上海市工程地質分區問題

張文龍，史玉金

（1. 中船勘察設計研究院有限公司，上海 200063；2. 上海市地質調查研究院，上海 200072；3. 上海地面沉降控制工程技術研究中心，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。與工程建設密切相關的地基土層主要為100m以淺的全新統和更新統上部地層。由于上海地區更新世以來古地貌演化和沉積環境較為復雜[1]，地基土層巖性和分布變化大，不同區域地基土層構成和工程地質條件存在明顯差異。目前，上海地基土層已有了公認的統一編號和名稱，并被上海市相關技術標準采用，在促進地質工作技術進步中發揮了重要作用。但上海市相關工程建設標準中還未有統一編號和名稱的工程地質分區圖。

工程地質分區是制訂地基土層次名稱表和物理力學指標統計表的前提，也是各類規劃區地質調查、地質災害危險性評估、巖土工程勘察等工作中進行較大比例尺工程地質分區（亞區）的基礎，對地質資料的匯總整理、統計精度、利用率和標準化等具有促進作用。當前，全市范圍內的地質資料較為豐富，出現過多種工程地質分區方案，因此已具備建立統一的上海工程地質分區方案的條件。

本文對上海工程地質分區方案及相關問題進行探討，希望能為上海工程地質分區公認方案的早日形成有所幫助。

1 上海地區以往工程地質分區方案簡況

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

隨著全市范圍內地質資料的不斷豐富，相繼出現了多種以地貌類型劃分為主并命名的工程地質分區方案。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《巖土工程勘察規范》[3]雖未進行工程地質分區，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土的物理力學性質指標統計表，間接起到了工程地質分區的作用。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區在地基土層結構和工程地質條件方面的差異。除湖沼平原區（原規范將區內淺部硬土層界定為全新統地層，土層編號為④1）外，其它地貌類型區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）出現在同一表內的不合理情況。

2012年修訂版[4]將湖沼平原區范圍作了合理擴大，同時糾正了淺部硬土層的地質年代（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構差異的決定性因素，但該層僅分布于湖沼平原區西北部，因此將湖沼平原區劃分為兩個亞區[5]。編制地基土層層序表時，將湖沼平原Ι-1區單獨列出，而將湖沼平原區Ι-2區歸入與其地基土層總體結構相近的濱海平原區。

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

（2）方案B—以地貌類型為主、地質結構差異為輔

該方案由嚴學新、史玉金于2006年提出[6]。以地貌類型為劃分依據，將全市劃分為四個工程地質區，即湖沼平原區、濱海平原區、河口沙島區、沖積平原區。分區時也考慮到了地基土層總體結構上的差異，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，增加了沖積平原區（陸域淺部分布②3層地區）。

（3）方案C—同時考慮地貌類型和地質結構差異

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

上述方案為上海工程地質分區方案的統一奠定了良好基礎。

2 工程地質分區方案優化建議

2.1 分區主要依據

上海地基土層結構千變萬化，其產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）為侵蝕臺地，缺失全新統中、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定的粘性土（⑤層），后者成為溺谷，沉積了厚度大且不穩定的粘性土、粉性土或粉砂層（⑤1、⑤2、⑤3層）；崇明三島位于古長江內，一直處于水域環境下，直到近代才成為河口沙島，沉積了巨厚的全新統地層。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構和工程地質條件的差異。因此，建議工程地質分區主要依據全新統地層厚度的差異進行。

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

2.2 分區排序

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

2.3 分區名稱

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

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

2.4 分區界線

在確定分區界線時應綜合考慮該處地層變化的實際情況，如Ι區與ΙΙ區以硬土層層面埋深15m分界是按照《巖土工程勘察規范》[4]中湖沼平原Ι-1區邊界標準[5]提出的，但在必要情況下，可以大于或小于15m作為分區界線，局部作適當調整后會更合理。30m、45m等分界數據也非固定不變。同時，作為市一級分區，應允許各分區內存在零星異常點，例如Ι區土層結構變化十分復雜，在其內部，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。

