基坑流砂成因及施工方案设计分析

李 军

中铁建设集团有限公司，北京 100043

1 工程概况

香河县污水处理厂地处香河县京沈公路的东侧出口，该污水处理厂的建设面积为6788.56m2，地下部分的建设面积为64.11m2，地下建筑物建设面积为376.92m2。该项目基坑深度为11.91m，生物池的深度为4.16m，基坑四周2m的范围不能通行车辆以及摆放其他建设物，确保该处土层承载的压力在15～20kPa。

2 工程水文地质条件

对该工程进行地质勘察，测量地下水位埋藏深度为3～3.9m，地下水位的深度为4.2～5.01m。该工程地区地下水的流行状态为渗入蒸发型，地下水补给的主要方式是大气降水补给与地表水渗透补给。因为该地区地下水的流行状态为渗入蒸发型，所以地下水位的高度与地下水含量会随着季节的变化而变化，从而会对工程建设施工带来一定的影响。该地区地基土对混凝土构造具有侵蚀性，对混凝土构造物钢筋具有侵蚀性，这一区域土层的冻结深度是0.7m，因而工程的抗浮水位要按照-1m的深度进行预埋。

3 流砂成因

流砂现象是地下水渗透产生压力，导致土体随着地下水的运动而流入基坑的现象，本质上是一种土体活动的现象。当基坑开挖深度位于地下水位以下时，在水的作用下，粉细砂土层与粉土层的土体会随着水的流动而进入基坑内，故流砂是土体随水流动的一种现象。在基坑开挖施工的过程中，可以把流砂的程度分为以下三个等级：（1）轻微水准的流砂。支护墙体出现缝隙，会导致一小部分细砂随着地下水的运动通过缝隙进入基坑内，使基坑外侧出现水土流失的情况，并增加基坑内部的泥泞，给基坑的开挖施工造成一定的难度。（2）中等水准的流砂。在基坑的底部部分，临近支护墙体的底部部分，可以观测到细砂堆出现细小的水槽，细砂颗粒随着冒出的水流入基坑内部。（3）严重水准的流砂。该程度的流砂产生的主要原因是发生中等水准的流砂后未进行相关的处理而继续进行开挖，从而导致基底冒出流砂的速度越来越快，基底的底部部分出现流动的情况，从而使基底无法进行继续的开挖工作，并有可能随着水土流失的情况导致基坑附近的建筑物出现沉降。总的来说，流砂的成因与基坑开挖地下水流动具有重要的关系，随着基坑的开挖，基坑内部会出现一些轻微流砂现象，如若不及时进行管控，会导致其形成严重的流砂现象，最终使基坑开挖难度增大，影响工程施工。

4 施工方案设计

4.1 支护结构设计

（1）基坑四周墙壁的安全标准。该工程建设的过程中基坑支护措施为临时构造，支护设施的使用时间为1年。（2）边坡支护设计概述。依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）的要求，并兼顾该工程地区实际的地质地貌和该地区的水文气候条件、施工现场四周环境的制约、基坑的挖掘规模等诸多因素的影响，该工程选择了以下支护构造：①1-1结构面的基坑深度为11.91m，运用桩锚的支护方式；②2-2结构面的基坑深度为9.96m，运用桩锚的支护方式；③3-3结构面的基坑深度为4.16m，运用土钉墙的支护方式；④4-4结构面的基坑深度为1.96m，运用挂网的支护方式。

4.2 支护结构设计参数

护坡桩的设计参数如表1所示。

表1 护坡桩设计参数表

护坡桩桩身要运用C25标号混凝土进行建设，护坡桩构造物钢筋长度要相等，均为0.2m。钢筋的主筋与螺旋筋的绑扎方式为22#火烧丝绑扎，其绑扎形态要呈现八字形，不得使用顺绑方式，螺旋筋的多余部分都要朝向钢筋笼的内部。螺旋筋要环绕钢筋笼1.5圈，环绕长度要大于30cm，并与主筋进行连接。

