放坡开挖是防治流砂的经济有效方法

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放坡开挖是防治流砂的经济有效方法

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-18 1728 0


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>

复合土工膜(复合防渗膜)分为一布一膜和两布一膜,宽幅4-6m,重量为200—1500g/平方米,抗拉、抗撕裂、顶破等物理力学性能指标高,产品具有强度高,延伸性能较好,变形模量大,耐酸碱、抗腐蚀,耐老化,防渗性能好等特点。能满足水利、市政、建筑、交通,地铁、隧道、工程建设中的防渗、隔离、补强、防裂加固等土木工程需要。常用于堤坝、排水沟渠的防渗处理,以及废料场的防污处理。

;△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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