工程實施中基坑擬采用大開挖方式，泵房基坑長（順?biāo)鞣较颍?09.7米。寬（垂直水流方向）71.5米，挖深14.5米（基坑底高程EL-8.05米，原狀土高程EL6.5米），其中集水井部位挖深達(dá)17.2米。由于基坑規(guī)模大、暴露時間長，如何確?；娱_挖過程及施工期的安全是整個工程成敗的關(guān)鍵。
 

1、泵站基坑所在區(qū)域的地質(zhì)狀況見下表：

土層	土層底高程(m)	天然含水量(%)	固結(jié)快剪		滲透系數(shù)（20℃）cm/s	允許承載力（kpa）
			C(kpa)	φ(°)
①1	2.1～4.3		17/8	32/30	4.0E-6（6.1E-5）（垂直）
②2	0.2～1.7	36.6	13/11	22/20	3.0E-6（9.7E-6）（垂直）	80
②3	0.1～-4.5	49.4	16/11	16/14	8.6E-6（2.5E-5）（垂直）	60
②5	-5.1	35.2	10/		3.1E-5（2.5E-5）（垂直）	120
③1	-2.5～-3.2	26.7	40/29	20/184	1.0E-7（3.7E-7）（垂直）	255
③2	-3.2～-8.1	30.5	32/21	20/20	4.2E-7（9.5E-7）（垂直）	150
③3	-6.7～-8.7	32.3	5/5	35/33	1.3E-4（1.7E-4）（水平）	120
④1	-9.1～-11.4	33.4			6.4E-4（垂直）	120
⑤	-3.3～-15.0	34.8	18/14	16/15	4.3E-7（1.8E-6）	105
⑤′		35.7	11/5	29/27	1.2E-6（2.6E-6）	110
⑥	-17.6～-20.1	23.5	55/45	24/22	1.6E-7（6.6E-6）	300

注：(1)滲透系數(shù)攔中，前值為算術(shù)平均值，后值（括號內(nèi)）為大值平均值；

(2)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)欄中，橫線上、下行數(shù)值分別為算術(shù)平均值、小值平均值。

基坑開挖深度范圍共涉及十個不同地質(zhì)亞層，其中以粉質(zhì)粘土層居多，并夾厚達(dá)2~4米的淤泥質(zhì)粘土層。主要含水層為③3、④1和②5層，其滲透系數(shù)（垂直和水平方向）均為K=A×10-5——A×10-4cm/s，屬弱透水層；③2與⑤1層為粘性土夾薄層砂壤土，具有較好的水平層理，地下水以水平運(yùn)動為主，K（垂直）=A×10-7cm/s，K（水平）=A×10-5cm/s。其中②3層淤泥質(zhì)粘土層與②2層內(nèi)所夾泥炭層，土質(zhì)極軟，高壓縮性，強(qiáng)度低，是基坑邊坡穩(wěn)定的控制層；③3和④1層為輕砂壤土，在地下水流作用下，可能會產(chǎn)生流沙。

2、在批復(fù)的工程初步設(shè)計報告中明確，考慮到要盡可能少占用耕地及拆遷民房，泵站站址選擇在太浦河閘南側(cè)，并選用泵閘分建方案。泵房中心線與太浦河中心線平行，兩者中心線相距200米，交通橋與太浦閘橋成直線布置，交通橋中心距泵房中心74.15米。工程拆遷原則上只考慮渠堤范圍內(nèi)的建筑物。工程布置見下圖：

 

太浦河節(jié)制閘是1958年建造的，其標(biāo)準(zhǔn)較低，1998年經(jīng)鑒定為病危水閘。而太浦河為太湖流域瀉洪主要通道，其防洪保護(hù)面積大于20萬畝，保護(hù)人口超過20萬人。

3、按照工程總體安排，基坑開挖將主要集中在2001年3、4月間，5月初基坑形成、進(jìn)行深層水泥攪拌樁施工。這樣，基坑將不可避免地要度過整整一個汛期，將經(jīng)受暴雨及洪水的考驗。

