上海鲁迅纪念馆改扩建工程基础施工

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上海鲁迅纪念馆改扩建工程基础施工

山东茂隆新材料 2020-11-16 2075


[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

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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


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