改建公路擋土墻基坑遇流砂現象的處理

周海波

(湖南路港建設有限公司 湖南 益陽 413000)

前言

懸臂式擋土墻淺基礎施工中，經常碰到流砂問題。究其原因，因為勘察量不足導致在施工中出現基坑底涌水冒砂現象。加之正值梅雨季節，湖區河道地下水位上升，動水壓力增大。基坑開挖后，在施工中流砂造成原有公路邊坡大量的土體流動，致使原有公路老路地基破壞，老路水泥面板脫空，出現裂縫、坍塌。因此本文通過工程實例分析總結懸臂式擋土墻基坑開挖過程中遇到流砂后同時需邊施工邊通車路段的應對措施，進而進行處理控制，以保證基坑和原有老公路通車的安全。

一、工程概況

該改建公路路基寬12m,即在原老路上加寬6m。其中K12+180-K14+280右側設置懸臂式路肩擋土墻。高度4-4.5m，擋墻墊層采用C15素砼，厚度0.1m,外邊寬出0.5m，底板寬3.3-3.6m，墻身頂寬0.3m。鋼筋強度等級為HRB335。懸臂式擋土墻的埋置深度大于2m。混凝土強度C30。

湖區地質主要為耕植土和砂性淤泥質土，地下水系豐富。在擋土墻基坑開挖后出現細砂土顆粒不斷地從基坑邊坡邊或基坑底部冒出的“流砂”現象。往往基坑開挖半天時間就在原有基坑被抬高約20cm左右。致使施工條件惡化。同時邊通車邊施工時擋墻基礎不能放坡開挖，從而導致基坑內側原老路基出現坍塌。

二、流砂現象

1.現象。開挖基坑時，遇粉、細砂層，由于排水方法不當，粉土粒、細砂粒隨抽水而發生“浮揚”狀態，前一天挖至設計標高，第二天基底又在設計標高以上，造成基底土層上涌，基坑周圍坍陷。

2.原因。流砂現象產生的原因是水在細粒土中滲流所產生的動水壓力對土體作用的結果。當動水壓力大于細粒土的浮重度時，土顆粒處于懸浮狀態，土顆粒往往會隨滲流的水一起流動，涌入基坑內，形成流砂。

3.預防措施。開挖基坑前，通過熟悉設計資料及實地探勘訪問，盡量詳細摸清該處地質、水文情況，然后采用恰當的排水方式、基礎處理、邊坡加固方式施工。

三、流砂現象常見的幾種處理措施

主要是減小或平衡動水壓力或在動水壓力下，使坑底的土粒穩定，不受水壓干擾。常用的處理措施方法有：(1)安排在枯水季節施工，基坑內外水位差小，就不易產生流砂現象。(2)采用水下基坑開挖挖土，不抽水或少抽水，使坑內外水位相持平衡、抵消水壓，防止流砂產生。這種方法不適宜于公路懸臂式擋土墻施工。(3)沿基坑外圍打板樁，深入坑底下面一定深度，以阻擋坑外水向坑內壓入，減小動水壓力；起阻擋地下水的滲透壓力，減小水力坡降，穩定土體，加固坑壁的作用。(4)搶挖并拋大石塊法分段搶挖土方，使挖土速度超過冒砂速度，在挖至標高后立即往坑底拋大石塊，增加土的壓重和減小動水壓力，同時組織快速施工擋土墻C15混凝土墊層。(5)“人工降水”在基坑的適宜部位或邊角處設置集水井，通過導水小溝，使地下水流入井內，再由抽水機抽出排至紅線外。集水井和導水溝都要隨著基坑的挖深而逐漸加深。(6)采用帷幕法施工。(7)振動水沖法：是一種原位深層擠密法、也是近十幾年來改良松軟地基的先進方法之一。特別適用于加固松散的砂性土地基或夾有薄層淤泥、粉、細砂地基。經過振沖加固后所形成的復合地基，可防止砂土產生液化，加快地基的排水固結，并大大提高地基的承載能力。此法常用在較大范圍內有一定影響深度的砂基加固工程上。(8)注漿固結。