由此我們可以看出，研究太浦河泵站基坑的安全，不能只考慮基坑本身，還要考慮周邊民房的安全，更要研究如何同時確保太浦河節(jié)制閘及太浦河防洪大堤的安全。

1、增設(shè)地連墻

初設(shè)結(jié)束后經(jīng)進(jìn)一步研究，為了保護(hù)太浦河節(jié)制閘及太浦河大堤，同時減少因太浦河側(cè)滲流而對基坑形成破壞，而增加一項輔助工程設(shè)施：即沿太浦河節(jié)制閘右岸設(shè)置一道厚24cm的地下連續(xù)砼防滲墻，上下游長度共240米，防滲墻深度約18.7m，其墻的底部嵌入相對不透水層0.3~0.5m深。（見上圖）

2、承包商投標(biāo)時所報方案及有關(guān)承諾

本工程在招標(biāo)文件中明確基坑土方（范圍為樁號0-77.5至0+77.5兩個橫斷面之間）采用總價包干的方式。因而投標(biāo)人往往都按較陡的方案考慮基坑邊坡。

中標(biāo)的承包商所報方案為在EL3.5m、EL-2.6m高程布設(shè)寬度分別為2m和1m的馬道，其中在高程EL3.5m的馬道上布置噴射井點及進(jìn)、排水總管、截水溝等。經(jīng)對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定計算，選定原始地面至EL3.5m高程，開挖邊坡為1:1.5，EL3.5m至EL-2.6m之間開挖邊坡為1:2.5，EL-2.6以下為1:2.5。由此，計算泵房基坑開挖總量為18.5萬方。

評標(biāo)專家們對這一方案并不放心，通過澄清，承包商鄭重承諾在報價不變的前提下，基坑開挖及圍護(hù)措施根據(jù)基坑開挖過程出現(xiàn)的情況，可按照業(yè)主和監(jiān)理工程師的要求及時調(diào)整。

研究基坑方案，重點是研究兩個問題：一是邊坡放坡方案；二是降排水方案。

（1）邊坡放坡設(shè)計

由于感到承包商所報邊坡方案偏于不安全，為制定可靠、詳實的基坑實施方案，工程建設(shè)指揮部分別委托四家設(shè)計院對基坑進(jìn)行了邊坡設(shè)計。

四家設(shè)計院均認(rèn)為可能的滑動面有兩個：一是在②3層——淤泥質(zhì)粘土層滑出，滑出點位于整個邊坡的中部；二是基坑底部沿⑤層的深層滑動。

下表是四家設(shè)計院（其中C、D兩家聯(lián)合完成）的計算工況、條件、結(jié)果、建議方案的比較：

（2）降排水方案

對于潛水及雨水均采用開挖明溝、排水溝，匯集于集水坑內(nèi)抽走的方法解決。下部地下水抽排方案是降排水方案的核心。為了確保泵房基坑及其它部位的開挖施工，以及基礎(chǔ)砼澆筑的順利進(jìn)行，必須采用人工降水方法把水位降至建基面以下。

工程前期地勘過程曾針對以③3、④1和⑤1等層共同組成的承壓含水層做過抽水實驗。泵站場區(qū)淺部承壓水層承壓水位在EL3.26～EL3.47m，承壓水頭約7.8m，抽水試驗表明該層滲透系數(shù)K=2.9×10-4 cm/s,具中等透水性，降深3.5～3.6m時影響半徑36m。如需將地下水位降至EL-9.0m，基坑日涌水量約在250～350m3/d。

基坑開挖前，我們在現(xiàn)場進(jìn)行了深井降水試驗，以確定采用何種降水手段。試驗深井布置在基坑?xùn)|南角，井深22m，成井直徑￠800mm，井底高程為EL-16.0m，降水后確保承壓水位控制在EL-9.0m。同時在深井正南隔8m、20m、35m布置E1、E2、E3深水位觀測井，在深井正東方向隔8m、19m、34m布置S1、S2、S3深水位觀測井。試驗結(jié)果如下圖（深井降水試驗曲線表），可看出深井的有效降水區(qū)域并不顯著。

深井降水試驗曲線表

 

根據(jù)深井降水試驗結(jié)果同時參考周邊地區(qū)的成功經(jīng)驗，我們決定在基坑開挖時還是采用多層輕型井點環(huán)狀降水方案。

工程建設(shè)指揮部在充分分析研究四家設(shè)計院計算成果的基礎(chǔ)上認(rèn)為：

（1）邊坡最不利的圓弧滑動面分別為：沿著EL-0.2m③1硬土層上的頂層局部圓弧滑動和沿著EL-12.7m⑥層硬土層以上的深層圓弧滑動，邊坡設(shè)計按起控制作用的深層圓弧滑動穩(wěn)定計算成果為依據(jù)。

