放坡開挖是防治流砂的經(jīng)濟有效方法

紹興市第一建筑安裝工程公司  陳關(guān)友

    [摘要] 本文從理論上分析用放坡開挖來防治流砂是可能的, 從工程實踐中證實放坡開挖防治流砂是可行的，講了應(yīng)注意的問題。

    [關(guān)鍵詞] 放坡開挖  延長滲水途徑  流砂防治  抗?jié)B  

    1 常規(guī)的流砂防治方法

在地下水位較高的砂性（粉砂）土層中開挖土方，必須采取預防流砂發(fā)生的措施，通常采用基坑四周打設(shè)井點管降水，以減小水頭差來防治流砂；沿坑邊打設(shè)板樁，以延長滲水途徑，降低水力坡度來防治流砂；還有凍結(jié)法、固結(jié)法、拋塊石等。以上均須增加一定的技術(shù)措施費用，至于采用水下開挖（目的是消除水頭差），在一般的房屋建筑基礎(chǔ)施工中不宜采用。

在流砂土層中進行基坑挖掘施工，對如何防治流砂歷來是施工中的一大技術(shù)難點，因為井點降水會發(fā)生周圍地面沉陷，打板樁費用較高，已知的其它方法施工不易且費用不低。

2 放坡開挖防治流砂在理論上的可能性

有什么簡單有效的方法可以防治流砂？答案是有的：放坡開挖可以防治流砂。

從理論上分析，防治流砂的關(guān)鍵是要減小動水壓力，降低水力坡度。水力坡度I的大小，主要涉及兩個參數(shù)：一是水頭差△H，二是滲水途徑L。水力坡度的大小與水頭差成正比，與滲水途徑成反比，即水力坡度公式：I=△H/L。防治流砂在理論上主要從改變兩個參數(shù)入手，減小水頭差△H，延長滲水途徑L，目的是減小動水壓力，降低水力坡度。要延長滲水途徑并非只有打板樁一種辦法，采用放坡開挖，其坡面位于地下水位以下段的水平長度就是滲水途徑長度L，只要滿足下式：

△H／L<I_C=（1－ｎ）（Ｇ－１）　   整理后得：

Ｌ>△Ｈ／（1－ｎ）（Ｇ－１）    

式中：I_C ——為臨界水力坡度

      ｎ——為孔隙率

      Ｇ——為土粒重度

基坑挖到基底標高就不會出現(xiàn)流砂現(xiàn)象。從△Ｈ/L這一分子式看，L減小則水力坡度增大，當L接近于零，即邊坡直立時，很小的水頭差△Ｈ也會產(chǎn)生大的水力坡度；若L趨向無窮大，則水力坡度接近于零，若一般邊坡坡面中的L加長十幾倍，則變成緩坡地面，根本不會出現(xiàn)流砂現(xiàn)象。當水頭差△Ｈ不變，從L的變化，能得到安全、合理的防治流砂的邊坡坡度。實際上，臨界水力坡度I_C的值，是基槽臨界邊坡坡角的正切值。對于有條件放坡的一般基坑，用放坡開挖防治流砂在理論上是完全可能的。

3 實踐證實放坡開挖防治流砂是可行的

3.1工程概況

上海魯迅紀念館改擴建工程，位于上海甜愛路100號，總建筑面積4863M²，2層框架結(jié)構(gòu)，300×300mm截面預制樁基，條形基礎(chǔ)，有375 M²的1 層地下室。

工程地質(zhì)狀況：地表層為厚1.50m左右的雜填土層，第2層砂質(zhì)粉土層厚達10ｍ多，地下水位在自然地面以下0.50ｍ, 條形基礎(chǔ)及箱型地下室均位于典型的流砂土層（砂質(zhì)粉土）之上，該工程的預制樁為防地震基土液化而設(shè)計, 土方挖掘時必須采取防治流砂的措施。

3.2 條形基礎(chǔ)土方開挖

條基土方開挖深度為1.80ｍ，土方采用機械挖掘，邊坡人工修整，坑內(nèi)集水井排水，基槽邊坡坡度按滿足Ｌ>△Ｈ／（1－ｎ）（Ｇ－１）的條件設(shè)計為1：1.15。施工中進行了不同的邊坡試驗：1）臺階形邊坡，挖到臺階形成，臺階面馬上出現(xiàn)裂縫而即時坍塌；2）邊坡坡度為1：0.75，還沒挖到基底，邊坡開始出現(xiàn)裂縫，繼而坍塌；3）邊坡坡度為1：1，挖到基底標高，邊坡穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)流砂。結(jié)果按設(shè)計的邊坡坡度，土方采取分段挖掘，分段緊接素混凝土墊層澆筑，直至基礎(chǔ)墊層澆筑完畢，條形基礎(chǔ)土方開挖中防治流砂的技術(shù)問題得到了解決。

3.3 地下室圍護及抗?jié)B

地下室基坑埋深為-4.10m, 圍護采用重力式深層水泥攪拌樁墻, 采取基坑四周卸載（1.60ｍ）措施，樁墻寬度B=1.70ｍ,  坑底以下插入深度D=2.50ｍ，懸臂擋土高度為2.50m。圍護結(jié)構(gòu)的抗傾覆、抗滑移及整體穩(wěn)定性滿足規(guī)定要求，但總長5ｍ的攪拌樁不可能穿過10多ｍ厚的砂質(zhì)粉土層進入不透水粘土層, 基坑外地下水可從樁底滲入基坑內(nèi)，坑內(nèi)有發(fā)生流砂或管涌的可能，還必須進行抗?jié)B（管涌）驗算。利用樁墻外側(cè)四周地面卸載的坡面，按放坡能延長滲水途徑的思路，進行仔細分析，卸載坡面水平寬度為樁墻外側(cè)2M，離樁墻近點的水頭差降低了1.10ｍ，離遠點的地下高水位點滲水途徑延長了1.50M，考慮此有利因素進行復算，抗?jié)B安全系數(shù)接近于規(guī)定K_S=3的要求。結(jié)果采用樁墻寬B=1.70m,  坑底以下插入深度D=2.50m，攪拌樁水泥摻量為13%，坑內(nèi)用集水坑排水的圍護方案，同時采取土方挖掘后緊接澆筑素混凝土墊層的措施。

基坑土方挖掘后，圍護結(jié)構(gòu)有一處滲漏水，基坑底沒有發(fā)生流砂及管涌，墊層澆筑后，基坑穩(wěn)定，方案實施結(jié)果良好。

    4 結(jié)語

    4.1 從理論上分析，用放坡開挖防治流砂是可能的, 并在實踐中得到了證實，放坡開挖防治流砂是經(jīng)濟、有效的方法。

  4.2 在流砂土層中開挖基槽時出現(xiàn)邊坡坍塌，這是發(fā)生流砂的信號，動水壓力因邊坡坍塌而暫時減小，如設(shè)置擋土板，動水壓力馬上增大，基底就會發(fā)生流砂，此時采用“放坡開挖防治流砂”的思路，增大邊坡坡度（須計算合理的L值）即可防治流砂。

  4.3 用放坡開挖防治流砂，這里有一時間問題，實際施工中應(yīng)有搶干意識，基坑土方挖掘后，應(yīng)當天進行混凝土墊層澆筑，若能適當增加墊層的厚度更好。如土方挖掘后，基底暴露時間長了，基底土層中會出現(xiàn)管狀空洞，使土體強度降低，壓縮性增大，產(chǎn)生“機械潛蝕”。

                                      一九九九年五月二十五日

本文發(fā)表于《浙江建筑》2000年第3期