小議建筑工程基坑挖掘中流砂防御措施

鄧 雄

（云南省楚雄市建筑公司,云南 楚雄 675000）

1 流砂防御工程施工中的重要性

1.1 基坑挖掘施工中流砂的概念。流砂是指松散細(xì)顆粒土被地下水飽和后，在動(dòng)水壓力即水頭差的作用下，產(chǎn)生的地下水自下而上懸浮流動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)?shù)叵滤膭?dòng)水壓力大于土粒的浮重度或地下水的水力坡度大于臨界水力坡度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生流砂。

1.2 流砂對(duì)基坑挖掘施工的消極影響。在基坑挖掘施工過(guò)程中，流砂的形成使得土休大量流動(dòng)，基土完全失去了承載能力，施工工人在土地上也很難立足，使施工條件變得非常惡劣，相應(yīng)的便會(huì)提高施工難度。工人一邊挖土，基土一邊向外冒，這樣就難以達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求達(dá)到的深度，而且容易引起土壁的塌方，可能導(dǎo)致的后果相當(dāng)嚴(yán)重，包括建筑物的地基破壞、地表塌陷等，推遲了工程施工的正常進(jìn)度，甚至還會(huì)直接影響建筑工程以及周邊建筑物的安全性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致周邊建筑物的下沉、傾斜甚至倒塌，帶來(lái)的后果將不堪設(shè)想。

1.3 防御流砂的重要意義。建筑的基礎(chǔ)可以說(shuō)是建筑物中最重要的組成部分，它與建筑物的正常使用和安全性有直接關(guān)系，在實(shí)際的土木工程施工過(guò)程中必須將建筑材料、地質(zhì)條件、及施工技術(shù)這三要素有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，并且要綜合考慮地基與土面以上的建筑主體部分，保證基礎(chǔ)工程的安全性、合理性以及科學(xué)性，以便于日后的工作。因此，流砂的防御非常重要。施工前，務(wù)必要對(duì)施工地點(diǎn)的土地資料和水文資料做詳細(xì)的了解，針對(duì)具體情況做出相應(yīng)的措施，把流砂現(xiàn)象發(fā)生的可能性降到最低，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 流砂現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。流砂，從字面意義上理解就是指流動(dòng)的砂子，砂子為什么會(huì)流動(dòng)，大致可分為內(nèi)因和外因兩方面：

2.1 流砂產(chǎn)生的內(nèi)因分析。流砂產(chǎn)生的內(nèi)因決定于封的性質(zhì)。如果土壤空隙大、含水量大(大于 30%)、粘粒含量小(含量小于 10%)、滲透系數(shù)小、顆粒均勻(不均勻系數(shù)小于5)，排水性能差、在施工過(guò)程中便非常容易出現(xiàn)流砂的現(xiàn)象。

2.2 流砂產(chǎn)生的外因分析。動(dòng)水壓力的大小與方向即是流砂產(chǎn)生的外因。當(dāng)水從高水位流向低水位時(shí)，水在土壤滲流過(guò)程中就會(huì)受到來(lái)自土顆粒的阻力，這時(shí)水對(duì)土顆粒也有一個(gè)壓力，這個(gè)壓力即動(dòng)水壓力。動(dòng)水壓力與水力坡度及水的重力密度有關(guān)。

在一般的情況下，當(dāng)?shù)叵滤辉礁撸觾?nèi)外水位差越大時(shí)，動(dòng)水壓力也越大，這樣就會(huì)更容易發(fā)生流砂現(xiàn)象。當(dāng)基坑坑底處于不透水層內(nèi)時(shí)，它的下面又為承壓水的透水層，同時(shí)承壓水的頂托力大于基坑不透水層的覆蓋厚度的重量時(shí)，基坑的底部就會(huì)發(fā)生管涌冒砂的現(xiàn)象了。

