤3層）；崇明三島位于古長江內(nèi)，一直處于水域環(huán)境下，直到近代才成為河口沙島，沉積了巨厚的全新統(tǒng)地層。這一古地貌演化因素造成了全新世地層厚度的明顯差異，也在很大程度上造成了地基土層結(jié)構(gòu)和工程地質(zhì)條件的差異。因此，建議工程地質(zhì)分區(qū)主要依據(jù)全新統(tǒng)地層厚度的差異進行。

據(jù)此，全市可劃分為四個工程地質(zhì)區(qū)：Ι區(qū)為硬土層淺埋區(qū)（湖沼平原Ι-1區(qū)，全新統(tǒng)地層厚度一般小于15m），ΙΙ區(qū)為硬土層正常分布區(qū)（全新統(tǒng)地層厚度一般為15～30m），ΙΙΙ區(qū)為古河道區(qū)（全新統(tǒng)地層厚度一般為30～45m），ΙV區(qū)為河口沙島區(qū)（崇明三島，全新統(tǒng)地層厚度一般大于45m）。

2.2 分區(qū)排序

工程地質(zhì)分區(qū)根據(jù)全新統(tǒng)地層厚度由小到大（即更新統(tǒng)地層頂面埋深由淺到深）排序編號是考慮到了傳統(tǒng)習(xí)慣，與以往方案基本一致，也較好地反映了總體工程地質(zhì)條件的好壞。上海屬于軟土地區(qū)（軟弱土層主要包括③、④、⑤1、⑤3、⑧1層），一般情況下，Ι區(qū)至ΙV區(qū)軟弱土層累計厚度依次由小到大，總體工程地質(zhì)條件也依次由好到差。

2.3 分區(qū)名稱

工程地質(zhì)分區(qū)名稱不應(yīng)全部套用地貌類型名稱。因一個工程地質(zhì)區(qū)可能跨越多個地貌單元，如ΙΙ區(qū)和ΙΙΙ區(qū)同時跨越濱海平原、湖沼平原和潮坪三個地貌單元；反之，同一地貌單元內(nèi)可能存在不同工程地質(zhì)分區(qū)，如湖沼平原包含Ι區(qū)和Ι區(qū)，濱海平原包含Ι區(qū)和ΙΙ區(qū)。

工程地質(zhì)分區(qū)名稱也應(yīng)考慮認知程度并需簡單明確，故建議采用上述2.1節(jié)的分區(qū)名稱。名稱中的“硬土層”專指更新統(tǒng)表部的暗綠色硬土（⑥層），“硬土層正常分布區(qū)”專指硬土層層面埋深約15～30m的區(qū)域，“古河道區(qū)”專指上海陸域硬土層（⑥層）遭后期切割缺失的區(qū)域。以上稱謂已獲業(yè)內(nèi)共識，并見于規(guī)范[4]。

2.4 分區(qū)界線

在確定分區(qū)界線時應(yīng)綜合考慮該處地層變化的實際情況，如Ι區(qū)與ΙΙ區(qū)以硬土層層面埋深15m分界是按照《巖土工程勘察規(guī)范》[4]中湖沼平原Ι-1區(qū)邊界標準[5]提出的，但在必要情況下，可以大于或小于15m作為分區(qū)界線，局部作適當(dāng)調(diào)整后會更合理。30m、45m等分界數(shù)據(jù)也非固定不變。同時，作為市一級分區(qū)，應(yīng)允許各分區(qū)內(nèi)存在零星異常點，例如Ι區(qū)土層結(jié)構(gòu)變化十分復(fù)雜，在其內(nèi)部，個別小范圍地段硬土層可能不存在或埋深大于15m，不宜將此劃為ΙΙΙ區(qū)。

上海市地質(zhì)調(diào)查研究院對全市范圍內(nèi)地基土層分布狀況進行了大量調(diào)查整理和分析研究工作，所編制的工程地質(zhì)分區(qū)圖[7]（方案C）中各類地基土層結(jié)構(gòu)分區(qū)界線已較精確。本文提出的上海工程地質(zhì)分區(qū)優(yōu)化方案是在其基礎(chǔ)上優(yōu)化而成，主要優(yōu)化意見為：（1）市級分區(qū)需宏觀控制、簡單明了、分區(qū)層次一致，故取消了亞區(qū)劃分；（2）不應(yīng)將《規(guī)范》[4]中湖沼平原Ι-1區(qū)與Ι-2區(qū)歸入同一工程地質(zhì)分區(qū)內(nèi)，故將方案C湖沼平原區(qū)中缺失淺部硬土層的區(qū)域視同該方案中濱海平原區(qū)處理；（3）方案C濱海平原區(qū)中硬土層（指⑥層與⑤4層）的有無與埋深對地基土層總體結(jié)構(gòu)影響較大，該區(qū)域地質(zhì)資料也較豐富，故將其劃分為硬土層正常分布區(qū)和古河道區(qū)。優(yōu)化方案分區(qū)范圍見表1，優(yōu)化后的上海工程地質(zhì)分區(qū)如圖1。

表1 工程地質(zhì)分區(qū)優(yōu)化方案與方案C對照Table 1 Comparison between optimized engineering geological division scheme and former scheme C

圖1 上海市工程地質(zhì)分區(qū)Fig.1 The engineering geological division map of Shanghai area

