基坑流砂現(xiàn)象分析與防治措施

趙棲遠(yuǎn)，毛 燕

(吉林省電力勘測設(shè)計(jì)院，吉林 長春 130022)

基坑流砂現(xiàn)象分析與防治措施

趙棲遠(yuǎn)，毛 燕

(吉林省電力勘測設(shè)計(jì)院，吉林 長春 130022)

基坑開挖時(shí)，經(jīng)常會遇到流砂現(xiàn)象。分析引發(fā)流砂現(xiàn)象的因素，通過工程實(shí)例介紹了幾種治理措施。

基坑開挖；流砂；成因；防治。

基礎(chǔ)是上部結(jié)構(gòu)與地基聯(lián)系的紐帶，基礎(chǔ)的穩(wěn)固直接影響到構(gòu)筑物的安全，而基礎(chǔ)施工大多從基坑開挖開始。基礎(chǔ)開挖時(shí)，當(dāng)基坑開挖至地下水位線以下，在基坑抽排水過程中滲流會產(chǎn)生動水壓力，動水壓力過大將會造成流砂現(xiàn)象的出現(xiàn)。特別是在地基土存有飽和粉細(xì)砂或粉土?xí)r流沙現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。由于流砂會引發(fā)基坑壁滑移倒塌、坑底滲流(或突涌)等基坑穩(wěn)定性問題，因此在施工時(shí)，應(yīng)提前認(rèn)真分析研究工程地質(zhì)資料，對施工做好充足準(zhǔn)備，采取相應(yīng)措施控制住流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生。

1 流砂的成因

流砂是滲透破壞的一種形式，是水在土中滲流所產(chǎn)生的動水壓力對土體作用的結(jié)果。動水壓力的大小與水力坡度成正比，即水位差愈大，滲透路徑愈短，則動水壓力愈大。當(dāng)動水壓力大于土的浮重度，砂土顆粒間的內(nèi)摩擦力會突然消失而變成懸浮狀態(tài)，土顆粒往往會隨滲流的水一起流動，涌入基坑內(nèi)，形成流砂。

流砂現(xiàn)象的發(fā)生，一方面導(dǎo)致流砂邊挖邊冒，土方開挖無法達(dá)到設(shè)計(jì)深度，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和速度；另一方面因流砂導(dǎo)致基坑附近地下被掏空，周圍土體喪失穩(wěn)定性而引起坑壁塌方、地面產(chǎn)生塌陷等。

2 流砂的防治

由于產(chǎn)生流砂的主要原因是動水壓力的大小和方向。當(dāng)動水壓力方向向上且足夠大時(shí)，土顆粒被帶出而形成為流砂，而動水壓力方向向下時(shí)，如發(fā)生土顆粒的流動，其方向向下，使土體穩(wěn)定。因此，在基坑開挖中，防治流砂的基本原則是減少或平衡動水壓力、設(shè)法使動水壓力方向向下及截?cái)嗟叵滤鞯取?/p>

基坑工程對流砂的預(yù)防，可采用枯水期施工、打板樁、水中挖土、降低地下水位、地下連續(xù)墻法等方法。

3 工程實(shí)例

在電力施工建設(shè)中，風(fēng)機(jī)和主變壓器等構(gòu)筑物的基礎(chǔ)施工就遇到了流砂現(xiàn)象。下面通過兩個(gè)工程實(shí)例來分析流砂現(xiàn)象所產(chǎn)生的原因及處理措施。

3.1 治理措施1——降低地下水位

基坑外設(shè)置降水井點(diǎn)，在流砂層內(nèi)抽水，改變動水壓力方向，從而解決流砂的問題。

工程實(shí)例1：

某風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為直徑18m的圓形基礎(chǔ)，基底深-4.5m，在-1.5m～-4.0m土層為粉砂層，層厚約3.5m，-4.0m以下為礫砂層，水位埋深為-2.1m。基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土筏型基礎(chǔ)。在基坑四周分別設(shè)置了四眼20m的大口徑井點(diǎn)進(jìn)行降水，當(dāng)基礎(chǔ)開挖至3.0m時(shí)遭遇流砂，基坑內(nèi)的水不斷地流入，并有相當(dāng)一部分粉細(xì)砂帶入坑內(nèi)，無法繼續(xù)下挖。

(1)分析原因：降水井由于成井工藝和成井后抽水操作的失誤導(dǎo)致降水井失效不能有效地降低地下水位，使得在土方開挖時(shí)，基坑內(nèi)外形成一定的水頭差，場地外的水向開挖面低處流動，此時(shí)動水壓力方向向上，將細(xì)粉砂帶往開挖面形成“流砂”現(xiàn)象。

