放坡开挖是防治流砂的经济有效方法
绍兴市第一建筑安装工程公司 陈关友
[摘要] 本文从理论上分析用放坡开挖来防治流砂是可能的, 从工程实践中证实放坡开挖防治流砂是可行的，讲了应注意的问题。
[关键词] 放坡开挖 延长渗水途径 流砂防治 抗渗
1 常规的流砂防治方法
在地下水位较高的砂性（粉砂）土层中开挖土方，必须采取预防流砂发生的措施，通常采用基坑四周打设井点管降水，以减小水头差来防治流砂；沿坑边打设板桩，以延长渗水途径，降低水力坡度来防治流砂；还有冻结法、固结法、抛块石等。以上均须增加一定的技术措施费用，至于采用水下开挖（目的是消除水头差），在一般的房屋建筑基础施工中不宜采用。
在流砂土层中进行基坑挖掘施工，对如何防治流砂历来是施工中的一大技术难点，因为井点降水会发生周围地面沉陷，打板桩费用较高，已知的其它方法施工不易且费用不低。
2 放坡开挖防治流砂在理论上的可能性
有什么简单有效的方法可以防治流砂？答案是有的：放坡开挖可以防治流砂。
从理论上分析，防治流砂的关键是要减小动水压力，降低水力坡度。水力坡度I的大小，主要涉及两个参数：一是水头差△H，二是渗水途径L。水力坡度的大小与水头差成正比，与渗水途径成反比，即水力坡度公式：I=△H/L。防治流砂在理论上主要从改变两个参数入手，减小水头差△H，延长渗水途径L，目的是减小动水压力，降低水力坡度。要延长渗水途径并非只有打板桩一种办法，采用放坡开挖，其坡面位于地下水位以下段的水平长度就是渗水途径长度L，只要满足下式：
△H／L<IC=（1－ｎ）（Ｇ－１） 整理后得：
Ｌ>△Ｈ／（1－ｎ）（Ｇ－１）
式中：IC ——为临界水力坡度
ｎ——为孔隙率
Ｇ——为土粒重度
基坑挖到基底标高就不会出现流砂现象。从△Ｈ/L这一分子式看，L减小则水力坡度增大，当L接近于零，即边坡直立时，很小的水头差△Ｈ也会产生大的水力坡度；若L趋向无穷大，则水力坡度接近于零，若一般边坡坡面中的L加长十几倍，则变成缓坡地面，根本不会出现流砂现象。当水头差△Ｈ不变，从L的变化，能得到安全、合理的防治流砂的边坡坡度。实际上，临界水力坡度IC的值，是基槽临界边坡坡角的正切值。对于有条件放坡的一般基坑，用放坡开挖防治流砂在理论上是完全可能的。
3 实践证实放坡开挖防治流砂是可行的
3.1工程概况
上海鲁迅纪念馆改扩建工程，位于上海甜爱路100号，总建筑面积4863M2，2层框架结构，300×300mm截面预制桩基，条形基础，有375 M2的1 层地下室。
工程地质状况：地表层为厚1.50m左右的杂填土层，第2层砂质粉土层厚达10ｍ多，地下水位在自然地面以下0.50ｍ, 条形基础及箱型地下室均位于典型的流砂土层（砂质粉土）之上，该工程的预制桩为防地震基土液化而设计, 土方挖掘时必须采取防治流砂的措施。
3.2 条形基础土方开挖
条基土方开挖深度为1.80ｍ，土方采用机械挖掘，边坡人工修整，坑内集水井排水，基槽边坡坡度按满足Ｌ>△Ｈ／（1－ｎ）（Ｇ－１）的条件设计为1：1.15。施工中进行了不同的边坡试验：1）台阶形边坡，挖到台阶形成，台阶面马上出现裂缝而即时坍塌；2）边坡坡度为1：0.75，还没挖到基底，边坡开始出现裂缝，继而坍塌；3）边坡坡度为1：1，挖到基底标高，边坡稳定，没有出现流砂。结果按设计的边坡坡度，土方采取分段挖掘，分段紧接素混凝土垫层浇筑，直至基础垫层浇筑完毕，条形基础土方开挖中防治流砂的技术问题得到了解决。
3.3 地下室围护及抗渗
地下室基坑埋深为-4.10m, 围护采用重力式深层水泥搅拌桩墙, 采取基坑四周卸载（1.60ｍ）措施，桩墙宽度B=1.70ｍ, 坑底以下插入深度D=2.50ｍ，悬臂挡土高度为2.50m。围护结构的抗倾覆、抗滑移及整体稳定性满足规定要求，但总长5ｍ的搅拌桩不可能穿过10多ｍ厚的砂质粉土层进入不透水粘土层, 基坑外地下水可从桩底渗入基坑内，坑内有发生流砂或管涌的可能，还必须进行抗渗（管涌）验算。利用桩墙外侧四周地面卸载的坡面，按放坡能延长渗水途径的思路，进行仔细分析，卸载坡面水平宽度为桩墙外侧2M，离桩墙近点的水头差降低了1.10ｍ，离远点的地下高水位点渗水途径延长了1.50M，考虑此有利因素进行复算，抗渗安全系数接近于规定KS=3的要求。结果采用桩墙宽B=1.70m, 坑底以下插入深度D=2.50m，搅拌桩水泥掺量为13%，坑内用集水坑排水的围护方案，同时采取土方挖掘后紧接浇筑素混凝土垫层的措施。
基坑土方挖掘后，围护结构有一处渗漏水，基坑底没有发生流砂及管涌，垫层浇筑后，基坑稳定，方案实施结果良好。
4 结语
4.1 从理论上分析，用放坡开挖防治流砂是可能的, 并在实践中得到了证实，放坡开挖防治流砂是经济、有效的方法。
4.2 在流砂土层中开挖基槽时出现边坡坍塌，这是发生流砂的信号，动水压力因边坡坍塌而暂时减小，如设置挡土板，动水压力马上增大，基底就会发生流砂，此时采用“放坡开挖防治流砂”的思路，增大边坡坡度（须计算合理的L值）即可防治流砂。
4.3 用放坡开挖防治流砂，这里有一时间问题，实际施工中应有抢干意识，基坑土方挖掘后，应当天进行混凝土垫层浇筑，若能适当增加垫层的厚度更好。如土方挖掘后，基底暴露时间长了，基底土层中会出现管状空洞，使土体强度降低，压缩性增大，产生“机械潜蚀”。
一九九九年五月二十五日
本文发表于《浙江建筑》2000年第3期
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