流砂治理

土在一定条件下转化为流沙。如果改变动水压力的大小和方向，或者设法改变沉井刃脚外围上下土质物理力学性质，又可将流沙转变为稳定土。在沉井施工中处理流沙的途径有3种：一是设法减小动水压力，二是设法使动水压力向下，三是化学固结形成防渗帷幕。

2.1减小动水压力的施工方法

2.1.1争取在全年最低水位季节施工如果在地下水位以下的土质属上述4种可能发生流沙的土质，则可以争取在全年最低水位季节施工。因为地下水位低时，沉井内外水位差小，所以动水压力减小。即在沉井下沉施工过程中也就不易发生流沙，至少也可以减轻流沙，从而达到顺利施工的目的。

2.1.2掷大块石在沉井下沉施工过程中，如果出现了流沙，沉井下沉缓慢甚至不下沉，往往首先向井底抛下大石块，来增加土的压重，减小动水压力。先减小或阻止流沙出现，然后即组织抢挖，使挖土速度超过冒沙速度，迫使沉井继续下沉，挖至标高后立即铺设芦席并抛大石块把流沙压住，此法用以解决局部或轻微流沙是有效的。如果井内冒沙较快，土完全失去承载力，则抛入井内的石块就会沉入井内的土中，无法阻止流沙。

2.1.3水下挖土在沉井下沉过程中，如果出现了流沙或采用上述方法处理效果不理想，这时可采用不排水法施工。即使沉井内外在同一高度（同一高程）上，在井内利用潜水挖土或用机械抓斗进行水底作业挖土，使井内水压与井外地下水压相平衡，阻止流沙产生，从而使沉井继续下沉。

2.2使动水压力向下的施工方法在沉井下沉施工过程中出现了流沙，如果沉井所处位置地层的地质情况和施工条件较好，可采用井点降水施工方法。井点降水主要是降低沉井外地下水位，使其动水压力方向朝下，因而也就较有效地整治流沙。此法采用较广，但是如果井点施工质量不良，井点降水将会失效，会给工程和附近建筑物沉降带来不良影响。目前常用的井点降水设备有，轻型井点、管井井点、深井井点、喷射井点和电渗井点，供不同渗透系数、降水深度和工程特点选用。

2.2.1轻型井点法轻型井点法是在沉井的四周将许多直径较细的井点管埋入地下蓄水层中，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点内不断抽出，这样便可将原有地下水位降低至坑底以下。目前，轻型井点抽水设备已有定型产品，主要设备包括：井点管（包括滤管）、总管和抽水设备等。抽水设备宜布置在地下水的上游，并设在总管的中部，以发挥其最大效能。

2.2.2管井井点法在遇有流沙的情况，除采用轻型井点外，还可以土法上马，采用管井井点，特别是在土的渗透系数大，地下水比较丰富的土层中，采用轻型井点解决不了的问题时，宜采用管井井点法。管井井点是在沉井周围每隔一定距离设一个管井，每个管井单独用一台抽水泵不断地抽水，从而降低地下水位。根据管井的材料，管井可分为金属管、竹木管与混凝土管等。管井的埋设宜采用泥浆护壁钻孔法。

2.2.3喷射井点法主要设备包括有扬水器的井点管、进水总管、回水总管、高压水泵和循环水池（或水箱）。主要原理是：地下水经高压水泵加压的工作水由扬水器而提升到地面。

2.2.4深井井点法主要设备包括深井、深井泵（或深井潜水泵）和排水管路等。地下水

依靠深井泵（或深井潜水泵）叶轮的机械力量直接从深井内扬升到地面排出。

2.3化学固结形成防渗帷幕的施工方法利用化学溶液或胶黏剂，通过压力灌注到沉井外围

刃脚下的土层，而将土粒胶黏起来，以改善沉井外围刃脚下土层的物理力学性质，这种处理方法叫化学加固法。其主要目的不仅是提高岩土的力学强度和变形模量，而且还能降低土的渗透性，减小地下水的渗流量，提高土的抗剪强度和抗渗能力，使其在沉井下形成一层新的闭合防渗帷幕，截阻地下水流和治理流沙，使沉井能继续下沉施工，或者预先通过化学加固沉井下沉位置附近可能出现流沙的土层，以形成强度高，抗渗力好的

新土层，从而为日后沉井下沉施工创造良好条件，杜绝流沙的产生。化学加固能否得到预期的效果主要决定于能否根据各土层具体土质条件，选择适当的化学浆液（溶液和胶黏剂）和有效的施工工艺。目前化学加固的浆液主要采用，黏土水泥浆、黏土水玻璃浆、水泥粉煤灰混合物、丙凝Ac－Ms、铬木素以及无机试剂为固化剂的硅酸盐浆液等。目前发展高强、无毒、易透的浆液是化学加固法的发展方向。

2.3.1高压喷射注浆法利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为20m左右的高压流从喷嘴中向四周围喷射，冲击破坏土体，使土粒与浆液混合。旋喷时，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，胶结硬化后，即在土层中形成直径比较均匀的圆柱体，当旋转喷射位置环绕沉井外围一定的均匀距离施工时，便成一个闭合

