基坑流砂成因及施工方案設計分析

李 軍

中鐵建設集團有限公司，北京 100043

1 工程概況

香河縣污水處理廠地處香河縣京沈公路的東側出口，該污水處理廠的建設面積為6788.56m2，地下部分的建設面積為64.11m2，地下建筑物建設面積為376.92m2。該項目基坑深度為11.91m，生物池的深度為4.16m，基坑四周2m的范圍不能通行車輛以及擺放其他建設物，確保該處土層承載的壓力在15～20kPa。

2 工程水文地質條件

對該工程進行地質勘察，測量地下水位埋藏深度為3～3.9m，地下水位的深度為4.2～5.01m。該工程地區(qū)地下水的流行狀態(tài)為滲入蒸發(fā)型，地下水補給的主要方式是大氣降水補給與地表水滲透補給。因為該地區(qū)地下水的流行狀態(tài)為滲入蒸發(fā)型，所以地下水位的高度與地下水含量會隨著季節(jié)的變化而變化，從而會對工程建設施工帶來一定的影響。該地區(qū)地基土對混凝土構造具有侵蝕性，對混凝土構造物鋼筋具有侵蝕性，這一區(qū)域土層的凍結深度是0.7m，因而工程的抗浮水位要按照-1m的深度進行預埋。

3 流砂成因

流砂現(xiàn)象是地下水滲透產(chǎn)生壓力，導致土體隨著地下水的運動而流入基坑的現(xiàn)象，本質上是一種土體活動的現(xiàn)象。當基坑開挖深度位于地下水位以下時，在水的作用下，粉細砂土層與粉土層的土體會隨著水的流動而進入基坑內，故流砂是土體隨水流動的一種現(xiàn)象。在基坑開挖施工的過程中，可以把流砂的程度分為以下三個等級：（1）輕微水準的流砂。支護墻體出現(xiàn)縫隙，會導致一小部分細砂隨著地下水的運動通過縫隙進入基坑內，使基坑外側出現(xiàn)水土流失的情況，并增加基坑內部的泥濘，給基坑的開挖施工造成一定的難度。（2）中等水準的流砂。在基坑的底部部分，臨近支護墻體的底部部分，可以觀測到細砂堆出現(xiàn)細小的水槽，細砂顆粒隨著冒出的水流入基坑內部。（3）嚴重水準的流砂。該程度的流砂產(chǎn)生的主要原因是發(fā)生中等水準的流砂后未進行相關的處理而繼續(xù)進行開挖，從而導致基底冒出流砂的速度越來越快，基底的底部部分出現(xiàn)流動的情況，從而使基底無法進行繼續(xù)的開挖工作，并有可能隨著水土流失的情況導致基坑附近的建筑物出現(xiàn)沉降?？偟膩碚f，流砂的成因與基坑開挖地下水流動具有重要的關系，隨著基坑的開挖，基坑內部會出現(xiàn)一些輕微流砂現(xiàn)象，如若不及時進行管控，會導致其形成嚴重的流砂現(xiàn)象，最終使基坑開挖難度增大，影響工程施工。

4 施工方案設計

4.1 支護結構設計

（1）基坑四周墻壁的安全標準。該工程建設的過程中基坑支護措施為臨時構造，支護設施的使用時間為1年。（2）邊坡支護設計概述。依據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ 120—2012）的要求，并兼顧該工程地區(qū)實際的地質地貌和該地區(qū)的水文氣候條件、施工現(xiàn)場四周環(huán)境的制約、基坑的挖掘規(guī)模等諸多因素的影響，該工程選擇了以下支護構造：①1-1結構面的基坑深度為11.91m，運用樁錨的支護方式；②2-2結構面的基坑深度為9.96m，運用樁錨的支護方式；③3-3結構面的基坑深度為4.16m，運用土釘墻的支護方式；④4-4結構面的基坑深度為1.96m，運用掛網(wǎng)的支護方式。

4.2 支護結構設計參數(shù)

護坡樁的設計參數(shù)如表1所示。

表1 護坡樁設計參數(shù)表

護坡樁樁身要運用C25標號混凝土進行建設，護坡樁構造物鋼筋長度要相等，均為0.2m。鋼筋的主筋與螺旋筋的綁扎方式為22#火燒絲綁扎，其綁扎形態(tài)要呈現(xiàn)八字形，不得使用順綁方式，螺旋筋的多余部分都要朝向鋼筋籠的內部。螺旋筋要環(huán)繞鋼筋籠1.5圈，環(huán)繞長度要大于30cm，并與主筋進行連接。

