上海魯迅紀(jì)念館改擴(kuò)建工程基礎(chǔ)施工

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[摘要] 針對(duì)上海魯迅紀(jì)念館改擴(kuò)建工程基礎(chǔ)施工中遇到流砂的問題, 從理論上分析了放坡開挖防治流砂的可能性, 并從實(shí)踐中證實(shí)放破開挖防治流砂是可行的。

[關(guān)鍵詞] 放坡開挖  流砂防治  抗?jié)B  基坑圍護(hù)  水泥攪拌樁

上海魯迅紀(jì)念館改擴(kuò)建工程，位于上海甜愛路100號(hào)，總建筑面積4863m2，2層框架結(jié)構(gòu)，300mm×300mm截面預(yù)制樁基，條形基礎(chǔ)，有375 m2的1 層地下室。

工程埸地土層為：①厚1.50m左右的雜填土層；②砂質(zhì)粉土層，厚達(dá)10ｍ多，條形基礎(chǔ)及箱型地下室均位于砂質(zhì)粉土層之上。本工程的預(yù)制樁為防地震砂質(zhì)粉土液化而設(shè)計(jì)。

由于基礎(chǔ)位于流砂土層之上，又因多種原因，條基先于地下室施工，給施工帶來一定困難。本文論述條形基礎(chǔ)土方開挖時(shí)的流砂防治及地下室基坑圍護(hù)技術(shù)。

1        條基土方開挖中的流砂防治

1.1 放坡開挖防治流砂在理論上的可能性

防治流砂關(guān)鍵是要減小動(dòng)水壓力，降低水力坡度。水力坡度I的大小，主要涉及兩個(gè)參數(shù)，即水頭差△H和滲水途徑L。水力坡度的大小與水頭差成正比，與滲水途徑成反比，即水力坡度公式：I=△H/L。防治流砂在理論上主要從改變兩個(gè)參數(shù)入手，減小水頭差△H，延長(zhǎng)滲水途徑L，目的是減小動(dòng)水壓力，降低水力坡度。用坑外井點(diǎn)降水來防治流砂，因涉及周圍地面會(huì)發(fā)生沉陷影響及要增加一定的費(fèi)用而不采用；用打板樁來防治流砂費(fèi)用更大，更不宜采用。然而，要延長(zhǎng)滲水途徑并非只有打板樁一種辦法，采用放坡開挖，其坡面位于地下水位以下段的水平長(zhǎng)度就是滲水途徑長(zhǎng)度L，只要滿足下式，基槽挖到基底標(biāo)高就不會(huì)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象。

△H／L<IC=（1－ｎ）（Ｇ－１）　整理后得：

Ｌ>△Ｈ／（1－ｎ）（Ｇ－１）

式中：IC 為臨界水力坡度；ｎ為孔隙率；Ｇ為土粒重度。

從式△Ｈ/L看出，L減小則水力坡度增大，當(dāng)L接近于零，即邊坡直立時(shí)，很小的水頭差△Ｈ也會(huì)產(chǎn)生大的水力坡度；若L趨向無窮大，則水力坡度接近于零，如邊坡中的L加長(zhǎng)十幾倍，則變成緩坡地面，根本不會(huì)出現(xiàn)流砂現(xiàn)象?？梢姀腖的變化，能得到安全、合理的防治流砂的邊坡坡度。實(shí)際上，臨界水力坡度IC的值，是基槽臨界邊坡坡角的正切值。對(duì)于本工程的條形基槽，用放坡開挖防治流砂在理論上是完全可能的。

1.2 條基土方開挖

條基土方開挖深度為1.80m，地下水位在自然地面以下0.50m。土方采用機(jī)械挖掘，邊坡人工修整，坑內(nèi)集水井排水，基槽邊坡坡度按1：1.15設(shè)計(jì)。施工中曾搞了不同的邊坡試驗(yàn)：①臺(tái)階形邊坡，挖到臺(tái)階形成，臺(tái)階面馬上出現(xiàn)裂縫而即時(shí)坍塌；②邊坡坡度為1：0.75，還沒挖到基底，坡面開始出現(xiàn)裂縫，繼而坍塌；③邊坡坡度為1：1，挖到基底標(biāo)高，邊坡穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)流砂。結(jié)果按設(shè)計(jì)的邊坡坡度，土方采取分段挖掘，分段緊接素混凝土墊層澆筑，直至基礎(chǔ)墊層澆筑完畢，條形基礎(chǔ)土方開挖中防治流砂的技術(shù)問題得到了解決。

