華僑中學教學樓工程流砂現象的防治

張燁妍

華僑中學教學樓工程系由龍海市財政局及教育局投資并精興策劃興建的教學樓，其平面為L型組合，南北方向長65.9m，東西方向長17.6m及10.4m。本工程建筑層數為5層，建筑總高度為18.5m，總建筑面積為3196.5m?，建筑占地面積為778.6m?.本工程由福建八建建筑工程有限公司承建。

本工程基礎采用預應力高強混凝土管樁，樁承臺厚度為1.1m（承臺底離地面3m左右），樁承臺采用C25密實性砼。樁施工完畢，采用全面開挖樁承臺工作面時，在離地面高度3m左右易發生流砂現象。因此，把防止流砂現象的發生作為本工程重點攻關項目。

流砂現象發生時，也就是說土完全喪失承載力，處于流動狀態，流砂嚴重時會使管樁斷裂；會使樁承臺基坑塌方；附近建筑物也會因地基被掏空而下沉、傾斜，甚至倒塌。

1、流砂現象發生的原因

水在土中滲流時受到土顆粒的阻力，從作用與反作用定律來看，水對土顆粒則產生一個壓力，即動水壓力。由于動水壓力與水流方向一致，所以當水在土中滲流的方向改變時，動水壓力對土就會產生不同的影響。當滲流從下而上，動水壓力與重力作用相反，減小土顆粒間的壓力，也就是土的顆粒除了受水的浮力外，還受到動水壓力向上舉的趨勢。若動水壓力等于或大于土的浸水容重時土粒呈懸浮狀態，失去穩定，被水流帶到基坑內，另外由于土顆粒周圍附著親水膠體顆粒，飽和時膠體吸水膨脹，使土粒密度減小，因而在不大的水沖力下能懸浮流動。飽和砂土在振動的作用下，結構被破壞，使土顆粒懸浮于水中并隨水流動。

2、產生流砂的條件

1）水力坡度較大，流速大，當動水壓力超過土粒浸水松散密度，使土粒懸浮時即會產生流砂。

2）砂土孔隙度愈大，愈易形成流砂。

3）砂土的滲透系數愈小，排水性能愈差時，愈易形成流砂。

4）砂土中含有較多的片狀礦物，如云母、綠泥石等，易形成流砂。

5）土層中有厚度大于250mm的粉砂土層；土的含水率（質量分數）大于30%以上或空隙率大于43%；土的顆粒組成中黏土粒含量（質量分數）小于10%，粉砂粒含量（質量分數）大于75%。

3、流砂現象的處理

土在一定條件下轉化為流砂，若改變動水壓力的大小和方向，又可將流砂轉變為穩定土。因此在施工中處理流砂的途徑有二：一是設法減少動水壓力，二是設法使動水壓力向下。經過現場的認真勘察后，本工程發生流砂的原因為：土的顆粒組成中，粘土粒含量小于10%，粉砂粒含量大于75%，挖深超過地下水位線0.5m左右而發生流砂。本工程打算采取以下六種措施中的一種將流砂轉變為穩定土：

第一種，打板樁。將鋼板樁沿樁承臺基坑外圍四周打入坑底下面一定深度，改變動水壓力的方向，增加地下水從坑外流入坑內的 滲流路程，從而減小動水壓力，防止流砂發生，此方法需用鋼材。

第二種，人工降低地下水位。一般采用井點降水，由于降水時，水流方向向下，而動水壓力與水流方向一致，動水壓力的方向也應朝下，也就加大土顆粒間的壓力，土粒就會重新穩定，從而有效地治服流砂現象。

第三種，枯水期施工法。土方開挖盡量安排在全年水位最低的季節施工，使基坑內動水壓力減小，從而預防和減輕流砂現象。

第四種，水下挖土法。采取水下挖土（不抽水或少抽水），使坑內水壓與坑外地下水壓相平衡或縮小水頭差，如沉井施工。

第五種，設止水帷幕法。采用深層攪拌樁、密排灌注樁、地下連續墻等方法，固結基坑周圍粉砂層使之形成封閉的防滲惟幕，從而達到增加地下水從坑外流入坑內的滲流路線和滲水量，改變動水壓力的方向，減小動水壓力的目的。

第六種，搶挖并拋大石塊法。通過組織快速施工，使挖土速度超過冒砂的速度，在挖至設計標高后，立刻鋪竹篾、蘆席并拋大石塊，以增加土的壓重和減小動水壓力，將流砂壓住。此法只可解決局部或輕微的流砂。

將六種方法加以比較：第一種，打板樁，經濟適用：因為倉庫里存有一定量的槽鋼足以打板樁；第二種，人工降低地下水位，需要添置設備：購買真空泵和水氣分離器，成本較高；第三種，枯水期施工法，施工時間無法安排在全年水位最低的季節，否則影響施工工期；第四種，水下挖土法，采用此法樁承臺無法施工，無法操作；第五種，設止水幕墻，此方法工作量大，成本高；第六種，搶挖并拋大石塊法，增加樁承臺的施工難度，操作難度大。

綜上，本工程采用第一種方法打板樁，槽鋼打下去后，流砂現象得到了防止，工程順利進行下去。