深基础工程中出现流沙和管涌现象的防治
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深基础工程中出现流沙和管涌现象的防治
作者:工程养护…    文章来源:本站原创    点击数:3107    更新时间:2012-12-3

一、流砂

    渗流力:地下水在土体中流动时,由于受到土粒的阻力,而引起水头损失,从作用力与反作用力的原理可知,水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力。

 

    在向上的渗流力作用下,粒间有效应力为零时,颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂现象,或流土现象。

 

    这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中。它的发生一般是突发性的,对工程危害极大,流砂现象的产生不仅取决于渗流力的大小,同时与土的颗粒级配、密度及透水性等条件相关。

  流砂现象的防治原则是:

    减小或消除水头差,如采取基坑外的井点降水法降低地下水位,或采取水下挖掘;

    增长渗流路径,如打板桩;

    在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力;

    土层加固处理,如冻结法、注浆法等。

二、管涌

管涌又叫翻沙鼓水,是在渗流作用下,土体细颗粒沿骨架颗粒形成的孔隙涌出的现象.孔隙周围多形成隆起的沙环.管涌发生时,水面出现翻花,随着上游水位升高,持续时间延长,险情不断恶化,大量涌水翻沙,使堤防水闸地基土壤骨架破坏,孔道扩大,基土被淘空,引起建筑物塌陷,造成决堤、垮坝、倒闸等事故.

    在渗透水流作用下,土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动,以至流失;随着土的孔隙不断扩大,渗透速度不断增加,较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走,最终导致土体内形成贯通的渗流管道,造成土体塌陷,这种现象称为管涌。可见,管涌破坏一般有个时间发展过程,是一种渐进性质的破坏。

    在自然界中,在一定条件下同样会发生上述渗透破坏作用,为了与人类工程活动所引起的管涌相区别,通常称之为潜蚀。潜蚀作用有机械的和化学的两种。机械潜蚀是指渗流的机械力将细土粒冲走而形成洞穴;化学潜蚀是指水流溶解了土中的易溶盐或胶结物使土变松散,细土粒被水冲走而形成洞穴,这两种作用往往是同时存在的。

    土是否发生管涌,首先取决于土的性质,管涌多发生在砂性土中,其特征是颗粒大小差别较大,往往缺少某种粒径,孔隙直径大且相互连通。无粘性土产生管涌必须具备两个条件:几何条件:土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径,这是必要条件,一般不均匀系数>10的土才会发生管涌;水力条件:渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是发生管涌的水力条件,可用管涌的水力梯度来表示。但管涌临界水力梯度的计算至今尚未成熟。对于重大工程,应尽量由试验确定。

    防治管涌现象,一般可从下列两个方面采取措施:改变几何条件,在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌破坏的有效措施。改变水力条件,降低水力梯度,如打板桩。

管涌 - 抢护方法

 (1)反滤围井.在冒水孔周围垒土袋,筑成图井.井壁底与地面紧密接触.井内按三层反滤要求分铺垫沙石或柴草滤料.在井口安设排水管,将参出的清水引走,以防溢流冲塌井壁.如遇涌水势猛量大粗沙压不住,可先填碎石、块石消杀水势,再按反滤要求铺填滤料,注意观察防守,填料下沉,则继续加填,直到稳定为止.此法适应于地基土质较好,管涌集中出现,险情较严重情况.

(2)养水盆:在管涌周围用土袋垒成围井,井中不填反滤料,井壁须水漏水,如险情面积较大.险口附近地基良好时,可筑成土堤,形成一个蓄水池(即养水盆),不使渗水流走,蓄水抬高井()内水位,以减小监背水位差,制止险情发展.此法适用于监背水位差小、高水位持续时间短的情况,也可与反滤井结合处理.

(3)滤水压浸台:在大片管涌面上分层铺填粗沙、石屑、碎石,下细上粗,每层厚20cm左方,最后压块石或土袋。如缺乏沙石料,可用秸柳作成柴排(15-30cm),再压块石或土袋,袋上也可再压沙料,厚度以不使柴草压辱太紧为限。此法适用于管涌数目多,出现范围较大的情况。如系水下发生管涌:切不可将水抽干再填料。 以免险情恶化。

 

根据多年从事深基础施工的经验,对深基础施工中出现流沙、管涌现象的成因进行了分析,总结了较有实用性的预防流沙、管涌的方法,重点介绍了基础出现管涌、流沙的应急措施,以确保深基础施工的顺利进行。
1
 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(又称翻沙鼓水、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。
2
 对流沙、管涌的预防措施
2.1
 施工方案的设计与论证
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。
……
2.2
 深基础施工实施过程的措施
2.2.1 预防和处理流沙、管涌的原则
预防和处理流沙、管涌的原则是减少或平衡动水压力
2.2.2
 预防流沙、管涌的基本方法
1)
井点降水法:a.当出现流沙时,应立即停止开挖,并回填深坑将流沙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,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。
……
3
 出现流沙、管涌时的应急措施
3.1
 基础出现管涌时的应急措施
3.1.1
 集水井强排法
集水井强排法的前提是基坑底标高在不透水层以上,且待挖土体中的地下水浸润线标高低于坑底标高。如果由于地下承压水的作用基坑出现管涌,应立即采用细石或绿豆砂将管涌口覆盖以减少涌水口的砂土流失,同时在坑底挖临时集水坑用水泵进行明排水,对坑中土进行抢挖。当挖土至坑底标高后,集水井埋入坑底土中,采用潜水泵排水,并在管涌点到集水井之间做排水盲沟使管涌的流水沿盲沟流入集水井。如果管涌点过多,则应在坑底做细石或绿豆砂垫层。集水井可采用直径在600 mm~800 mm左右的铁皮桶(如柴油桶)做成,桶壁打有集水小孔,外侧为绿豆砂反滤层。当集水井排水使坑中水位低于基坑底设计标高时,立即进行混凝土垫层的浇筑。为了保证垫层混凝土下盲沟或细石垫层排水畅通,在混凝土垫层及砂垫层之间应隔有一层铁皮或30 mm~50 mm厚的预制混凝土板。垫层浇完以后,对集水井口采用钢板封没,并将水泵的出水管采用硬质管引出基坑,并保持水泵抽水连续不断,垫层混凝土具有一定的强度以后立即进行深坑中钢筋混凝土施工。必要时可以采用深坑混凝土单独先浇的方法,以确保深坑施工的安全性。

责任编辑:李军    审核签发:李军 
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