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基坑开挖过程中常见的不良水文地质现象及危害

949 2023-02-14 13:34:35



流砂是指土的松散颗粒被地下水饱和后,由于水头差的存在,动水压力使松散颗粒产生悬浮流动。流砂主要发生在颗粒级配均匀而细的粉、细砂等砂性土中。其表现形式是所有的颗粒同时从一近似管状通道中被动水流冲出,发展的结果是使周围建筑物的基础发生滑移、不均匀下沉、基坑边坡坍塌、基础悬浮等。


流砂形成的基本条件:

(一)土中粒径在0.01mm以下的颗粒含量在30%~35%以上,并含有较多的片状、针状矿物和附有亲水胶体矿物颗粒。

(二)水力梯度较大,流速增大,动水压力超过了土颗粒的重量时,就能使土颗粒悬浮流动形成流砂。

(三)土的渗透系数较小时,排水条件不通畅,易形成流砂。

(四)砂土中孔隙比愈大,愈容易形成流砂。


当基坑底以上粘性土中夹有砂或粉土,且地下水位较高,基坑开挖揭露这些夹层时;或者当基坑底部为砂土或粉土、随着基坑开挖加深,水力坡度加大,当动水压力超过砂土或粉土颗粒自重使土颗粒悬浮时,砂或粉土与水一起涌于基坑中,便产生流砂现象。


是否产生流砂现象可按下式验算:


Icr=(ρs-1)(1-n)


  式中:Icr——临界水力坡度;

  ρs——土的颗粒密度;

  n——土的孔隙度,以小数计。


当实际水力坡度I大于Icr时,将发生流砂现象,实际中还要考虑一个大于1.0的安全系数。影响流砂现象的因素较多,主要是土的颗粒级配、结构及埋藏条件等。当深挖时水力坡度超过临界水力坡度,又具有以下条件时,就更容易产生流砂现象。


 (1)土的颗粒组成中,粘粒含量小于10%,粉、砂粒含量大于75%。

 (2)土的不均匀系数小于5。

 (3)土的含水量大于30%。

 (4)土的孔隙比大于0.75(或土的孔隙度大于43%)。

 (5)在粘性土有砂夹层的土层中,砂土或粉土层的厚度大于25cm。


流砂现象的产生,一方面将严重影响施工(如挖了又涨,无法达到设计标高);另一方面因流砂使地下掏空,可导致土体丧失稳定性或地面产生塌陷,危及相邻建筑物的安全。防止流砂的措施主要有人工降低地下水位、打板桩或加固坑壁以增长渗流途径减小实际水力坡度等。


防治流砂主要是从消除、减小或平衡动水压力入手, 其具体做法有:(1)枯水期施工(2)打钢板桩(3)水下挖土(4)人工降低地下水位(5)设地下连续墙(6)抛大石块、抢速度施工


防治流砂的原则:

1、减少或消除基坑内外地下水的水头差,例如采取先在基坑范围外以井点降低地下水后开挖,或在不排水基坑内以抓斗等工具进行水下挖土等施工方法。

2、增长渗流路径,例如沿坑壁打入深度超过坑底的板桩,其长度足以使受保护土体内的水头梯度小于临危梯度。

3、在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡动水力(此法多用于闸坝下游处)。



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