上海鲁迅纪念馆改扩建工程基础施工

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[摘要] 针对上海鲁迅纪念馆改扩建工程基础施工中遇到流砂的问题, 从理论上分析了放坡开挖防治流砂的可能性, 并从实践中证实放破开挖防治流砂是可行的。

[关键词] 放坡开挖  流砂防治  抗渗  基坑围护  水泥搅拌桩

上海鲁迅纪念馆改扩建工程，位于上海甜爱路100号，总建筑面积4863m2，2层框架结构，300mm×300mm截面预制桩基，条形基础，有375 m2的1 层地下室。

工程埸地土层为：①厚1.50m左右的杂填土层；②砂质粉土层，厚达10ｍ多，条形基础及箱型地下室均位于砂质粉土层之上。本工程的预制桩为防地震砂质粉土液化而设计。

由于基础位于流砂土层之上，又因多种原因，条基先于地下室施工，给施工带来一定困难。本文论述条形基础土方开挖时的流砂防治及地下室基坑围护技术。

1        条基土方开挖中的流砂防治

1.1 放坡开挖防治流砂在理论上的可能性

防治流砂关键是要减小动水压力，降低水力坡度。水力坡度I的大小，主要涉及两个参数，即水头差△H和渗水途径L。水力坡度的大小与水头差成正比，与渗水途径成反比，即水力坡度公式：I=△H/L。防治流砂在理论上主要从改变两个参数入手，减小水头差△H，延长渗水途径L，目的是减小动水压力，降低水力坡度。用坑外井点降水来防治流砂，因涉及周围地面会发生沉陷影响及要增加一定的费用而不采用；用打板桩来防治流砂费用更大，更不宜采用。然而，要延长渗水途径并非只有打板桩一种办法，采用放坡开挖，其坡面位于地下水位以下段的水平长度就是渗水途径长度L，只要满足下式，基槽挖到基底标高就不会出现流砂现象。

△H／L<IC=（1－ｎ）（Ｇ－１）　整理后得：

Ｌ>△Ｈ／（1－ｎ）（Ｇ－１）

式中：IC 为临界水力坡度；ｎ为孔隙率；Ｇ为土粒重度。

从式△Ｈ/L看出，L减小则水力坡度增大，当L接近于零，即边坡直立时，很小的水头差△Ｈ也会产生大的水力坡度；若L趋向无穷大，则水力坡度接近于零，如边坡中的L加长十几倍，则变成缓坡地面，根本不会出现流砂现象。可见从L的变化，能得到安全、合理的防治流砂的边坡坡度。实际上，临界水力坡度IC的值，是基槽临界边坡坡角的正切值。对于本工程的条形基槽，用放坡开挖防治流砂在理论上是完全可能的。

1.2 条基土方开挖

条基土方开挖深度为1.80m，地下水位在自然地面以下0.50m。土方采用机械挖掘，边坡人工修整，坑内集水井排水，基槽边坡坡度按1：1.15设计。施工中曾搞了不同的边坡试验：①台阶形边坡，挖到台阶形成，台阶面马上出现裂缝而即时坍塌；②边坡坡度为1：0.75，还没挖到基底，坡面开始出现裂缝，继而坍塌；③边坡坡度为1：1，挖到基底标高，边坡稳定，没有出现流砂。结果按设计的边坡坡度，土方采取分段挖掘，分段紧接素混凝土垫层浇筑，直至基础垫层浇筑完毕，条形基础土方开挖中防治流砂的技术问题得到了解决。

2        地下室基坑围护

由于地下室东侧与甜爱路相邻，西侧与条形基础相接，从结构特征及现埸条件来看，都不宜实行放坡大开挖施工，决定采用深层水泥搅拌桩围护结构方案，业主表示同意。

上海市基坑工程设计规程中，关于水泥土围护结构的一般规定：“基坑开挖深度H0不大于5m时，墙体宽度和深度可按经验确定：墙宽B=（0.6～0.8）H0,插入深度D=(0.8～1.2) H0”。本工程地下室基坑开挖深度H0为4.10m, 若按此规定，围护墙体宽度在2.46~3.28m之间，按双头钻机成桩模数，至少取B=2.70m，坑底以下插入深度在3.28~4.92m之间， 至少取D=3.30m。小小的地下室，围护结构体量达2000多m3，费用太高。业主要求在确保安全的前提下，尽量降低围护结构费用。

2.1 围护方案的优化

采用基坑四周卸载措施：西面卸载1.80m，使西侧的围护墙顶与条形基础垫层面标高相同，悬臂挡土高度从4.10m降到2.30m；其它三面均卸载1.60m，桩墙悬臂挡土从4.10m降到2.50m。经计算，在确保搅拌桩墙的各项安全系数(抗倾覆安全系数KQ>1.1,  抗滑移安全系数KHL>1.2 ,  整体稳定安全系数KZ>1.0)的情况下,  桩墙截面尺寸可定为宽度B=1.70m,  坑底以下插入深度D=2.50m，搅拌桩体量减少50％以上。

2.2 围护结构的抗渗问题

总长5m的搅拌桩不可能穿过砂质粉土层进入不透水粘土层, 基坑外地下水可从桩底渗入基坑内，坑内有发生流砂或管涌的可能，增加桩的插入深度可以延长渗水途径，但桩的体量要增加，用井点降低地下水位因费用增加而不采用。利用桩墙外侧四周地面卸载的坡面，按放坡能延长渗水途径的思路，进行仔细分析，卸载坡面水平宽度为桩墙外侧2m，结果是，离桩墙近点水头差降低了1.10m，离远点的地下高水位点渗水途径延长了1.50m，抗渗安全系数接近于规定KS=3的要求，决定采用桩墙宽B=1.70m,  插入深度D=2.50m，搅拌桩水泥掺量为13%，坑内用集水坑排水的围护方案，同时采取土方挖掘后紧接浇筑素混凝土垫层的措施。基坑土方挖掘后，坑底没有发生流砂，垫层浇筑后，基坑稳定，方案实施结果良好。

3  结束语

（1）从理论上分析，用放坡开挖防治流砂是可能的, 鲁迅纪念馆改扩建基础工程已顺利完成，证实放坡开挖防治流砂是可行的。

（2）用放坡开挖防治流砂，施工中应有抢干意识，基坑土方挖掘后，应当天浇筑混凝土垫层，若能适当增加垫层的厚度更好。如土方挖掘后，基底暴露时间长了，基底土层中会出现管状空洞，使土体强度降低，压缩性增大。

作者简介：

陈关友，男，长业建设集团有限公司上海公司总工程师，高级工程师，上海市曹杨路1040弄中谊大厦26楼   200063  电话：（021）62970291