深基礎(chǔ)工程中出現(xiàn)流沙和管涌現(xiàn)象的防治

對(duì)深基礎(chǔ)施工中出現(xiàn)流沙和管涌現(xiàn)象的防治摘要:根據(jù)多年從事深基礎(chǔ)施工的經(jīng)驗(yàn),對(duì)深基礎(chǔ)施工中出現(xiàn)流沙、管涌現(xiàn)象的成因進(jìn)行了分析,總結(jié)了較有實(shí)用性的預(yù)防流沙、管涌的方法,重點(diǎn)介紹了基礎(chǔ)出現(xiàn)管涌、流沙的應(yīng)急措施,以確保深基礎(chǔ)施工的順利進(jìn)行。關(guān)鍵詞:流沙,管涌,深基礎(chǔ),承壓含水土層,不透水土層在深基礎(chǔ)施工中,對(duì)基坑的降水要求通常是基礎(chǔ)施工方案中的一個(gè)重要部分,對(duì)一般工程而言,采取必要的人工降水(如輕型井點(diǎn)降水、深井降水)或抗?jié)B圍護(hù)等措施均能滿足施工要求。但是當(dāng)遇到地下水文、地質(zhì)情況較為復(fù)雜時(shí)(如各土層之間的滲透系數(shù)差值過大、土層夾有滲透系數(shù)很大的粉砂層、地下存在不透水土層和承壓含水土層以及基坑附近有人工水管漏水等),會(huì)給施工帶來很大的不利。因此在深基礎(chǔ)施工時(shí),對(duì)基坑降水和預(yù)防流沙、管涌的措施應(yīng)特別重視。文中根據(jù)多個(gè)工程的施工經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn),收集了一些有關(guān)資料,就深基礎(chǔ)施工時(shí)出現(xiàn)流沙、管涌現(xiàn)象的防治方法作一粗淺的總結(jié)。1流沙、管涌成因的分析1.1流沙的成因土體在受水浸泡飽和時(shí),土粒中親水膠體顆粒吸水膨脹使土粒的密度減小,當(dāng)在動(dòng)水壓力的作用下,動(dòng)水壓力超過土粒的重力時(shí),土粒產(chǎn)生懸浮流動(dòng),即形成流沙。動(dòng)水壓力是產(chǎn)生流沙的一個(gè)重要因素。產(chǎn)生流沙的臨界條件為:I=(ρ-1)(1-n)。其中,I為臨界水力坡度;ρ為土粒密度;n為土的孔隙率。1.2管涌的成因當(dāng)深基坑距離河塘較近或基坑底下土層中存在承壓含水層時(shí),在水位差的作用下,基坑土體中存在滲透水流,由于土體的不均勻性,土體中某一部位的土顆粒在滲透水流的作用下會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng),使填充在土體骨架空隙中的細(xì)顆粒被滲水帶走而形成涌水通道,即形成管涌(又稱翻沙鼓水、泡泉)。當(dāng)主滲漏涌水通道上的細(xì)顆粒被基本帶走后,在較強(qiáng)的水流沖刷下,主通道兩側(cè)的細(xì)顆粒進(jìn)入涌水主通道,使涌水主通道逐漸變寬,管涌持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),通道的寬度越寬,繼而發(fā)生大量涌水和塌方事故。2對(duì)流沙、管涌的預(yù)防措施2.1施工方案的設(shè)計(jì)與論證1)為保證深基礎(chǔ)施工時(shí)基坑不積水,在深基礎(chǔ)施工之前,首先應(yīng)根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和工程實(shí)際情況,設(shè)計(jì)深基礎(chǔ)施工的降水方案。通常采用的基坑降水方法有人工降水、抗?jié)B圍護(hù)等,無論采用什么方案,方案中應(yīng)對(duì)坑中待挖土中的地下水位變化情況進(jìn)行必要的驗(yàn)算,使降水措施滿足地下水位浸潤(rùn)線低于開挖底標(biāo)高以下500mm的施工條件。