根据多年从事深基础施工的经验,对深基础施工中出现流沙、管涌现象的成因进行了分析,总结了较有实用性的预防流沙、管涌的方法,重点介绍了基础出现管涌、流沙的应急措施,以确保深基础施工的顺利进行。关键词:流沙,管涌,深基础,承压含水土层,不透水土层在深基础施工中,对基坑的降水要求通常是基础施工方案中的一个重要部分,对一般工程而言,采取必要的人工降水(如轻型井点降水、深井降水)或抗渗围护等措施均能满足施工要求。但是当遇到地下水文、地质情况较为复杂时(如各土层之间的渗透系数差值过大、土层夹有渗透系数很大的粉砂层、地下存在不透水土层和承压含水土层以及基坑附近有人工水管漏水等),会给施工带来很大的不利。因此在深基础施工时,对基坑降水和预防流沙、管涌的措施应特别重视。文中根据多个工程的施工经验与教训,收集了一些有关资料,就深基础施工时出现流沙、管涌现象的防治方法作一粗浅的总结。1流沙、管涌成因的分析

1.1流沙的成因土体在受水浸泡饱和时,土粒中亲水胶体颗粒吸水膨胀使土粒的密度减小,当在动水压力的作用下,动水压力超过土粒的重力时,土粒产生悬浮流动,即形成流沙。动水压力是产生流沙的一个重要因素。产生流沙的临界条件为:I=(ρ-1)(1-n)。其中,I为临界水力坡度;ρ为土粒密度;n为土的孔隙率。

1.2管涌的成因当深基坑距离河塘较近或基坑底下土层中存在承压含水层时,在水位差的作用下,基坑土体中存在渗透水流,由于土体的不均匀性,土体中某一部位的土颗粒在渗透水流的作用下会发生运动,使填充在土体骨架空隙中的细颗粒被渗水带走而形成涌水通道,即形成管涌(又称翻沙鼓水、泡泉)。当主渗漏涌水通道上的细颗粒被基本带走后,在较强的水流冲刷下,主通道两侧的细颗粒进入涌水主通道,使涌水主通道逐渐变宽,管涌持续时间越长,通道的宽度越宽,继而发生大量涌水和塌方事故。

2对流沙、管涌的预防措施

2.1施工方案的设计与论证1)为保证深基础施工时基坑不积水,在深基础施工之前,首先应根据地质钻探资料和工程实际情况,设计深基础施工的降水方案。通常采用的基坑降水方法有人工降水、抗渗围护等,无论采用什么方案,方案中应对坑中待挖土中的地下水位变化情况进行必要的验算,使降水措施满足地下水位浸润线低于开挖底标高以下500 mm 的施工条件。2)凡在深基坑开挖施工中,如发现有地下承压水,应事先探明承压水头、不透水层的标高和厚度,并对坑底土体进行抗浮托能力验算。3)对工程所在地的类似深基础施工情况进行必要的调研,吸取其他工程在深基础施工中的经验与教训。

2.2深基础施工实施过程的措施

2.2.1预防和处理流沙、管涌的原则预防和处理流沙、管涌的原则是“减少或平衡动水压力”。

2.2.2预防流沙、管涌的基本方法1)井点降水法:a.当出现流沙时,应立即停止开挖,并

回填深坑将流沙埋没或在深坑中注水,以平衡渗流的动水压力。然后在深坑周围立即补下二级(或三级)井点,待二级(三级)井点降水使地下水浸润线低于开挖范围以下500 mm后,再继续开挖施工。b.当深坑接近承压水层时或经计算坑底土体的抗浮不能满足稳定要求时,可采用井点管穿过不透水层直接抽取不透水层下的承压水,以降低承压水头,从而避免因承压水头过大而形成管涌。由于地下承压水流量大,不宜采用轻型井点,应采用出水量较大的喷射井点或管井降水。c.井点降水法的原理如图1所示。深井的布置量、布置深度应根据承压含水层的承压水头H,承压水土层渗透系数K,单井出水能力q和要求降低水头量S经计算确定。 2)土体抗渗加固截水法:当地下含水层渗透性较强,厚度较大时,可采用悬挂式竖向截水与坑底井点降水相结合或采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的方案。在土体开挖之前,对深基坑四周抗渗薄弱的土体进行抗渗加固。土体抗渗加固的方法有:深层搅拌桩加固法、粉喷桩加固法、压密注浆加固法及劈力注浆加固法等。土体抗渗加固的水泥掺量可根据试验确定,一般浆喷深层搅拌的水泥掺量宜为被加固土重量的15%~18%;粉喷深层搅拌的水泥掺量宜为被加固土重量的13%~16%;注浆加固的浆液注入率一般为被加固土体重量的15%~20%,浆液配合比:水泥∶粉煤灰∶水玻璃=1∶1∶0.04。加固的范围(深度和厚度)可经过计算确定,被加固的土体具有一定强度和较高抗渗能力,形成一截水帷幕,截水帷幕的渗透系数不宜小于 1.0×10-6cm/s,可保证深坑开挖时,不会出现流沙或管涌现象。当采用悬挂式竖向截水与水平封底相结合的