（2）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)水利水電勘察規(guī)范，滑動面土的抗剪強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值取固結(jié)快剪峰值的小值平均值，泵站設(shè)計規(guī)范規(guī)定邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)為1.20;根據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn)基坑工程設(shè)計規(guī)范，開挖深度超過10m，屬于一級基礎(chǔ)，滑動面土的抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取固結(jié)快剪峰值的算術(shù)平均值，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.43，邊坡設(shè)計應(yīng)同時符合國家及上海市有關(guān)規(guī)范的要求。

考慮到要給地連墻留有足夠?qū)挼耐馏w以保證地連墻的穩(wěn)定，綜合四院的方案，提出如下三級馬道放坡及四級井點環(huán)狀布置的方案（如下圖）。

 

對這樣的邊坡采用不同指標(biāo)的抗滑穩(wěn)定計算成果見下表：

可見考慮井點完全有效，按圓弧滑動計算結(jié)果，當(dāng)邊坡為1：2.5三級馬道時，Kmin=1.47，滿足國家規(guī)范[K]≧1.2的要求，按上海市規(guī)范計算Kmin=1.89，滿足上海規(guī)范[K]≧1.43的要求。（滑弧布置見下圖）。雖然計算K值較規(guī)范偏大，但考慮到井點會淤堵及長時間連續(xù)降雨等因素，即井點不可能完全有效，而按照計算如井點完全失效則K值達(dá)不到規(guī)范要求，故認(rèn)為所選擇的放坡及降水方案并不過分偏于保守而是適宜的。

 

 

承包商以上述邊坡設(shè)計為依據(jù)編寫了施工組織設(shè)計，并通過了包括劉建航院士在內(nèi)的多名地基處理專家的評審。

泵房工程的基礎(chǔ)開挖土方約20萬方，在實際實施中考慮到深層水泥攪拌樁施工及坑底保護(hù)的需要而分兩期開挖。一期開挖至EL-6.2m左右，歷時近四個月，5月13日結(jié)束；二期待深層水泥攪拌樁施工結(jié)束達(dá)到強(qiáng)度要求使用小型反鏟式挖機(jī)配合人工開挖至EL-8.05m。在基坑開挖過程及保護(hù)方面，我們主要抓了以下幾個方面：

1、嚴(yán)格遵循“先降水，后開挖”的原則，在輕型井點發(fā)揮作用后再進(jìn)行該級開挖；

2、做好施工現(xiàn)場地面排水系統(tǒng)，在坡頂和每一平臺處都設(shè)置了截水溝，匯集后用水泵及時抽排入太浦河；

3、加強(qiáng)對坡面的保護(hù)，除了對最下一層邊坡進(jìn)行素砼抹面保護(hù)外，平時備足土工布，遇有降雨，在土坡上鋪土工布以保護(hù)；

4、加強(qiáng)監(jiān)測工作，委托了專業(yè)監(jiān)測隊伍在基坑實施全過程進(jìn)行地下水位變化、沉降、測斜等方面的監(jiān)測工作，以指導(dǎo)實施；

5、加強(qiáng)現(xiàn)場操作管理，嚴(yán)格禁止直立開挖深度超過2米。

在基坑實施過程中我們也遇到了兩個問題：

一是西北角翼墻部位在開挖接近設(shè)計基面時，出現(xiàn)細(xì)微的流砂現(xiàn)象。我們采取的措施是在加大排水力度的同時加快局部施工，盡早進(jìn)行封底，根據(jù)監(jiān)測，封底后一切正常；

二是西南邊坡的一個觀測點曾在同一天內(nèi)沉降及傾斜變化均超過規(guī)范允許范圍。對此我們在該區(qū)域暫停了三天施工，未采取其它措施。待穩(wěn)定后繼續(xù)施工，經(jīng)后續(xù)監(jiān)測，一切正常。

8月中下旬開始進(jìn)行泵站底板澆筑，基坑安全渡過了整整一個汛期的考驗。確保了后續(xù)工程的順利實施。下面就三方面對基坑實施方案進(jìn)行評價：

1、地連墻

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明地連墻迎太浦河、基坑側(cè)的水位差達(dá)4米左右，同時太浦閘在施工期的最大沉降為2mm，最大位移為2mm，均在規(guī)范允許范圍內(nèi)?？梢灾v地連墻確保了太浦閘及太浦河的穩(wěn)定與安全。