3 流砂現(xiàn)象的防御措施。土木工程施工單位應(yīng)針對(duì)產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的各種原因，在實(shí)際施工中提前做好相應(yīng)的預(yù)防。本文以某建筑企業(yè)的土木工程施工為例，其首先要進(jìn)行的是施工地點(diǎn)的選擇，盡量在土質(zhì)條件較好的地方進(jìn)行，這樣就可以大大節(jié)約防御流砂的財(cái)力和精力。當(dāng)然，在平時(shí)的施工過(guò)程中，難免也要選擇在土質(zhì)條件不太好的情況下進(jìn)行施工，這就要求我們要在施工之前對(duì)水文土質(zhì)情況做深入詳盡的了解和解決的方法。防御流砂的具體措施如下：

3.1 人工降低地下水。人工降低地下水就是在基坑開挖之前，先將一定數(shù)量的濾水管(井)埋在基坑周圍，然后利用抽水設(shè)備將水抽出，使地下水位降低到坑底以下，直到施工完畢為止。這樣做可以達(dá)到開挖在干燥的基坑中進(jìn)行的效果，從而有效防止流砂現(xiàn)象的發(fā)生，提高了施工條件。但是由于降水可能造成降水影響范圍內(nèi)的建筑物和構(gòu)筑物產(chǎn)生附加沉降位移，所以應(yīng)該在降水前，事先采取防護(hù)措施。人工降低地下水位的方法通常由輕型井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、管井井點(diǎn)及深水泵等。

(1)輕型井點(diǎn)。輕型井點(diǎn)是指沿著基坑四周或一側(cè)，每隔一定距離就將井點(diǎn)管(下端為濾管)埋入蓄水層內(nèi)。通過(guò)彎聯(lián)管，井點(diǎn)管上端與總管連接，并通過(guò)抽水設(shè)備使得地下水不斷地從井點(diǎn)管內(nèi)抽出，最終達(dá)到原有地下水位落至坑底標(biāo)高以下的一種降水方法。使用此方法的優(yōu)點(diǎn)便是造價(jià)低廉，設(shè)備輕便，使用面相對(duì)比較寬。但是，由于真空泵效率問(wèn)題，一般降水深度可以達(dá)到6m左右。

(2)電滲井點(diǎn)。如果土的滲透系數(shù)很小(x<0.1階d)，且采用輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)基坑(槽)降水，當(dāng)效果達(dá)不到預(yù)期指標(biāo)時(shí)，宜改用電滲井點(diǎn)降水。電滲井點(diǎn)采取原有的井點(diǎn)管(輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn))作為陰極，沿基坑(槽)外圍設(shè)置，采用套管沖槍成孔埋設(shè)：采用鋼管(45O一75M)或鋼筋(425M以上)作為陽(yáng)極，設(shè)在井點(diǎn)管內(nèi)側(cè)，通人直流電后，帶正電荷的孔隙水自陽(yáng)極向陰極移動(dòng)(即電滲現(xiàn)象)。在電滲與真空的雙重作用下，地下水被強(qiáng)制在井點(diǎn)管附近聚集，通過(guò)井點(diǎn)管快速排出，地下水位逐漸降低。電滲井點(diǎn)非常適用于粉質(zhì)粘土、粘土、淤泥等土質(zhì)中降水。

(3)噴射井點(diǎn)。噴射井點(diǎn)可以根據(jù)施工時(shí)所使用的氣體或液體不同，分為噴水井點(diǎn)和噴氣井點(diǎn)兩種。其設(shè)備的組成主要包括高壓水泵、噴射井管和管路。噴射井管分為內(nèi)管與外管兩部分，噴射器與濾管在內(nèi)管下端相連噴嘴、混合室、擴(kuò)散室等組成一個(gè)完整的噴射器。在施工時(shí)，壓力0.7-0.8MPa的水通過(guò)高壓水泵的打壓，經(jīng)過(guò)總管分別壓入井點(diǎn)管中。經(jīng)內(nèi)管與外管之間的環(huán)形空間，并經(jīng)噴射器側(cè)孔，高壓水流向噴嘴，因噴嘴處截面突然縮小，所以壓力水經(jīng)噴嘴以很高的流速噴人混合室，使該室壓力下降，形成一定的真空。與此同時(shí)，被吸人混合室的地下水與高壓水匯合流經(jīng)擴(kuò)散管，順內(nèi)管上升經(jīng)排水總管排出，隨著地下水不斷從井點(diǎn)管中抽走，使地下水位逐漸降低，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的降水深度。如果采用噴射井點(diǎn)，降水深度則可達(dá)到8-20m(尺=3-50小d的砂土最有效，在尺=0.1-3小d的粉砂、淤泥質(zhì)土中效果也顯著)。