2)凡在深基坑開挖施工中,如發(fā)現(xiàn)有地下承壓水,應(yīng)事先探明承壓水頭、不透水層的標(biāo)高和厚度,并對(duì)坑底土體進(jìn)行抗浮托能力驗(yàn)算。3)對(duì)工程所在地的類似深基礎(chǔ)施工情況進(jìn)行必要的調(diào)研,吸取其他工程在深基礎(chǔ)施工中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。2.2深基礎(chǔ)施工實(shí)施過程的措施2.2.1預(yù)防和處理流沙、管涌的原則預(yù)防和處理流沙、管涌的原則是“減少或平衡動(dòng)水壓力”。2.2.2預(yù)防流沙、管涌的基本方法1)井點(diǎn)降水法:a.當(dāng)出現(xiàn)流沙時(shí),應(yīng)立即停止開挖,并回填深坑將流沙埋沒或在深坑中注水,以平衡滲流的動(dòng)水壓力。然后在深坑周圍立即補(bǔ)下二級(jí)(或三級(jí))井點(diǎn),待二級(jí)(三級(jí))井點(diǎn)降水使地下水浸潤(rùn)線低于開挖范圍以下500mm后,再繼續(xù)開挖施工。b.當(dāng)深坑接近承壓水層時(shí)或經(jīng)計(jì)算坑底土體的抗浮不能滿足穩(wěn)定要求時(shí),可采用井點(diǎn)管穿過不透水層直接抽取不透水層下的承壓水,以降低承壓水頭,從而避免因承壓水頭過大而形成管涌。由于地下承壓水流量大,不宜采用輕型井點(diǎn),應(yīng)采用出水量較大的噴射井點(diǎn)或管井降水。c.井點(diǎn)降水法的原理如圖1所示。深井的布置量、布置深度應(yīng)根據(jù)承壓含水層的承壓水頭H,承壓水土層滲透系數(shù)K,單井出水能力q和要求降低水頭量S經(jīng)計(jì)算確定。2)土體抗?jié)B加固截水法:當(dāng)?shù)叵潞畬訚B透性較強(qiáng),厚度較大時(shí),可采用懸掛式豎向截水與坑底井點(diǎn)降水相結(jié)合或采用懸掛式豎向截水與水平封底相結(jié)合的方案。在土體開挖之前,對(duì)深基坑四周抗?jié)B薄弱的土體進(jìn)行抗?jié)B加固。土體抗?jié)B加固的方法有:深層攪拌樁加固法、粉噴樁加固法、壓密注漿加固法及劈力注漿加固法等。土體抗?jié)B加固的水泥摻量可根據(jù)試驗(yàn)確定,一般漿噴深層攪拌的水泥摻量宜為被加固土重量的15%~18%;粉噴深層攪拌的水泥摻量宜為被加固土重量的13%~16%;注漿加固的漿液注入率一般為被加固土體重量的15%~20%,漿液配合比:水泥∶粉煤灰∶水玻璃=1∶1∶0.04。加固的范圍(深度和厚度)可經(jīng)過計(jì)算確定,被加固的土體具有一定強(qiáng)度和較高抗?jié)B能力,形成一截水帷幕,截水帷幕的滲透系數(shù)不宜小于1.0×10-6cm/s,可保證深坑開挖時(shí),不會(huì)出現(xiàn)流沙或管涌現(xiàn)象。當(dāng)采用懸掛式豎向截水與水平封底相結(jié)合的方案時(shí),應(yīng)對(duì)坑底加固土體的抗浮穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算。3出現(xiàn)流沙、管涌時(shí)的應(yīng)急措施3.1基礎(chǔ)出現(xiàn)管涌時(shí)的應(yīng)急措施3.1.1集水井強(qiáng)排法集水井強(qiáng)排法的前提是基坑底標(biāo)高在不透水層以上,且待挖土體中的地下水浸潤(rùn)線標(biāo)高低于坑底標(biāo)高。如果由于地下承壓水的作用基坑出現(xiàn)管涌,應(yīng)立即采用細(xì)石或綠豆砂將管涌口覆蓋以減少涌水口的砂土流失,同時(shí)在坑底挖臨時(shí)集水坑用水泵進(jìn)行明排水,對(duì)坑中土進(jìn)行搶挖。