2、井點降水

實施過程中發(fā)現(xiàn)，井點降水前后坡面的干濕程度截然不一樣，這對坡面的保護(hù)極為有利。

3、放坡及馬道

基坑很安全，回過頭來看邊坡設(shè)計是否過于保守了呢？為此，我們從三個方面評價：

實施方案與承包商投標(biāo)時所報方案相比，增加土方量1.5萬方，按其報價開挖8.33元/m3，回填13.03元/m3計算共增加投入27.5萬元。這在整個工程中所占比例極小。

（2）工期

由于增加開挖量而延長工期，在關(guān)鍵線路上受影響的只是基坑土方開挖。按正常日出土2500m3計，延長工期6天左右。通過合理組合安排，這不至于對總體進(jìn)展產(chǎn)生影響。

（3）安全性

進(jìn)水渠段的地質(zhì)狀況與基坑部位基本類同，只是②3層土稍厚。進(jìn)水渠為梯形明渠，渠底高程EL-2.50m，渠道邊坡1：3，在EL3.2m處設(shè)寬5m的馬道，堤防頂高程EL7.0m。進(jìn)水渠南堤0-413.00~0-475.00m段2001年10月中旬即已形成斷面，但在2001年11月3日突然發(fā)生滑坡現(xiàn)象，堤腳向外滑移30m左右。堤腳的滑動面為自然狀態(tài)，未出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。

由此反證基坑的邊坡及馬道設(shè)置并不過于保守。

綜上可以看出，本工程的基坑方案是符合工程點的、妥切的。

在軟基上進(jìn)行基坑開挖是江、浙、滬地區(qū)的工程界要經(jīng)常面臨的一項技術(shù)難題，在基坑實施中發(fā)生邊坡失穩(wěn)而導(dǎo)致機(jī)毀人亡，給工程造成重大損失的案例也經(jīng)常出現(xiàn)。太浦河泵站工程的基坑深度深、范圍大、施工暴露時間長、地質(zhì)和水文條件復(fù)雜，北側(cè)緊鄰太浦閘，防汛要求高，具有典型意義。筆者全過程參與了方案的論證及實施，有如下體會；

1、方案論證特別是邊坡與馬道設(shè)計要慎重，正確的方案是基坑安全的首要前提；

2、降排水是工程成功的保證，要組織專門的隊伍負(fù)責(zé)降排水工作。本項目還專門印制了“泵站基坑降排水管理手冊”，發(fā)至每個相關(guān)的工人，使人人都能明了自己的職責(zé)與工作要點；

3、加強(qiáng)監(jiān)測，進(jìn)行信息化施工是重要保障。及時整理數(shù)據(jù)，建立上報制度，使業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工各方都能及時掌握動態(tài)信息，便于在第一時間對各種可能出現(xiàn)的情況作出正確的反應(yīng)；

4、加強(qiáng)施工現(xiàn)場控制極為重要。再好的方案如沒有良好的施工現(xiàn)場控制作為保證，那將會成為一紙空文。很多基坑事故都是在開挖中由于直立開挖、擾動過大、降排水不及時等原因誘發(fā)的。

5、關(guān)注基坑主體的同時應(yīng)關(guān)注周邊建筑物，本工程更多關(guān)心了太浦閘，而忽略了南側(cè)的民房從而帶來了一些后遺癥；

筆者建議：

1、對基坑工程建筑物等級的認(rèn)定不能等同于一般的臨時工程，應(yīng)適當(dāng)提高其級別；

2、在邊坡設(shè)計中，抗剪指標(biāo)的選取極為關(guān)鍵，按直接快剪指標(biāo)過于偏安全，應(yīng)選擇固結(jié)快剪指標(biāo)，但用小值平均值還是算術(shù)平均值，應(yīng)對應(yīng)于相應(yīng)的K值要求。建議按不同的規(guī)范分別計算，取最不利的計算結(jié)果作為控制依據(jù)；

3、在邊坡設(shè)計中應(yīng)考慮降水效果，但最終計算結(jié)果應(yīng)留有一定的余量。因為井點有時會因連續(xù)較大規(guī)模降雨或孔壁堵塞等原因造成部分甚而全部失效。