(4)管井井點(diǎn)。管井井點(diǎn)即沿基坑隔一定距離設(shè)置一個(gè)管井，每一個(gè)管井單獨(dú)用一臺(tái)水泵(潛水泵或離心泵)不斷抽水以使地下水位下降。井內(nèi)水位能降低6一lOm時(shí)，便適用于滲透系數(shù)較大(尺=20。2M階d)、地下水量大的土層中。

(5)深水泵。當(dāng)降水深度較大，在管井內(nèi)用一般水泵不能滿足旋工要求時(shí)，即可采用深水泵，也稱為深水泵降水法。它適用于滲透系數(shù)為10-80r√d、降水深度大于l.6m的情況。

3.2 化學(xué)壓力注漿?；瘜W(xué)壓力注漿即利用高壓泵通過(guò)管道把化學(xué)漿液、泥漿或添加固化劑的水泥漿)壓入土層中，漿液通過(guò)自身壓力在土層中擴(kuò)散，漿液與土粒膠結(jié)在一起，使地基具有水穩(wěn)定性和整體性，阻止流砂的滲出，提高地基的承載力。此方法雖然有加固快、工期短等優(yōu)點(diǎn)，但是造價(jià)昂貴，因此用此方法的較少。

3.3 枯水期施工。由于地下水水位較低，基坑內(nèi)外的水位差也較小，動(dòng)水壓力也小，從而便可以有效的預(yù)防和減輕流砂現(xiàn)象。

3.4 集中精力.分層開挖。流砂的特點(diǎn)是沒(méi)水的時(shí)候很堅(jiān)硬，有水的時(shí)候人又站不上去，所以我們采取多人集中開挖，分組、分段、分層快速搶挖的方法，這樣就會(huì)使開挖的速度超過(guò)冒砂的速度，進(jìn)而較少流砂造成的損失。

3.5 拋投大石塊。在整個(gè)土木工程的施工過(guò)程中，如果有輕微流砂現(xiàn)象的出現(xiàn)，相關(guān)負(fù)責(zé)人立即采取讓施工人員分段搶挖的措施，當(dāng)其挖至標(biāo)高后，馬上鋪設(shè)蘆席同時(shí)拋置大石塊，增加土的壓重，以達(dá)到平衡動(dòng)水壓力的目的，爭(zhēng)取在流砂發(fā)生前，將基礎(chǔ)分段施工完畢。當(dāng)涌水量過(guò)大時(shí)，可拋鉛絲籠。

3.6 打板樁。土木工程施工單位如果沿著基坑周圍把板樁打入不透水層時(shí)，就能夠截住水流。或者通過(guò)打入坑底面一定深度，將地下水引至基坑底部下流入基坑，從而產(chǎn)生延長(zhǎng)了水滲流長(zhǎng)度的效果，同時(shí)使得動(dòng)水壓力方向發(fā)生變化，減小動(dòng)水的壓力。

綜上所述，盡管有很多的防御流砂現(xiàn)象產(chǎn)生的措施，但是在施工開始之前，第一要做的還是要對(duì)施工地點(diǎn)的水文條件及地質(zhì)條件做詳細(xì)的了解和調(diào)查。遇到特殊的地質(zhì)條件時(shí)，應(yīng)隨機(jī)應(yīng)變的結(jié)合當(dāng)時(shí)具體情況，選擇最佳方案，因地制宜、因事制宜靈活地選擇低成本高效益的方法，改善施工條件，縮短工期，提高工程的質(zhì)量和安全。

[1]牛治安.淺談流砂基礎(chǔ)處理[J].西部探礦工程，2005，(06).

[2]王中原.某基坑工程流砂事故及處理方案[J].施工技術(shù)，2004，(10).