四、方案的選定

分析了本工程的地質條件、邊施工邊通車施工條件限制、設計懸臂式擋土墻基礎型式及等因素之后，結合各種處理流砂措施的利弊，確定處理方法選用“挖掘機插打工字鋼板樁支護+擋墻基礎坑底拋大石塊”的方案。該方案主要受改建公路邊施工邊通車限制(不能放坡開挖和封閉交通施工)，同時工字鋼施打長度僅6m,挖掘機施打操作靈活的特點。施工石材用料就地取材，施工方便，工期短。

五、工字鋼板樁支護+擋墻基礎坑底拋大石塊的設計與施工

(一)工字鋼板樁插打施工

基坑開挖前先用6m長32a型工字鋼沿著原有水泥老路邊進行支護。挖掘機逐根打入的方法施工，施工完畢后再進行擋土墻基坑開挖。

1.擋土墻及工字鋼施工的順序。(1)工字鋼位置的定位放線。(2)挖溝槽。(3)施打工字鋼。(4)基坑開挖，擋土墻基礎拋填大石塊處理。(5)擋土墻墊層、基礎、墻身施工。(6)擋土墻臺背回填。(7)拔除工字鋼。

2.工字鋼板樁的施打。工字鋼施工關系到基坑支護和原有老路通車的安全，在施工中要注意以下幾點：(1)全段采用6m長32a型工字鋼支護。采用履帶式挖掘機施打，施打前一定要熟悉地下管線的情況，同時沿著原有老路水泥路邊放出施打中線，和工字鋼間距。兩工字鋼空隙約為30cm。(2)打樁前，逐根檢查工字鋼有無彎曲，兩側端頭有無卷口。(3)打樁前，在工字鋼的頭部切割成尖型，尾部割一個圓孔，以方便挖掘機用鋼絲繩穿孔打入拔出。(4)用挖掘機斗扣短鋼絲繩吊著工字鋼，兩側用人工拿麻繩對向拉工字鋼定位，必須確保工字鋼垂直。工字鋼插入一定深度后解開麻繩，再用挖掘機斗插打。在插打過程中隨時監測工字鋼的傾斜度不超過2%，當偏斜過大不能用挖機斗拉齊時再拔起重打。工字鋼插入深度達到設計基坑底3.5m左右。工字鋼頂面高程高于原有老水泥路0.5m左右，便于邊施工邊通車時的安全防護。(5)拔除工字鋼：擋土墻施工完畢且養護期滿后即可拔出工字鋼。用鋼絲繩穿住尾部圓孔，挖掘機拔出。如遇到拔出困難時，前后左右晃動工字鋼，以減少拔出阻力。

(二)擋土墻基礎處理：坑底拋大石塊施工

1.施工工藝：基坑開挖→基坑報驗→機械拋石→挖機整平并碾壓→再拋石塊及碾壓至設計標高→碎石墊層施工。

2.拋投片石(四方會議紀要為拋填處理深度2m)。(1)片石采用不易風化，尺寸不小于0.3m的石塊，拋投時應大小搭配，挖淤泥拋石換填范圍為擋土墻墊層以外不小于0.5m。(2)拋石采用挖掘機鋪砌和進行人工配合，方法為進占法。(3)拋石須分層拋填。用挖機進行分選大石塊拋投，即首先由挖機在基坑內均勻拋第一層大塊石，完成后，挖掘機來回走動碾壓，待塊石沉入與基底齊平后，可進行第二層拋石。若塊石無明顯沉降，可向前延伸進行下一段施工。

3.碎石反濾墊層。碎石最大粒徑為20～80mm，按不同粒徑進行了拌合，使級配良好。碎石墊層鋪填厚度為10cm，用挖機整平后，進行擋土墻C15墊層施工。

4.擋土墻施工。

六、處理效果

采用挖掘機插打工字鋼板樁支護和坑底拋大石塊處理，擋土墻養護期滿臺背回填后未出現開裂、位移、沉降等現象。施工質量滿足設計和規范要求。

結語

針對邊通車邊施工路段擋土墻基礎施工中基坑出現流砂現象的處理，本文介紹了擋土墻基底流砂幾種預防措施以及插打工字鋼板樁支護和基底拋填大石塊擠淤施工方法。擋土墻基坑支護和基底處理是關鍵，基坑支護和流砂問題處理不好的話，導致原有老路的行車安全事故和擋土墻開裂、位移、沉降等危害，必須予以充分重視。