在护坡桩的成坡长度不能实现规划目标时，要在基坑的底部位置进行预应力锚杆的加固工作，该工作过程与方式由施工的实际情况所决定。

4.3 锚杆设计

该工程基坑预应力锚杆的施工数据如表2所示。

表2 预应力锚杆的施工数据

锚杆锚孔的直径为φ150mm，锚杆倾斜角是15°，锚杆之间的路基为1.5m。建设预应力锚杆混凝土的混合比为0.50～0.55。当锚杆不能达到工程规定标准时，要采取相关的措施加长。在锚杆材料的选择上，质量类型是1860N/mm2，锚杆的屈服强度≥250kN。混凝土类型为PSA32.5型号。

4.4 土方挖运设计

（1）土方方案。①粗格栅间深度为12m，而土方的挖掘面积为320m2，导致土方挖掘与土方运输难度大，运输工具行驶难。②基坑周围环境错综复杂，在施工工作进行时，相关部门要严格落实相关的施工标准，必要时应安排施工经验丰富、施工技术高的人员进行施工工作。③土方挖掘与运输工作是缩短工程周期的重要施工工序，因而施工部门要进行合理的规划，降低施工的时间。④在基坑施工的过程中可能会出现突发状况，因此在施工之前要进行防护措施工作。

（2）进出口的留置。依据施工现场的现实状况，要在基坑的南部方位布设大门，建设道路要依据建设现场的实际情况进行选择。

4.5 紧急回填

在开挖过程中，如果流砂现象比较严重，则要及时进行回填。基坑边如果大面积出现了流砂现象并且比较严重，那么在采取回填措施时应该大面积地进行回填，并且要采取科学合理的措施确定回填土的方量符合标准。

4.6 复打止水旋喷桩

各参与方经过探讨决定在具有流砂线的地方进行复打止水，设置旋喷桩，一般情况下会使用双管或三管的形式，在选择的过程中要充分考虑漏水的程度，如果漏水不严重可以使用双管，如果漏水比较严重则要使用三管。与此同时还要考虑到造价问题，在打入旋喷桩时，要确保旋喷桩高于1000mm，如果使用的是三重管法，那么高压水射流的压力以及水泥加压要达到30MPa、0.7～1MPa，速度的提升约为11cm/min，水泥的掺入量约为400kg。

4.7 裂缝注浆

在开挖过程中要考虑到复打旋喷桩的作业情况，在确保其达到一定强度之后才能继续开挖作业。在开挖的过程中出现了局部漏水流砂的现象，该现象出现的主要原因是前期的支护结构存在问题，因而在注入水泥浆时没有很好地发生物理化学反应，浆液就会随着水而流失。裂缝注浆法能够有效防止流砂现象。在流砂口进行钻井时，要确保孔直径为40mm，注浆管的外径为30mm，管材为PVC管，为了方便浆液的喷出，要在PVC管插入之前对管材进行打孔，同时还要注意注浆管与支护桩之间的缝隙，可以使用水泥砂浆进行密封。在注入水泥浆和水玻璃胶体时可以使用双液压浆泵，在此过程中要确保各材料之间配比合理，压力控制在40Pa左右。科学合理的配比和注入条件能够保证箱体的快速凝结，从而防止漏水和流砂现象的发生。在完成相关补救措施之后，要针对挂网喷混凝土进行巩固，灌注桩表面使用的是直径为8mm的双向灌注桩和厚度为80mm的混凝土，挂网喷混凝土施工完成后能够使结构的稳定性增强。通过对该工程的基坑顶部进行监测，发现该工程在安全控制范围之内，流砂问题得到了很好的处理和解决，后续工程的施工能够顺利进行。

5 结束语

深基坑的支护结构应该兼顾基坑的特征、工程施工的地质条件、施工地的周围环境、施工的条件以及造价等因素，实事求是，同时要采用技术性高、经济效益好、安全性高的支护方式。在进行基坑开挖工作之前，要进行实地勘察工作以及了解施工场地的地质与水文情况，对有可能出现流砂情况的区域进行一定的防护处理工作，同时要因地制宜，选择适合施工地区的处理措施，保证处理措施的有效性与实用性，此外，也要在控制流砂的过程中考虑经济效益。