某基坑工程流砂的成因分析及處理措施

彭 剛

流砂是土體的一種現(xiàn)象，通常細(xì)顆粒、顆粒均勻、松散、飽和的非粘性土容易發(fā)生這個(gè)現(xiàn)象。流砂的形成是多種多樣的，但它對(duì)建筑物的安全和正常使用影響極大。發(fā)生流砂時(shí)，土體失去承載力，不但使施工條件惡化，還會(huì)影響基坑工程的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起基坑邊坡塌方，土坡側(cè)向位移與沉降急劇增大，危及工程的安全和施工的順利進(jìn)行。由此可見，在某些深基坑工程施工過程中，對(duì)流砂進(jìn)行有效控制和及時(shí)處理至關(guān)重要。本文結(jié)合鄭州地區(qū)某深基坑工程實(shí)例，分析了流砂成因，提出了相應(yīng)的措施。

1 工程概況

基坑深18.39m，采用鉆孔樁+鋼支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)體系，鉆孔灌注樁樁長(zhǎng) 27.49m，樁間噴護(hù)采用掛網(wǎng)噴混凝土。鄭州地區(qū)主要是黃泛區(qū)及黃河古道的砂性土、粉土地區(qū)分布。該場(chǎng)地地貌單元為黃河沖洪積平原，基坑位于粉砂、粉質(zhì)粘土、粉土、細(xì)砂等地層。根據(jù)勘察揭露，場(chǎng)地內(nèi)地下水可分為空隙潛水和承壓水。空隙潛水主要賦存于14.60m～19.70m以上的粉土層中，承壓水主要賦存于 16.00m～34.30m范圍內(nèi)的粉砂、細(xì)砂地層。

2 流砂現(xiàn)象及原因分析

流砂的變形破壞形式是多種多樣的，隨著場(chǎng)地條件及地下水作用方向不同，形成流砂、潛蝕、側(cè)滑、流塌等多種表現(xiàn)形式。流砂是砂土在水壓變化條件下形成的，流砂形成需同時(shí)具備三個(gè)條件:1)地層為砂性土，如細(xì)粒、松散的砂土、粉土等。2)位于地下水位以下，受水壓作用。3)破壞原地層的穩(wěn)定或水壓頭發(fā)生(反復(fù))變化，如基坑開挖、抽水、河水上漲等。當(dāng)砂性土地層同時(shí)具備上述三個(gè)條件時(shí)，當(dāng)水壓力大于有效壓力，砂在自重或側(cè)向水壓力(或者附加載荷)的作用下與水一起發(fā)生流動(dòng)，就形成流砂。

基坑土層性質(zhì)如下:

第①層粉土:表層為耕植土，含植物根莖;下部為粉土，褐黃色，稍濕，稍密，干強(qiáng)度低，韌性低，局部夾粉質(zhì)粘土團(tuán)塊，平均厚度2.25m。第②層粉砂:褐黃色，稍濕，松散，夾粉土薄層，含植物根莖，平均厚度1.71m。第②-1層粉土:褐黃～褐灰色，稍濕，稍密，平均厚度1.25m。第③層粉質(zhì)粘土:褐灰～深灰色，軟塑，夾粉土薄層，平均厚度2.33m。第③-1層粉土:褐灰色，濕～很濕，稍密，夾粉質(zhì)粘土薄層，平均厚度 1.00m。第④層粉土:褐黃～褐灰色，濕～很濕，中密，夾粉質(zhì)粘土薄層，平均厚度3.09m。第④-1層粉質(zhì)粘土:褐灰色，軟塑，稍密，夾粉土薄層，平均厚度0.93m。第⑤層粉土:灰～灰褐色，濕，中密，局部夾粉土薄層，平均厚度1.46m。第⑥層粉質(zhì)粘土:黑灰～灰黃色，軟 ～可塑，切面稍光滑，夾粉土薄層，平均厚度 3.66m。第⑥-1層粉質(zhì)粘土:褐灰 ～黑灰色，濕 ～很濕，中密，平均厚度1.21m。第⑦層細(xì)砂:褐灰～灰黃色，飽和，中密 ～密實(shí)，夾粉土薄層，平均厚度1.98m。第⑧層中砂:灰色 ～褐黃色，飽和，密實(shí)，夾細(xì)砂、粉砂薄層，平均厚度6.87m。第⑨層粉質(zhì)粘土:黃褐 ～褐黃色，硬塑，局部夾粉土薄層，平均厚度1.39m。第⑩層中砂:淺黃～褐黃色，飽和，密實(shí)，夾細(xì)砂薄層，平均厚度2.25m。

