基坑流砂成因及施工方案設計分析

李 軍

中鐵建設集團有限公司，北京 100043

1 工程概況

香河縣污水處理廠地處香河縣京沈公路的東側出口，該污水處理廠的建設面積為6788.56m2，地下部分的建設面積為64.11m2，地下建筑物建設面積為376.92m2。該項目基坑深度為11.91m，生物池的深度為4.16m，基坑四周2m的范圍不能通行車輛以及擺放其他建設物，確保該處土層承載的壓力在15～20kPa。

2 工程水文地質條件

對該工程進行地質勘察，測量地下水位埋藏深度為3～3.9m，地下水位的深度為4.2～5.01m。該工程地區地下水的流行狀態為滲入蒸發型，地下水補給的主要方式是大氣降水補給與地表水滲透補給。因為該地區地下水的流行狀態為滲入蒸發型，所以地下水位的高度與地下水含量會隨著季節的變化而變化，從而會對工程建設施工帶來一定的影響。該地區地基土對混凝土構造具有侵蝕性，對混凝土構造物鋼筋具有侵蝕性，這一區域土層的凍結深度是0.7m，因而工程的抗浮水位要按照-1m的深度進行預埋。

3 流砂成因

流砂現象是地下水滲透產生壓力，導致土體隨著地下水的運動而流入基坑的現象，本質上是一種土體活動的現象。當基坑開挖深度位于地下水位以下時，在水的作用下，粉細砂土層與粉土層的土體會隨著水的流動而進入基坑內，故流砂是土體隨水流動的一種現象。在基坑開挖施工的過程中，可以把流砂的程度分為以下三個等級：（1）輕微水準的流砂。支護墻體出現縫隙，會導致一小部分細砂隨著地下水的運動通過縫隙進入基坑內，使基坑外側出現水土流失的情況，并增加基坑內部的泥濘，給基坑的開挖施工造成一定的難度。（2）中等水準的流砂。在基坑的底部部分，臨近支護墻體的底部部分，可以觀測到細砂堆出現細小的水槽，細砂顆粒隨著冒出的水流入基坑內部。（3）嚴重水準的流砂。該程度的流砂產生的主要原因是發生中等水準的流砂后未進行相關的處理而繼續進行開挖，從而導致基底冒出流砂的速度越來越快，基底的底部部分出現流動的情況，從而使基底無法進行繼續的開挖工作，并有可能隨著水土流失的情況導致基坑附近的建筑物出現沉降。總的來說，流砂的成因與基坑開挖地下水流動具有重要的關系，隨著基坑的開挖，基坑內部會出現一些輕微流砂現象，如若不及時進行管控，會導致其形成嚴重的流砂現象，最終使基坑開挖難度增大，影響工程施工。

4 施工方案設計

4.1 支護結構設計

（1）基坑四周墻壁的安全標準。該工程建設的過程中基坑支護措施為臨時構造，支護設施的使用時間為1年。（2）邊坡支護設計概述。依據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）的要求，并兼顧該工程地區實際的地質地貌和該地區的水文氣候條件、施工現場四周環境的制約、基坑的挖掘規模等諸多因素的影響，該工程選擇了以下支護構造：①1-1結構面的基坑深度為11.91m，運用樁錨的支護方式；②2-2結構面的基坑深度為9.96m，運用樁錨的支護方式；③3-3結構面的基坑深度為4.16m，運用土釘墻的支護方式；④4-4結構面的基坑深度為1.96m，運用掛網的支護方式。

4.2 支護結構設計參數

護坡樁的設計參數如表1所示。

表1 護坡樁設計參數表

護坡樁樁身要運用C25標號混凝土進行建設，護坡樁構造物鋼筋長度要相等，均為0.2m。鋼筋的主筋與螺旋筋的綁扎方式為22#火燒絲綁扎，其綁扎形態要呈現八字形，不得使用順綁方式，螺旋筋的多余部分都要朝向鋼筋籠的內部。螺旋筋要環繞鋼筋籠1.5圈，環繞長度要大于30cm，并與主筋進行連接。