在護坡樁的成坡長度不能實現(xiàn)規(guī)劃目標時，要在基坑的底部位置進行預應力錨桿的加固工作，該工作過程與方式由施工的實際情況所決定。

4.3 錨桿設計

該工程基坑預應力錨桿的施工數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 預應力錨桿的施工數(shù)據(jù)

錨桿錨孔的直徑為φ150mm，錨桿傾斜角是15°，錨桿之間的路基為1.5m。建設預應力錨桿混凝土的混合比為0.50～0.55。當錨桿不能達到工程規(guī)定標準時，要采取相關的措施加長。在錨桿材料的選擇上，質量類型是1860N/mm2，錨桿的屈服強度≥250kN?；炷令愋蜑镻SA32.5型號。

4.4 土方挖運設計

（1）土方方案。①粗格柵間深度為12m，而土方的挖掘面積為320m2，導致土方挖掘與土方運輸難度大，運輸工具行駛難。②基坑周圍環(huán)境錯綜復雜，在施工工作進行時，相關部門要嚴格落實相關的施工標準，必要時應安排施工經(jīng)驗豐富、施工技術高的人員進行施工工作。③土方挖掘與運輸工作是縮短工程周期的重要施工工序，因而施工部門要進行合理的規(guī)劃，降低施工的時間。④在基坑施工的過程中可能會出現(xiàn)突發(fā)狀況，因此在施工之前要進行防護措施工作。

（2）進出口的留置。依據(jù)施工現(xiàn)場的現(xiàn)實狀況，要在基坑的南部方位布設大門，建設道路要依據(jù)建設現(xiàn)場的實際情況進行選擇。

4.5 緊急回填

在開挖過程中，如果流砂現(xiàn)象比較嚴重，則要及時進行回填?；舆吶绻竺娣e出現(xiàn)了流砂現(xiàn)象并且比較嚴重，那么在采取回填措施時應該大面積地進行回填，并且要采取科學合理的措施確定回填土的方量符合標準。

4.6 復打止水旋噴樁

各參與方經(jīng)過探討決定在具有流砂線的地方進行復打止水，設置旋噴樁，一般情況下會使用雙管或三管的形式，在選擇的過程中要充分考慮漏水的程度，如果漏水不嚴重可以使用雙管，如果漏水比較嚴重則要使用三管。與此同時還要考慮到造價問題，在打入旋噴樁時，要確保旋噴樁高于1000mm，如果使用的是三重管法，那么高壓水射流的壓力以及水泥加壓要達到30MPa、0.7～1MPa，速度的提升約為11cm/min，水泥的摻入量約為400kg。

4.7 裂縫注漿

在開挖過程中要考慮到復打旋噴樁的作業(yè)情況，在確保其達到一定強度之后才能繼續(xù)開挖作業(yè)。在開挖的過程中出現(xiàn)了局部漏水流砂的現(xiàn)象，該現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是前期的支護結構存在問題，因而在注入水泥漿時沒有很好地發(fā)生物理化學反應，漿液就會隨著水而流失。裂縫注漿法能夠有效防止流砂現(xiàn)象。在流砂口進行鉆井時，要確保孔直徑為40mm，注漿管的外徑為30mm，管材為PVC管，為了方便漿液的噴出，要在PVC管插入之前對管材進行打孔，同時還要注意注漿管與支護樁之間的縫隙，可以使用水泥砂漿進行密封。在注入水泥漿和水玻璃膠體時可以使用雙液壓漿泵，在此過程中要確保各材料之間配比合理，壓力控制在40Pa左右?？茖W合理的配比和注入條件能夠保證箱體的快速凝結，從而防止漏水和流砂現(xiàn)象的發(fā)生。在完成相關補救措施之后，要針對掛網(wǎng)噴混凝土進行鞏固，灌注樁表面使用的是直徑為8mm的雙向灌注樁和厚度為80mm的混凝土，掛網(wǎng)噴混凝土施工完成后能夠使結構的穩(wěn)定性增強。通過對該工程的基坑頂部進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)該工程在安全控制范圍之內，流砂問題得到了很好的處理和解決，后續(xù)工程的施工能夠順利進行。

5 結束語

深基坑的支護結構應該兼顧基坑的特征、工程施工的地質條件、施工地的周圍環(huán)境、施工的條件以及造價等因素，實事求是，同時要采用技術性高、經(jīng)濟效益好、安全性高的支護方式。在進行基坑開挖工作之前，要進行實地勘察工作以及了解施工場地的地質與水文情況，對有可能出現(xiàn)流砂情況的區(qū)域進行一定的防護處理工作，同時要因地制宜，選擇適合施工地區(qū)的處理措施，保證處理措施的有效性與實用性，此外，也要在控制流砂的過程中考慮經(jīng)濟效益。