2        地下室基坑圍護(hù)

由于地下室東側(cè)與甜愛路相鄰，西側(cè)與條形基礎(chǔ)相接，從結(jié)構(gòu)特征及現(xiàn)埸條件來看，都不宜實(shí)行放坡大開挖施工，決定采用深層水泥攪拌樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，業(yè)主表示同意。

上海市基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程中，關(guān)于水泥土圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一般規(guī)定：“基坑開挖深度H0不大于5m時(shí)，墻體寬度和深度可按經(jīng)驗(yàn)確定：墻寬B=（0.6～0.8）H0,插入深度D=(0.8～1.2) H0”。本工程地下室基坑開挖深度H0為4.10m, 若按此規(guī)定，圍護(hù)墻體寬度在2.46~3.28m之間，按雙頭鉆機(jī)成樁模數(shù)，至少取B=2.70m，坑底以下插入深度在3.28~4.92m之間， 至少取D=3.30m。小小的地下室，圍護(hù)結(jié)構(gòu)體量達(dá)2000多m3，費(fèi)用太高。業(yè)主要求在確保安全的前提下，盡量降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)費(fèi)用。

2.1 圍護(hù)方案的優(yōu)化

采用基坑四周卸載措施：西面卸載1.80m，使西側(cè)的圍護(hù)墻頂與條形基礎(chǔ)墊層面標(biāo)高相同，懸臂擋土高度從4.10m降到2.30m；其它三面均卸載1.60m，樁墻懸臂擋土從4.10m降到2.50m。經(jīng)計(jì)算，在確保攪拌樁墻的各項(xiàng)安全系數(shù)(抗傾覆安全系數(shù)KQ>1.1,  抗滑移安全系數(shù)KHL>1.2 ,  整體穩(wěn)定安全系數(shù)KZ>1.0)的情況下,  樁墻截面尺寸可定為寬度B=1.70m,  坑底以下插入深度D=2.50m，攪拌樁體量減少50％以上。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗?jié)B問題

總長(zhǎng)5m的攪拌樁不可能穿過砂質(zhì)粉土層進(jìn)入不透水粘土層, 基坑外地下水可從樁底滲入基坑內(nèi)，坑內(nèi)有發(fā)生流砂或管涌的可能，增加樁的插入深度可以延長(zhǎng)滲水途徑，但樁的體量要增加，用井點(diǎn)降低地下水位因費(fèi)用增加而不采用。利用樁墻外側(cè)四周地面卸載的坡面，按放坡能延長(zhǎng)滲水途徑的思路，進(jìn)行仔細(xì)分析，卸載坡面水平寬度為樁墻外側(cè)2m，結(jié)果是，離樁墻近點(diǎn)水頭差降低了1.10m，離遠(yuǎn)點(diǎn)的地下高水位點(diǎn)滲水途徑延長(zhǎng)了1.50m，抗?jié)B安全系數(shù)接近于規(guī)定KS=3的要求，決定采用樁墻寬B=1.70m,  插入深度D=2.50m，攪拌樁水泥摻量為13%，坑內(nèi)用集水坑排水的圍護(hù)方案，同時(shí)采取土方挖掘后緊接澆筑素混凝土墊層的措施。基坑土方挖掘后，坑底沒有發(fā)生流砂，墊層澆筑后，基坑穩(wěn)定，方案實(shí)施結(jié)果良好。

3  結(jié)束語

（1）從理論上分析，用放坡開挖防治流砂是可能的, 魯迅紀(jì)念館改擴(kuò)建基礎(chǔ)工程已順利完成，證實(shí)放坡開挖防治流砂是可行的。

（2）用放坡開挖防治流砂，施工中應(yīng)有搶干意識(shí)，基坑土方挖掘后，應(yīng)當(dāng)天澆筑混凝土墊層，若能適當(dāng)增加墊層的厚度更好。如土方挖掘后，基底暴露時(shí)間長(zhǎng)了，基底土層中會(huì)出現(xiàn)管狀空洞，使土體強(qiáng)度降低，壓縮性增大。

作者簡(jiǎn)介：

陳關(guān)友，男，長(zhǎng)業(yè)建設(shè)集團(tuán)有限公司上海公司總工程師，高級(jí)工程師，上海市曹楊路1040弄中誼大廈26樓   200063  電話：（021）62970291