圍護(hù)樁及第一層圍檁、支撐施工完畢，基坑降水穩(wěn)定在-19.00m處，在基坑北側(cè)開挖，挖完第二層土(-2.25m～-3.96m)后，有兩處圍護(hù)樁樁間開始滲水，且在很短的時(shí)間內(nèi)，滲水處越來越多，且?guī)?dòng)砂流出，造成大量流砂(見圖1)。

從工程地質(zhì)勘察報(bào)告可以看出在-3.70m～-5.00 m為粉砂層，而下層土為粉土層，該粉土層垂直滲透系數(shù)小，為一隔水層，在-12.00m處又有一粉土層，上部為砂層，雖然基坑降水已經(jīng)穩(wěn)定到基底下，但是由于隔水層的存在，-5.00m以上的上層水并未排出，造成了開挖至該土層時(shí)產(chǎn)生了流砂，含水量由地表水補(bǔ)給來源決定其大小。經(jīng)過分析及查找，明確了水的來源。

1)基坑南側(cè)約6.00m處有一施工排水溝，寬約2.50m，深約1.50m，常年排水，通過滲流已形成流水通道，侵蝕樁后土體，隨流水從樁間流出。一旦土體開挖，就會(huì)造成坑內(nèi)與坑外的水壓失衡。2)開挖前幾日有暴雨，雨水囤積，造成地表水非常豐富，又由于在-5.00m～-7.00m處有一隔水層的存在，造成上層滯水仍然豐富。

3 治理措施

治理流砂主要是把基坑外部的水降下去或者把基坑外的水止住，可以在-7.00m以上的土層采用輕型井點(diǎn)降水，或者做止水帷幕，經(jīng)過綜合考慮，采用如下方案:

1)針對(duì)基坑邊的排水溝，把排水溝移到離基坑稍遠(yuǎn)的地方，在溝底鋪設(shè)塑料薄膜，最大程度上減小了該排水溝的滲漏對(duì)基坑造成的危害。2)針對(duì)上層滯水問題，采用輕型井點(diǎn)降水，把隔水層上部土層的水排出來。3)對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的樁間的流砂造成的空洞，采用向內(nèi)部噴射混凝土的做法填補(bǔ)。

4 結(jié)論及體會(huì)

1)對(duì)有較厚的細(xì)、粉砂層，地下水較豐富、周邊有水源補(bǔ)給的基坑施工，施工單位在編制基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和土方開挖方案時(shí)，對(duì)流砂的危害應(yīng)有充分的認(rèn)識(shí)。若能在施工前充分研究地質(zhì)勘探資料，按考慮流砂的思路制定支護(hù)方案和施工組織設(shè)計(jì)，即可避免流砂現(xiàn)象的發(fā)生，更不會(huì)出現(xiàn)流砂問題后被迫停工進(jìn)行處理，既耽誤了工期，又增加了許多不必要的費(fèi)用。

2)設(shè)計(jì)人員運(yùn)用工程地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行基坑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)工程水文地質(zhì)條件，針對(duì)該場(chǎng)地所具有的典型土層，對(duì)施工時(shí)可能發(fā)生的問題，提出必要的相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案和防治措施。

3)本工程最后采用的方案，很好的處置了流砂，為下步施工提供了條件和安全保障，也為基坑的進(jìn)一步開挖提供了參考，避免了再次發(fā)生流砂現(xiàn)象。

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