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,即形成流砂。动水压力是产生流砂的一个重要因素。
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(又称翻砂鼓水、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。
3.设计注意点
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。
4.预防方法
1)井点降水法:
a.当出现流砂时,应立即停止开挖,并回填深坑将流砂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。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,不会出现流砂或管涌现象。