华侨中学教学楼工程流砂现象的防治

张烨妍

华侨中学教学楼工程系由龙海市财政局及教育局投资并精兴策划兴建的教学楼，其平面为L型组合，南北方向长65.9m，东西方向长17.6m及10.4m。本工程建筑层数为5层，建筑总高度为18.5m，总建筑面积为3196.5m?，建筑占地面积为778.6m?.本工程由福建八建建筑工程有限公司承建。

本工程基礎采用预应力高强混凝土管桩，桩承台厚度为1.1m（承台底离地面3m左右），桩承台采用C25密实性砼。桩施工完毕，采用全面开挖桩承台工作面时，在离地面高度3m左右易发生流砂现象。因此，把防止流砂现象的发生作为本工程重点攻关项目。

流砂现象发生时，也就是说土完全丧失承载力，处于流动状态，流砂严重时会使管桩断裂；会使桩承台基坑塌方；附近建筑物也会因地基被掏空而下沉、倾斜，甚至倒塌。

1、流砂现象发生的原因

水在土中渗流时受到土颗粒的阻力，从作用与反作用定律来看，水对土颗粒则产生一个压力，即动水压力。由于动水压力与水流方向一致，所以当水在土中渗流的方向改变时，动水压力对土就会产生不同的影响。当渗流从下而上，动水压力与重力作用相反，减小土颗粒间的压力，也就是土的颗粒除了受水的浮力外，还受到动水压力向上举的趋势。若动水压力等于或大于土的浸水容重时土粒呈悬浮状态，失去稳定，被水流带到基坑内，另外由于土颗粒周围附着亲水胶体颗粒，饱和时胶体吸水膨胀，使土粒密度减小，因而在不大的水冲力下能悬浮流动。饱和砂土在振动的作用下，结构被破坏，使土颗粒悬浮于水中并随水流动。

2、产生流砂的条件

1）水力坡度较大，流速大，当动水压力超过土粒浸水松散密度，使土粒悬浮时即会产生流砂。

2）砂土孔隙度愈大，愈易形成流砂。

3）砂土的渗透系数愈小，排水性能愈差时，愈易形成流砂。

4）砂土中含有较多的片状矿物，如云母、绿泥石等，易形成流砂。

5）土层中有厚度大于250mm的粉砂土层；土的含水率（质量分数）大于30%以上或空隙率大于43%；土的颗粒组成中黏土粒含量（质量分数）小于10%，粉砂粒含量（质量分数）大于75%。

3、流砂现象的处理

土在一定条件下转化为流砂，若改变动水压力的大小和方向，又可将流砂转变为稳定土。因此在施工中处理流砂的途径有二：一是设法减少动水压力，二是设法使动水压力向下。经过现场的认真勘察后，本工程发生流砂的原因为：土的颗粒组成中，粘土粒含量小于10%，粉砂粒含量大于75%，挖深超过地下水位线0.5m左右而发生流砂。本工程打算采取以下六种措施中的一种将流砂转变为稳定土：

第一种，打板桩。将钢板桩沿桩承台基坑外围四周打入坑底下面一定深度，改变动水压力的方向，增加地下水从坑外流入坑内的 渗流路程，从而减小动水压力，防止流砂发生，此方法需用钢材。

第二种，人工降低地下水位。一般采用井点降水，由于降水时，水流方向向下，而动水压力与水流方向一致，动水压力的方向也应朝下，也就加大土颗粒间的压力，土粒就会重新稳定，从而有效地治服流砂现象。

第三种，枯水期施工法。土方开挖尽量安排在全年水位最低的季节施工，使基坑内动水压力减小，从而预防和减轻流砂现象。

第四种，水下挖土法。采取水下挖土（不抽水或少抽水），使坑内水压与坑外地下水压相平衡或缩小水头差，如沉井施工。

第五种，设止水帷幕法。采用深层搅拌桩、密排灌注桩、地下连续墙等方法，固结基坑周围粉砂层使之形成封闭的防渗惟幕，从而达到增加地下水从坑外流入坑内的渗流路线和渗水量，改变动水压力的方向，减小动水压力的目的。

第六种，抢挖并抛大石块法。通过组织快速施工，使挖土速度超过冒砂的速度，在挖至设计标高后，立刻铺竹篾、芦席并抛大石块，以增加土的压重和减小动水压力，将流砂压住。此法只可解决局部或轻微的流砂。

将六种方法加以比较：第一种，打板桩，经济适用：因为仓库里存有一定量的槽钢足以打板桩；第二种，人工降低地下水位，需要添置设备：购买真空泵和水气分离器，成本较高；第三种，枯水期施工法，施工时间无法安排在全年水位最低的季节，否则影响施工工期；第四种，水下挖土法，采用此法桩承台无法施工，无法操作；第五种，设止水幕墙，此方法工作量大，成本高；第六种，抢挖并抛大石块法，增加桩承台的施工难度，操作难度大。

综上，本工程采用第一种方法打板桩，槽钢打下去后，流砂现象得到了防止，工程顺利进行下去。