在護坡樁的成坡長度不能實現規劃目標時，要在基坑的底部位置進行預應力錨桿的加固工作，該工作過程與方式由施工的實際情況所決定。

4.3 錨桿設計

該工程基坑預應力錨桿的施工數據如表2所示。

表2 預應力錨桿的施工數據

錨桿錨孔的直徑為φ150mm，錨桿傾斜角是15°，錨桿之間的路基為1.5m。建設預應力錨桿混凝土的混合比為0.50～0.55。當錨桿不能達到工程規定標準時，要采取相關的措施加長。在錨桿材料的選擇上，質量類型是1860N/mm2，錨桿的屈服強度≥250kN。混凝土類型為PSA32.5型號。

4.4 土方挖運設計

（1）土方方案。①粗格柵間深度為12m，而土方的挖掘面積為320m2，導致土方挖掘與土方運輸難度大，運輸工具行駛難。②基坑周圍環境錯綜復雜，在施工工作進行時，相關部門要嚴格落實相關的施工標準，必要時應安排施工經驗豐富、施工技術高的人員進行施工工作。③土方挖掘與運輸工作是縮短工程周期的重要施工工序，因而施工部門要進行合理的規劃，降低施工的時間。④在基坑施工的過程中可能會出現突發狀況，因此在施工之前要進行防護措施工作。

（2）進出口的留置。依據施工現場的現實狀況，要在基坑的南部方位布設大門，建設道路要依據建設現場的實際情況進行選擇。

4.5 緊急回填

在開挖過程中，如果流砂現象比較嚴重，則要及時進行回填。基坑邊如果大面積出現了流砂現象并且比較嚴重，那么在采取回填措施時應該大面積地進行回填，并且要采取科學合理的措施確定回填土的方量符合標準。

4.6 復打止水旋噴樁

各參與方經過探討決定在具有流砂線的地方進行復打止水，設置旋噴樁，一般情況下會使用雙管或三管的形式，在選擇的過程中要充分考慮漏水的程度，如果漏水不嚴重可以使用雙管，如果漏水比較嚴重則要使用三管。與此同時還要考慮到造價問題，在打入旋噴樁時，要確保旋噴樁高于1000mm，如果使用的是三重管法，那么高壓水射流的壓力以及水泥加壓要達到30MPa、0.7～1MPa，速度的提升約為11cm/min，水泥的摻入量約為400kg。

4.7 裂縫注漿

在開挖過程中要考慮到復打旋噴樁的作業情況，在確保其達到一定強度之后才能繼續開挖作業。在開挖的過程中出現了局部漏水流砂的現象，該現象出現的主要原因是前期的支護結構存在問題，因而在注入水泥漿時沒有很好地發生物理化學反應，漿液就會隨著水而流失。裂縫注漿法能夠有效防止流砂現象。在流砂口進行鉆井時，要確保孔直徑為40mm，注漿管的外徑為30mm，管材為PVC管，為了方便漿液的噴出，要在PVC管插入之前對管材進行打孔，同時還要注意注漿管與支護樁之間的縫隙，可以使用水泥砂漿進行密封。在注入水泥漿和水玻璃膠體時可以使用雙液壓漿泵，在此過程中要確保各材料之間配比合理，壓力控制在40Pa左右。科學合理的配比和注入條件能夠保證箱體的快速凝結，從而防止漏水和流砂現象的發生。在完成相關補救措施之后，要針對掛網噴混凝土進行鞏固，灌注樁表面使用的是直徑為8mm的雙向灌注樁和厚度為80mm的混凝土，掛網噴混凝土施工完成后能夠使結構的穩定性增強。通過對該工程的基坑頂部進行監測，發現該工程在安全控制范圍之內，流砂問題得到了很好的處理和解決，后續工程的施工能夠順利進行。

5 結束語

深基坑的支護結構應該兼顧基坑的特征、工程施工的地質條件、施工地的周圍環境、施工的條件以及造價等因素，實事求是，同時要采用技術性高、經濟效益好、安全性高的支護方式。在進行基坑開挖工作之前，要進行實地勘察工作以及了解施工場地的地質與水文情況，對有可能出現流砂情況的區域進行一定的防護處理工作，同時要因地制宜，選擇適合施工地區的處理措施，保證處理措施的有效性與實用性，此外，也要在控制流砂的過程中考慮經濟效益。