流砂
流砂是指土的松散顆粒被地下水飽和后,由于水頭差的存在,動水壓力使松散顆粒產生懸浮流動。流砂主要發生在顆粒級配均勻而細的粉、細砂等砂性土中。其表現形式是所有的顆粒同時從一近似管狀通道中被動水流沖出,發展的結果是使周圍建筑物的基礎發生滑移、不均勻下沉、基坑邊坡坍塌、基礎懸浮等。
流砂形成的基本條件:
(一)土中粒徑在0.01mm以下的顆粒含量在30%~35%以上,并含有較多的片狀、針狀礦物和附有親水膠體礦物顆粒。
(二)水力梯度較大,流速增大,動水壓力超過了土顆粒的重量時,就能使土顆粒懸浮流動形成流砂。
(三)土的滲透系數較小時,排水條件不通暢,易形成流砂。
(四)砂土中孔隙比愈大,愈容易形成流砂。
當基坑底以上粘性土中夾有砂或粉土,且地下水位較高,基坑開挖揭露這些夾層時;或者當基坑底部為砂土或粉土、隨著基坑開挖加深,水力坡度加大,當動水壓力超過砂土或粉土顆粒自重使土顆粒懸浮時,砂或粉土與水一起涌于基坑中,便產生流砂現象。
是否產生流砂現象可按下式驗算:
Icr=(ρs-1)(1-n)
式中:Icr——臨界水力坡度;
ρs——土的顆粒密度;
n——土的孔隙度,以小數計。
當實際水力坡度I大于Icr時,將發生流砂現象,實際中還要考慮一個大于1.0的安全系數。影響流砂現象的因素較多,主要是土的顆粒級配、結構及埋藏條件等。當深挖時水力坡度超過臨界水力坡度,又具有以下條件時,就更容易產生流砂現象。
?。?)土的顆粒組成中,粘粒含量小于10%,粉、砂粒含量大于75%。
?。?)土的不均勻系數小于5。
?。?)土的含水量大于30%。
?。?)土的孔隙比大于0.75(或土的孔隙度大于43%)。
?。?)在粘性土有砂夾層的土層中,砂土或粉土層的厚度大于25cm。
流砂現象的產生,一方面將嚴重影響施工(如挖了又漲,無法達到設計標高);另一方面因流砂使地下掏空,可導致土體喪失穩定性或地面產生塌陷,危及相鄰建筑物的安全。防止流砂的措施主要有人工降低地下水位、打板樁或加固坑壁以增長滲流途徑減小實際水力坡度等。
防治流砂主要是從消除、減小或平衡動水壓力入手, 其具體做法有:(1)枯水期施工(2)打鋼板樁(3)水下挖土(4)人工降低地下水位(5)設地下連續墻(6)拋大石塊、搶速度施工
1、減少或消除基坑內外地下水的水頭差,例如采取先在基坑范圍外以井點降低地下水后開挖,或在不排水基坑內以抓斗等工具進行水下挖土等施工方法。
2、增長滲流路徑,例如沿坑壁打入深度超過坑底的板樁,其長度足以使受保護土體內的水頭梯度小于臨危梯度。
3、在向上滲流出口處地表用透水材料覆蓋壓重以平衡動水力(此法多用于閘壩下游處)。