2.5 基巖露頭和淺埋區(qū)問題

基巖露頭和淺埋區(qū)（一般指基巖埋深小于30m的區(qū)域）地層均由陸相沉積物和基巖組成。地層結(jié)構(gòu)和工程地質(zhì)條件與上述四區(qū)均存在明顯差異，但由于分布零星、面積很小、資料缺乏，建議暫不作為正式分區(qū)。具體工作中如需進行較大比例尺工程地質(zhì)分區(qū)時應(yīng)單獨劃分。

3 地基土層次名稱表的調(diào)整

地基土層次名稱表應(yīng)按工程地質(zhì)分區(qū)分別制訂。硬土層淺埋區(qū)（Ι區(qū)）地基土層次名稱表可參照《巖土工程勘察規(guī)范》[4]附錄A（湖沼平原Ι-1區(qū)地基土層次名稱表）制訂；ΙΙ區(qū)和ΙΙΙ區(qū)建議在《巖土工程勘察規(guī)范》附錄B的基礎(chǔ)上進行適當(dāng)修改，選擇在該工程地質(zhì)分區(qū)內(nèi)有分布的地基土層列入層次表。ΙΙ區(qū)和ΙΙΙ區(qū)修改后的地基土層次名稱表見表2、表3。

表2 硬土層正常分布區(qū)（ΙΙ區(qū)）地基土層次名稱表Table 2 Foundation soil sequence table in normal distribution area of rigid soil layer (The ΙΙ sub-area of engineering geological division)

表3 古河道區(qū)（ΙΙΙ區(qū)）地基土層次名稱表Table 3 Foundation soil sequence table in ancient river bed area(The ΙΙΙ sub-area of engineering geological division)

（續(xù)表2）

河口沙島區(qū)（ΙV區(qū)）地基土層次名稱表可在《巖土工程勘察規(guī)范》附錄C的基礎(chǔ)上修改而成，最大的修改是要刪除原表中因包括南匯沙嘴區(qū)域而列入的⑤4、⑥1、⑥2等土層，⑦層頂面埋深也需加深。修改后的層次表見表4。

表4 河口沙島區(qū)（ΙV區(qū)）地基土層次名稱表Table 4 Foundation soil sequence table in estuary island area(The ΙV sub-area of engineering geological division)

4 次級工程地質(zhì)分區(qū)問題

在各類規(guī)劃區(qū)地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害危險性評估及巖土工程勘察等實際工作中，如工作區(qū)范圍內(nèi)地基土層結(jié)構(gòu)存在明顯差異，并對工程項目產(chǎn)生影響時，需進行工程地質(zhì)分區(qū)，并提供較大比例尺的工程地質(zhì)分區(qū)圖。在此情況下，需注意以下幾方面：

（1）工作區(qū)范圍較大（如規(guī)劃區(qū)地質(zhì)調(diào)查）的工程地質(zhì)分區(qū)方案可在市級分區(qū)的基礎(chǔ)上劃分亞區(qū)，但不宜再作更次級劃分。以往進行工程地質(zhì)分區(qū)時，極大多是按地貌類型進行分區(qū)后，再根據(jù)主要土層的有無劃分亞區(qū)，有時在考慮多種土層的情況下，出現(xiàn)過多的亞區(qū)或次亞區(qū)，致使分區(qū)圖雜亂無章。因此，建議同一分區(qū)內(nèi)考慮的土層不宜超過兩種（即亞區(qū)數(shù)量不宜超過四個）。例如，ΙΙ區(qū)（硬土層正常分布區(qū)）和ΙΙΙ區(qū)（古河道區(qū)）可以根據(jù)淺部粉性土或粉砂（包括①3、②3及軟土層中厚度超過2m的粉性土、粉砂夾層）和⑧1層的有無劃分為四個亞區(qū)，前者對基坑工程和天然地基條件影響較大，后者對樁基工程和超深基坑工程影響較大。Ι區(qū)（硬土層淺埋區(qū)）地基土層變化復(fù)雜，ΙV區(qū)（河口沙島區(qū)）資料較少，劃分亞區(qū)時需特別慎重。

（2）工作區(qū)范圍較?。ɡ鐜r土工程勘察）的工程地質(zhì)分區(qū)方案宜對場地地基土層結(jié)構(gòu)和工程性質(zhì)綜合考慮后，有針對性地制訂。一般宜采用單級分區(qū)，并改用英文字母作為分區(qū)代號。

（3）分區(qū)需有相對應(yīng)的資料作為前提，不應(yīng)根據(jù)單個鉆孔確定分區(qū)（亞區(qū)）范圍，資料不足時分區(qū)（亞區(qū)）界線宜用虛線表示。

5 結(jié)語

上海城市建設(shè)范圍已擴展到全市，建立公認合理的上海工程地質(zhì)分區(qū)方案十分必要。本文認為工程地質(zhì)分區(qū)應(yīng)以全新統(tǒng)地層厚度差異為主要依據(jù)，應(yīng)與地貌類型相區(qū)分。針對上海市地質(zhì)調(diào)查研究院編制的工程地質(zhì)分區(qū)方案提出了一些優(yōu)化建議，并對地基土層次名稱表修改和次級分區(qū)方案等提出了建議。希望上述問題能引起業(yè)內(nèi)同行的關(guān)注、討論、完善，并在相關(guān)技術(shù)標準修訂時加以考慮。

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