(2)補(bǔ)救措施：經(jīng)計(jì)算論證決定改用輕型井點(diǎn)降水方法進(jìn)行處理。井點(diǎn)環(huán)形布置，井點(diǎn)管距坑壁1.5m，間距1.8m，入土深度比基坑底深1.5m，井點(diǎn)管用φ25PVC管，集水管采用φ50PVC管。

(3)系統(tǒng)特點(diǎn)：①輕型井點(diǎn)系統(tǒng)比較經(jīng)濟(jì)，井點(diǎn)管造價(jià)較低。②施工簡單方便，迅速快捷，生產(chǎn)效率高。③安全性好，由于輕型井點(diǎn)系統(tǒng)是降淺層水，不會形成大的降水漏斗，對周圍土體不會發(fā)生大的影響。

(4)使用效果：按上述方法處理后，抽水的第2天，基坑內(nèi)流砂停止流動，抽水5天后，挖掘機(jī)開挖至基底標(biāo)高時(shí)，粉細(xì)砂層呈現(xiàn)固結(jié)狀態(tài)，流砂未再發(fā)生。

3.2 治理措施2——保持水頭，改善顆粒級配

基坑內(nèi)保持一定水頭高度，減小地下水的水力坡度，改變砂土的級配從而解決流砂的問題。

工程實(shí)例2

某升壓站，巖土工程條件自上而下的土層為：①人工填土(平均厚lm)；② 粉細(xì)砂層(平均厚2.0m)；③礫砂層(平均厚10m)。地下水位為-2.5m，含水量豐富。主變壓器設(shè)計(jì)采用礫砂層(埋深3.0m)為基礎(chǔ)持力層的獨(dú)立基礎(chǔ)。基坑開挖至2.5m時(shí)遇到了流砂現(xiàn)象。由于流砂問題，致使基坑開挖斷面無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，無法進(jìn)行下道工序施工。

(1)分析原因：由于基坑塌方，導(dǎo)致降水方案中降水集水井不能正常使用，降水集水井工作效率下降，形成的內(nèi)外水頭差促使基坑外地下水向開挖面低處流動，將細(xì)粉砂帶往開挖面形成“流砂”現(xiàn)象。

(2)補(bǔ)救措施：根據(jù)分析計(jì)算決定，在基坑內(nèi)保持一定水頭高度的情況下，進(jìn)行基坑開挖，采用換填法處理，從而解決流砂的問題。具體方法為：停止降水，即在開挖基坑中保持一定水頭高度。局部下挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后快速回填礫砂且用鋼釬撼實(shí)，直至鋼釬從0.5m高處自由落下，插入深度不超過10cm為止。最后整個(gè)基底用平板振搗器振搗二遍。

(3)使用效果：處理后經(jīng)檢測地基的各項(xiàng)指標(biāo)基本滿足設(shè)計(jì)要求。該工程在交工后及使用過程中，經(jīng)沉降觀測滿足使用要求。

4 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

(1)在飽和粉細(xì)砂層中進(jìn)行基坑開挖，若要避免和減少流砂現(xiàn)象，堅(jiān)持坑內(nèi)外降水至關(guān)重要。不宜用“時(shí)開時(shí)關(guān)”之方法控制坑外降水深度，此法會導(dǎo)致細(xì)砂顆粒在井點(diǎn)管里的不斷沉積，引起堵管、同時(shí)管外土體不能連續(xù)緊裹井點(diǎn)管，真空度受到削弱，降水井易失效。

(2)不易選擇深井降水法，此法對砂性土體擾動較大，水的流動會引起大量粉砂顆粒的移動，導(dǎo)致塌孔，深井遭到破壞。

(3)對于局部的或輕微的流砂治理，不僅可以用降水減壓的方法，也可以用改變砂土的級配，即用礫砂撼填—— 換土法來處理。

[1] 徐偉，等.土木工程施工手冊[M].中國計(jì)劃出版社，2003.

[2] 趙景秀.降水施工技術(shù)在工程中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008.

[3]《工程地質(zhì)手冊》編委會.工程地質(zhì)手冊(第四版) [M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

Analysis and Prevention Quicksand Phenomenon in Excavation Pit

ZHAO Qi-yuan, MAO Yan
(Jilin Electric Power Survey and Design Institute, Changchun 130022, China)

Excavation, often encounter the phenomenon of quicksand, Analysis of the factors that lead to the phenomenon of quicksand through engineering control measures introduced several examples.

excavation; quicksand; causes; prevention.

TU4

B

1671-9913(2011)05-0018-02

2011-06-16

趙棲遠(yuǎn)(1971- )，男，國家注冊巖土工程師，高級工程師。