上海市地質調查研究院對全市范圍內地基土層分布狀況進行了大量調查整理和分析研究工作，所編制的工程地質分區圖[7]（方案C）中各類地基土層結構分區界線已較精確。本文提出的上海工程地質分區優化方案是在其基礎上優化而成，主要優化意見為：（1）市級分區需宏觀控制、簡單明了、分區層次一致，故取消了亞區劃分；（2）不應將《規范》[4]中湖沼平原Ι-1區與Ι-2區歸入同一工程地質分區內，故將方案C湖沼平原區中缺失淺部硬土層的區域視同該方案中濱海平原區處理；（3）方案C濱海平原區中硬土層（指⑥層與⑤4層）的有無與埋深對地基土層總體結構影響較大，該區域地質資料也較豐富，故將其劃分為硬土層正常分布區和古河道區。優化方案分區范圍見表1，優化后的上海工程地質分區如圖1。

表1 工程地質分區優化方案與方案C對照Table 1 Comparison between optimized engineering geological division scheme and former scheme C

圖1 上海市工程地質分區Fig.1 The engineering geological division map of Shanghai area

2.5 基巖露頭和淺埋區問題

基巖露頭和淺埋區（一般指基巖埋深小于30m的區域）地層均由陸相沉積物和基巖組成。地層結構和工程地質條件與上述四區均存在明顯差異，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。具體工作中如需進行較大比例尺工程地質分區時應單獨劃分。

3 地基土層次名稱表的調整

地基土層次名稱表應按工程地質分區分別制訂。硬土層淺埋區（Ι區）地基土層次名稱表可參照《巖土工程勘察規范》[4]附錄A（湖沼平原Ι-1區地基土層次名稱表）制訂；ΙΙ區和ΙΙΙ區建議在《巖土工程勘察規范》附錄B的基礎上進行適當修改，選擇在該工程地質分區內有分布的地基土層列入層次表。ΙΙ區和ΙΙΙ區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（ΙΙ區）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（ΙΙΙ區）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)

（續表2）

河口沙島區（ΙV區）地基土層次名稱表可在《巖土工程勘察規范》附錄C的基礎上修改而成，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（ΙV區）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 次級工程地質分區問題

在各類規劃區地質調查、地質災害危險性評估及巖土工程勘察等實際工作中，如工作區范圍內地基土層結構存在明顯差異，并對工程項目產生影響時，需進行工程地質分區，并提供較大比例尺的工程地質分區圖。在此情況下，需注意以下幾方面：

（1）工作區范圍較大（如規劃區地質調查）的工程地質分區方案可在市級分區的基礎上劃分亞區，但不宜再作更次級劃分。以往進行工程地質分區時，極大多是按地貌類型進行分區后，再根據主要土層的有無劃分亞區，有時在考慮多種土層的情況下，出現過多的亞區或次亞區，致使分區圖雜亂無章。因此，建議同一分區內考慮的土層不宜超過兩種（即亞區數量不宜超過四個）。例如，ΙΙ區（硬土層正常分布區）和ΙΙΙ區（古河道區）可以根據淺部粉性土或粉砂（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，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（硬土層淺埋區）地基土層變化復雜，ΙV區（河口沙島區）資料較少，劃分亞區時需特別慎重。

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

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

5 結語

上海城市建設范圍已擴展到全市，建立公認合理的上海工程地質分區方案十分必要。本文認為工程地質分區應以全新統地層厚度差異為主要依據，應與地貌類型相區分。針對上海市地質調查研究院編制的工程地質分區方案提出了一些優化建議，并對地基土層次名稱表修改和次級分區方案等提出了建議。希望上述問題能引起業內同行的關注、討論、完善，并在相關技術標準修訂時加以考慮。

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