某基坑工程流砂的成因分析及处理措施

彭 刚

流砂是土体的一种现象，通常细颗粒、颗粒均匀、松散、饱和的非粘性土容易发生这个现象。流砂的形成是多种多样的，但它对建筑物的安全和正常使用影响极大。发生流砂时，土体失去承载力，不但使施工条件恶化，还会影响基坑工程的稳定性，严重时会引起基坑边坡塌方，土坡侧向位移与沉降急剧增大，危及工程的安全和施工的顺利进行。由此可见，在某些深基坑工程施工过程中，对流砂进行有效控制和及时处理至关重要。本文结合郑州地区某深基坑工程实例，分析了流砂成因，提出了相应的措施。

1 工程概况

基坑深18.39m，采用钻孔桩+钢支撑围护结构支护体系，钻孔灌注桩桩长 27.49m，桩间喷护采用挂网喷混凝土。郑州地区主要是黄泛区及黄河古道的砂性土、粉土地区分布。该场地地貌单元为黄河冲洪积平原，基坑位于粉砂、粉质粘土、粉土、细砂等地层。根据勘察揭露，场地内地下水可分为空隙潜水和承压水。空隙潜水主要赋存于14.60m～19.70m以上的粉土层中，承压水主要赋存于 16.00m～34.30m范围内的粉砂、细砂地层。

2 流砂现象及原因分析

流砂的变形破坏形式是多种多样的，随着场地条件及地下水作用方向不同，形成流砂、潜蚀、侧滑、流塌等多种表现形式。流砂是砂土在水压变化条件下形成的，流砂形成需同时具备三个条件:1)地层为砂性土，如细粒、松散的砂土、粉土等。2)位于地下水位以下，受水压作用。3)破坏原地层的稳定或水压头发生(反复)变化，如基坑开挖、抽水、河水上涨等。当砂性土地层同时具备上述三个条件时，当水压力大于有效压力，砂在自重或侧向水压力(或者附加载荷)的作用下与水一起发生流动，就形成流砂。

基坑土层性质如下:

第①层粉土:表层为耕植土，含植物根茎;下部为粉土，褐黄色，稍湿，稍密，干强度低，韧性低，局部夹粉质粘土团块，平均厚度2.25m。第②层粉砂:褐黄色，稍湿，松散，夹粉土薄层，含植物根茎，平均厚度1.71m。第②-1层粉土:褐黄～褐灰色，稍湿，稍密，平均厚度1.25m。第③层粉质粘土:褐灰～深灰色，软塑，夹粉土薄层，平均厚度2.33m。第③-1层粉土:褐灰色，湿～很湿，稍密，夹粉质粘土薄层，平均厚度 1.00m。第④层粉土:褐黄～褐灰色，湿～很湿，中密，夹粉质粘土薄层，平均厚度3.09m。第④-1层粉质粘土:褐灰色，软塑，稍密，夹粉土薄层，平均厚度0.93m。第⑤层粉土:灰～灰褐色，湿，中密，局部夹粉土薄层，平均厚度1.46m。第⑥层粉质粘土:黑灰～灰黄色，软 ～可塑，切面稍光滑，夹粉土薄层，平均厚度 3.66m。第⑥-1层粉质粘土:褐灰 ～黑灰色，湿 ～很湿，中密，平均厚度1.21m。第⑦层细砂:褐灰～灰黄色，饱和，中密 ～密实，夹粉土薄层，平均厚度1.98m。第⑧层中砂:灰色 ～褐黄色，饱和，密实，夹细砂、粉砂薄层，平均厚度6.87m。第⑨层粉质粘土:黄褐 ～褐黄色，硬塑，局部夹粉土薄层，平均厚度1.39m。第⑩层中砂:浅黄～褐黄色，饱和，密实，夹细砂薄层，平均厚度2.25m。

围护桩及第一层围檩、支撑施工完毕，基坑降水稳定在-19.00m处，在基坑北侧开挖，挖完第二层土(-2.25m～-3.96m)后，有两处围护桩桩间开始渗水，且在很短的时间内，渗水处越来越多，且带动砂流出，造成大量流砂(见图1)。

从工程地质勘察报告可以看出在-3.70m～-5.00 m为粉砂层，而下层土为粉土层，该粉土层垂直渗透系数小，为一隔水层，在-12.00m处又有一粉土层，上部为砂层，虽然基坑降水已经稳定到基底下，但是由于隔水层的存在，-5.00m以上的上层水并未排出，造成了开挖至该土层时产生了流砂，含水量由地表水补给来源决定其大小。经过分析及查找，明确了水的来源。

1)基坑南侧约6.00m处有一施工排水沟，宽约2.50m，深约1.50m，常年排水，通过渗流已形成流水通道，侵蚀桩后土体，随流水从桩间流出。一旦土体开挖，就会造成坑内与坑外的水压失衡。2)开挖前几日有暴雨，雨水囤积，造成地表水非常丰富，又由于在-5.00m～-7.00m处有一隔水层的存在，造成上层滞水仍然丰富。

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以上的土层采用轻型井点降水，或者做止水帷幕，经过综合考虑，采用如下方案:

1)针对基坑边的排水沟，把排水沟移到离基坑稍远的地方，在沟底铺设塑料薄膜，最大程度上减小了该排水沟的渗漏对基坑造成的危害。2)针对上层滞水问题，采用轻型井点降水，把隔水层上部土层的水排出来。3)对于已经出现的桩间的流砂造成的空洞，采用向内部喷射混凝土的做法填补。

4 结论及体会

1)对有较厚的细、粉砂层，地下水较丰富、周边有水源补给的基坑施工，施工单位在编制基坑支护设计和土方开挖方案时，对流砂的危害应有充分的认识。若能在施工前充分研究地质勘探资料，按考虑流砂的思路制定支护方案和施工组织设计，即可避免流砂现象的发生，更不会出现流砂问题后被迫停工进行处理，既耽误了工期，又增加了许多不必要的费用。

2)设计人员运用工程地质勘察报告进行基坑设计时，应该根据工程水文地质条件，针对该场地所具有的典型土层，对施工时可能发生的问题，提出必要的相应的设计方案和防治措施。

3)本工程最后采用的方案，很好的处置了流砂，为下步施工提供了条件和安全保障，也为基坑的进一步开挖提供了参考，避免了再次发生流砂现象。

[1] 叶志德.基坑工程流砂处理方案及效果[J].建筑技术，2005，36(8):625-626.

[2] 赵华宏.基坑开挖流砂处理对策[J].工程与建设，2009，23 (1):92-93.

[3] 高 洁.简易轻型井点法降水开挖流砂基坑[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2008，7(2):23-26.