基坑流砂现象分析与防治措施

赵栖远，毛 燕

(吉林省电力勘测设计院，吉林 长春 130022)

基坑流砂现象分析与防治措施

赵栖远，毛 燕

(吉林省电力勘测设计院，吉林 长春 130022)

基坑开挖时，经常会遇到流砂现象。分析引发流砂现象的因素，通过工程实例介绍了几种治理措施。

基坑开挖；流砂；成因；防治。

基础是上部结构与地基联系的纽带，基础的稳固直接影响到构筑物的安全，而基础施工大多从基坑开挖开始。基础开挖时，当基坑开挖至地下水位线以下，在基坑抽排水过程中渗流会产生动水压力，动水压力过大将会造成流砂现象的出现。特别是在地基土存有饱和粉细砂或粉土时流沙现象经常发生。由于流砂会引发基坑壁滑移倒塌、坑底渗流(或突涌)等基坑稳定性问题，因此在施工时，应提前认真分析研究工程地质资料，对施工做好充足准备，采取相应措施控制住流砂现象的产生。

1 流砂的成因

流砂是渗透破坏的一种形式，是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。动水压力的大小与水力坡度成正比，即水位差愈大，渗透路径愈短，则动水压力愈大。当动水压力大于土的浮重度，砂土颗粒间的内摩擦力会突然消失而变成悬浮状态，土颗粒往往会随渗流的水一起流动，涌入基坑内，形成流砂。

流砂现象的发生，一方面导致流砂边挖边冒，土方开挖无法达到设计深度，严重影响施工质量和速度；另一方面因流砂导致基坑附近地下被掏空，周围土体丧失稳定性而引起坑壁塌方、地面产生塌陷等。

2 流砂的防治

由于产生流砂的主要原因是动水压力的大小和方向。当动水压力方向向上且足够大时，土颗粒被带出而形成为流砂，而动水压力方向向下时，如发生土颗粒的流动，其方向向下，使土体稳定。因此，在基坑开挖中，防治流砂的基本原则是减少或平衡动水压力、设法使动水压力方向向下及截断地下水流等。

基坑工程对流砂的预防，可采用枯水期施工、打板桩、水中挖土、降低地下水位、地下连续墙法等方法。

3 工程实例

在电力施工建设中，风机和主变压器等构筑物的基础施工就遇到了流砂现象。下面通过两个工程实例来分析流砂现象所产生的原因及处理措施。

3.1 治理措施1——降低地下水位

基坑外设置降水井点，在流砂层内抽水，改变动水压力方向，从而解决流砂的问题。

工程实例1：

某风机基础为直径18m的圆形基础，基底深-4.5m，在-1.5m～-4.0m土层为粉砂层，层厚约3.5m，-4.0m以下为砾砂层，水位埋深为-2.1m。基础形式为钢筋混凝土筏型基础。在基坑四周分别设置了四眼20m的大口径井点进行降水，当基础开挖至3.0m时遭遇流砂，基坑内的水不断地流入，并有相当一部分粉细砂带入坑内，无法继续下挖。

(1)分析原因：降水井由于成井工艺和成井后抽水操作的失误导致降水井失效不能有效地降低地下水位，使得在土方开挖时，基坑内外形成一定的水头差，场地外的水向开挖面低处流动，此时动水压力方向向上，将细粉砂带往开挖面形成“流砂”现象。

(2)补救措施：经计算论证决定改用轻型井点降水方法进行处理。井点环形布置，井点管距坑壁1.5m，间距1.8m，入土深度比基坑底深1.5m，井点管用φ25PVC管，集水管采用φ50PVC管。

(3)系统特点：①轻型井点系统比较经济，井点管造价较低。②施工简单方便，迅速快捷，生产效率高。③安全性好，由于轻型井点系统是降浅层水，不会形成大的降水漏斗，对周围土体不会发生大的影响。

(4)使用效果：按上述方法处理后，抽水的第2天，基坑内流砂停止流动，抽水5天后，挖掘机开挖至基底标高时，粉细砂层呈现固结状态，流砂未再发生。

3.2 治理措施2——保持水头，改善颗粒级配

基坑内保持一定水头高度，减小地下水的水力坡度，改变砂土的级配从而解决流砂的问题。

工程实例2

某升压站，岩土工程条件自上而下的土层为：①人工填土(平均厚lm)；② 粉细砂层(平均厚2.0m)；③砾砂层(平均厚10m)。地下水位为-2.5m，含水量丰富。主变压器设计采用砾砂层(埋深3.0m)为基础持力层的独立基础。基坑开挖至2.5m时遇到了流砂现象。由于流砂问题，致使基坑开挖断面无法达到设计要求，无法进行下道工序施工。

(1)分析原因：由于基坑塌方，导致降水方案中降水集水井不能正常使用，降水集水井工作效率下降，形成的内外水头差促使基坑外地下水向开挖面低处流动，将细粉砂带往开挖面形成“流砂”现象。

(2)补救措施：根据分析计算决定，在基坑内保持一定水头高度的情况下，进行基坑开挖，采用换填法处理，从而解决流砂的问题。具体方法为：停止降水，即在开挖基坑中保持一定水头高度。局部下挖至设计标高，然后快速回填砾砂且用钢钎撼实，直至钢钎从0.5m高处自由落下，插入深度不超过10cm为止。最后整个基底用平板振捣器振捣二遍。

(3)使用效果：处理后经检测地基的各项指标基本满足设计要求。该工程在交工后及使用过程中，经沉降观测满足使用要求。

4 经验教训

(1)在饱和粉细砂层中进行基坑开挖，若要避免和减少流砂现象，坚持坑内外降水至关重要。不宜用“时开时关”之方法控制坑外降水深度，此法会导致细砂颗粒在井点管里的不断沉积，引起堵管、同时管外土体不能连续紧裹井点管，真空度受到削弱，降水井易失效。

(2)不易选择深井降水法，此法对砂性土体扰动较大，水的流动会引起大量粉砂颗粒的移动，导致塌孔，深井遭到破坏。

(3)对于局部的或轻微的流砂治理，不仅可以用降水减压的方法，也可以用改变砂土的级配，即用砾砂撼填—— 换土法来处理。

[1] 徐伟，等.土木工程施工手册[M].中国计划出版社，2003.

[2] 赵景秀.降水施工技术在工程中的应用[J].山西建筑，2008.

[3]《工程地质手册》编委会.工程地质手册(第四版) [M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

Analysis and Prevention Quicksand Phenomenon in Excavation Pit

ZHAO Qi-yuan, MAO Yan
(Jilin Electric Power Survey and Design Institute, Changchun 130022, China)

Excavation, often encounter the phenomenon of quicksand, Analysis of the factors that lead to the phenomenon of quicksand through engineering control measures introduced several examples.

excavation; quicksand; causes; prevention.

TU4

B

1671-9913(2011)05-0018-02

2011-06-16

赵栖远(1971- )，男，国家注册岩土工程师，高级工程师。