[摘要] 針對上海魯迅紀念館改擴建工程基礎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, 并從實踐中證實放破開挖防治流砂是可行的。

[關鍵詞] 放坡開挖 流砂防治 抗滲 基坑圍護 水泥攪拌樁

上海魯迅紀念館改擴建工程，位于上海甜愛路100號，總建筑面積4863m2，2層框架結構，300mm×300mm截面預制樁基，條形基礎，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砂質粉土層，厚達10ｍ多，條形基礎及箱型地下室均位于砂質粉土層之上。本工程的預制樁為防地震砂質粉土液化而設計。

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

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

防治流砂關鍵是要減小動水壓力，降低水力坡度。水力坡度I的大小，主要涉及兩個參數，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參數入手，減小水頭差△H，延長滲水途徑L，目的是減小動水壓力，降低水力坡度。用坑外井點降水來防治流砂，因涉及周圍地面會發生沉陷影響及要增加一定的費用而不采用；用打板樁來防治流砂費用更大，更不宜采用。然而，要延長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度就是滲水途徑長度L，只要滿足下式，基槽挖到基底標高就不會出現流砂現象。

△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L接近于零，即邊坡直立時，很小的水頭差△Ｈ也會產生大的水力坡度；若L趨向無窮大，則水力坡度接近于零，如邊坡中的L加長十幾倍，則變成緩坡地面，根本不會出現流砂現象。可見從L的變化，能得到安全、合理的防治流砂的邊坡坡度。實際上，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。土方采用機械挖掘，邊坡人工修整，坑內集水井排水，基槽邊坡坡度按1：1.15設計。施工中曾搞了不同的邊坡試驗：①臺階形邊坡，挖到臺階形成，臺階面馬上出現裂縫而即時坍塌；②邊坡坡度為1：0.75，還沒挖到基底，坡面開始出現裂縫，繼而坍塌；③邊坡坡度為1：1，挖到基底標高，邊坡穩定，沒有出現流砂。結果按設計的邊坡坡度，土方采取分段挖掘，分段緊接素混凝土墊層澆筑，直至基礎墊層澆筑完畢，條形基礎土方開挖中防治流砂的技術問題得到了解決。

2 地下室基坑圍護

由于地下室東側與甜愛路相鄰，西側與條形基礎相接，從結構特征及現埸條件來看，都不宜實行放坡大開挖施工，決定采用深層水泥攪拌樁圍護結構方案，業主表示同意。

上海市基坑工程設計規程中，關于水泥土圍護結構的一般規定：“基坑開挖深度H0不大于5m時，墻體寬度和深度可按經驗確定：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, 若按此規定，圍護墻體寬度在2.46~3.28m之間，按雙頭鉆機成樁模數，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，圍護結構體量達2000多m3，費用太高。業主要求在確保安全的前提下，盡量降低圍護結構費用。

2.1 圍護方案的優化

采用基坑四周卸載措施：西面卸載1.80m，使西側的圍護墻頂與條形基礎墊層面標高相同，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。經計算，在確保攪拌樁墻的各項安全系數(抗傾覆安全系數KQ>1.1, 抗滑移安全系數KHL>1.2 , 整體穩定安全系數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 圍護結構的抗滲問題

總長5m的攪拌樁不可能穿過砂質粉土層進入不透水粘土層, 基坑外地下水可從樁底滲入基坑內，坑內有發生流砂或管涌的可能，增加樁的插入深度可以延長滲水途徑，但樁的體量要增加，用井點降低地下水位因費用增加而不采用。利用樁墻外側四周地面卸載的坡面，按放坡能延長滲水途徑的思路，進行仔細分析，卸載坡面水平寬度為樁墻外側2m，結果是，離樁墻近點水頭差降低了1.10m，離遠點的地下高水位點滲水途徑延長了1.50m，抗滲安全系數接近于規定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%，坑內用集水坑排水的圍護方案，同時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，坑底沒有發生流砂，墊層澆筑后，基坑穩定，方案實施結果良好。

3 結束語

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

（2）用放坡開挖防治流砂，施工中應有搶干意識，基坑土方挖掘后，應當天澆筑混凝土墊層，若能適當增加墊層的厚度更好。如土方挖掘后，基底暴露時間長了，基底土層中會出現管狀空洞，使土體強度降

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作者簡介：

陳關友，男，長業建設集團有限公司上海公司總工程師，高級工程師，上海市曹楊路1040弄中誼大廈26樓 200063 電話：（021）62970291