華僑中學(xué)教學(xué)樓工程流砂現(xiàn)象的防治

張燁妍

華僑中學(xué)教學(xué)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(xué)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(shù)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(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)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(fā)生流砂現(xiàn)象。因此，把防止流砂現(xiàn)象的發(fā)生作為本工程重點攻關(guān)項目。

流砂現(xiàn)象發(fā)生時，也就是說土完全喪失承載力，處于流動狀態(tài)，流砂嚴(yán)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(xiàn)象發(fā)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(chǎn)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(dāng)水在土中滲流的方向改變時，動水壓力對土就會產(chǎn)生不同的影響。當(dāng)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(tài)，失去穩(wěn)定，被水流帶到基坑內(nèi)，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(jié)構(gòu)被破壞，使土顆粒懸浮于水中并隨水流動。

2、產(chǎn)生流砂的條件

1）水力坡度較大，流速大，當(dāng)動水壓力超過土粒浸水松散密度，使土粒懸浮時即會產(chǎn)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(shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）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(zhì)量分?jǐn)?shù)）小于10%，粉砂粒含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）大于75%。

3、流砂現(xiàn)象的處理

土在一定條件下轉(zhuǎn)化為流砂，若改變動水壓力的大小和方向，又可將流砂轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定土。因此在施工中處理流砂的途徑有二：一是設(shè)法減少動水壓力，二是設(shè)法使動水壓力向下。經(jīng)過現(xiàn)場的認(rèn)真勘察后，本工程發(fā)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(fā)生流砂。本工程打算采取以下六種措施中的一種將流砂轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)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(nèi)的 滲流路程，從而減小動水壓力，防止流砂發(fā)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(yīng)朝下，也就加大土顆粒間的壓力，土粒就會重新穩(wěn)定，從而有效地治服流砂現(xiàn)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(jié)施工，使基坑內(nèi)動水壓力減小，從而預(yù)防和減輕流砂現(xiàn)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(nèi)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(shè)止水帷幕法。采用深層攪拌樁、密排灌注樁、地下連續(xù)墻等方法，固結(jié)基坑周圍粉砂層使之形成封閉的防滲惟幕，從而達(dá)到增加地下水從坑外流入坑內(nèi)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(shè)計標(biāo)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(jīng)濟(jì)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(shè)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(jié)，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(shè)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(xiàn)象得到了防止，工程順利進(jìn)行下去。