工程實施中基坑擬采用大開挖方式，泵房基坑長（順水流方向）109.7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，前值為算術平均值，后值（括號內(nèi)）為大值平均值；

(2)抗剪強度指標欄中，橫線上、下行數(shù)值分別為算術平均值、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、在批復的工程初步設計報告中明確，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，其標準較低，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，其防洪保護面積大于20萬畝，保護人口超過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、增設地連墻

初設結(jié)束后經(jīng)進一步研究，為了保護太浦河節(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施：即沿太浦河節(jié)制閘右岸設置一道厚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、承包商投標時所報方案及有關承諾

本工程在招標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。因而投標人往往都按較陡的方案考慮基坑邊坡。

中標的承包商所報方案為在EL3.5m、EL-2.6m高程布設寬度分別為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、排水總管、截水溝等。經(jīng)對邊坡進行穩(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，工程建設指揮部分別委托四家設計院對基坑進行了邊坡設計。

四家設計院均認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，以及基礎砼澆筑的順利進行，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東南角，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。

工程建設指揮部在充分分析研究四家設計院計算成果的基礎上認為：

（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)國家標準水利水電勘察規(guī)范，滑動面土的抗剪強度的標準值取固結(jié)快剪峰值的小值平均值，泵站設計規(guī)范規(guī)定邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)為1.20;根據(jù)上海市標準基坑工程設計規(guī)范，開挖深度超過10m，屬于一級基礎，滑動面土的抗剪強度標準值取固結(jié)快剪峰值的算術平均值，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.43，邊坡設計應同時符合國家及上海市有關規(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值達不到規(guī)范要求，故認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計為依據(jù)編寫了施工組織設計，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)束達到強度要求使用小型反鏟式挖機配合人工開挖至EL-8.05m。在基坑開挖過程及保護方面，我們主要抓了以下幾個方面：

1、嚴格遵循“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置了截水溝，匯集后用水泵及時抽排入太浦河；

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

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

5、加強現(xiàn)場操作管理，嚴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計基面時，出現(xiàn)細微的流砂現(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)。可以講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，這對坡面的保護極為有利。

3、放坡及馬道

基坑很安全，回過頭來看邊坡設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，這不至于對總體進展產(chǎn)生影響。

（3）安全性

進水渠段的地質(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處設寬5m的馬道，堤防頂高程EL7.0m。進水渠南堤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)常面臨的一項技術難題，在基坑實施中發(fā)生邊坡失穩(wěn)而導致機毀人亡，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責降排水工作。本項目還專門印制了“泵站基坑降排水管理手冊”，發(fā)至每個相關的工人，使人人都能明了自己的職責與工作要點；

3、加強監(jiān)測，進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；

4、加強施工現(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、關注基坑主體的同時應關注周邊建筑物，本工程更多關心了太浦閘，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定不能等同于一般的臨時工程，應適當提高其級別；

2、在邊坡設計中，抗剪指標的選取極為關鍵，按直接快剪指標過于偏安全，應選擇固結(jié)快剪指標，但用小值平均值還是算術平均值，應對應于相應的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、在邊坡設計中應考慮降水效果，但最終計算結(jié)果應留有一定的余量。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。