當(dāng)挖土至坑底標(biāo)高后,集水井埋入坑底土中,采用潛水泵排水,并在管涌點(diǎn)到集水井之間做排水盲溝使管涌的流水沿盲溝流入集水井。如果管涌點(diǎn)過多,則應(yīng)在坑底做細(xì)石或綠豆砂墊層。集水井可采用直徑在600mm~800mm左右的鐵皮桶(如柴油桶)做成,桶壁打有集水小孔,外側(cè)為綠豆砂反濾層。當(dāng)集水井排水使坑中水位低于基坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),立即進(jìn)行混凝土墊層的澆筑。為了保證墊層混凝土下盲溝或細(xì)石墊層排水暢通,在混凝土墊層及砂墊層之間應(yīng)隔有一層鐵皮或30mm~50mm厚的預(yù)制混凝土板。墊層澆完以后,對(duì)集水井口采用鋼板封沒,并將水泵的出水管采用硬質(zhì)管引出基坑,并保持水泵抽水連續(xù)不斷,墊層混凝土具有一定的強(qiáng)度以后立即進(jìn)行深坑中鋼筋混凝土施工。必要時(shí)可以采用深坑混凝土單獨(dú)先澆的方法,以確保深坑施工的安全性。3.1.2深井降水法當(dāng)基坑出現(xiàn)管涌現(xiàn)象時(shí),立即停止開挖并將深坑回填到地下承壓水頭以上,采用鉆孔下套的方法進(jìn)行打深井,深井的深度一般在不透水層以下2m~3m即可,采用深井抽水,以降低深坑部位的地下承壓水頭,使其降到坑底標(biāo)高以下0.5m。深井的數(shù)量應(yīng)根據(jù)深坑大小、承壓水頭的高度、承壓水土層的滲透系數(shù)等參數(shù)經(jīng)計(jì)算確定。3.1.3注漿法在開挖基坑中局部深坑時(shí),如深坑底出現(xiàn)管涌,但承壓水頭較低時(shí)(低于深坑頂面標(biāo)高)可采用注漿法。首先應(yīng)立即停止對(duì)局部深坑的開挖,并對(duì)深坑進(jìn)行部分土方回填,將流沙、管涌點(diǎn)埋沒,回填高度應(yīng)高于承壓水頭的高度。然后采用注漿法將坑中的土方進(jìn)行注漿加固,其方法同2.2.2節(jié)中的土體抗?jié)B加固截水法所述。但由于是應(yīng)急措施,不宜采用需大型設(shè)備進(jìn)場(chǎng)的深層漿噴攪拌或粉噴攪拌等方法。為加快注漿的凝固和提高早期強(qiáng)度,應(yīng)在注漿液中摻入一定比例的水玻璃或早強(qiáng)劑。注漿加固土體具有一定的強(qiáng)度后即可進(jìn)行深坑開挖,當(dāng)深坑底接近于或穿過不透水層時(shí),應(yīng)當(dāng)對(duì)坑底土體進(jìn)行抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算,以確定注漿加固土層的厚度。3.2基坑出現(xiàn)流沙時(shí)的應(yīng)急措施當(dāng)出現(xiàn)深坑流沙時(shí),應(yīng)立即停止開挖,用土回填或注水至地下水浸潤(rùn)線以上。在深坑周邊補(bǔ)下閉合的二級(jí)或三級(jí)井點(diǎn)。當(dāng)二級(jí)或三級(jí)井點(diǎn)開始運(yùn)行一段時(shí)間后,深坑周邊的地下水浸潤(rùn)線會(huì)逐步下降,從而防止流沙現(xiàn)象的出現(xiàn)。4結(jié)語在深基坑施工中,特別是在采用放坡大開挖方式施工時(shí),流沙、管涌現(xiàn)象極易出現(xiàn)。所以在擬定施工方案時(shí),要充分周密地設(shè)計(jì)好基坑降水和排水方案。有些地方土層比較復(fù)雜,在地質(zhì)報(bào)告中不一定能反映出整個(gè)降水影響區(qū)域的土體滲透系數(shù),導(dǎo)致基坑涌水量計(jì)算與實(shí)際情況有很大的差