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流砂是土體的一種現象,通常細顆粒、顆粒均勻、鬆散、飽和的非粘性土容易發生這個現象。流砂的形成是多種多樣的,但它對建築物的安全和正常使用影響極大。可以通過預防等手段制止流沙現象。

1形成原因

流砂發生的原因是由於土體中存在向上的滲流力。如果單位顆粒土體受到的向上的滲流力大於或等於其自身重力,則土體發生懸浮、移動。即
滲流力-單元體自重應力=γw*i-γˊ*h>0,則流砂形成。
其中γw為水的重度,γˊ為土體的浮重度。

2危害

基礎是建築物的十分重要組成部分,它對建築物的安全和正常使用影響極大,在實際施工過程中必須結合工程地質條件、建築材料及施工技術等因素,並將上部結構與地基基礎綜合考慮,使基礎工程安全可靠、經濟合理、技術先進,便於施工。在基礎施工過程中,如果沒有解決好這一問題,基礎就會跟著砂層一起流動,發生位移,這樣地基礎的持力層就會發生變化,這對建築物來說是十分有害的,也是絕對不容許有這種現象發生的。實踐證明,建築物的事故很多是與地基基礎有關的。例如著名的義大利比薩斜塔的傾斜就是由於地基的不均勻沉降而造成的。中國上海工業展覽館建於1954年,總重10000t,地基為厚14m的淤泥軟質粘土。建成后,當年地基下沉0.6m,目前大廳平均每年沉降量達1.6m。因此我們在進行施工時,必須要認真處理好基礎,一般多層建築中,基礎工程造價約佔總造價的20%-25%,對高層建築或需地基處理時,則所需費用更大。另外,地基基礎屬於隱蔽工程,一旦出現事故,不容易處理。因此基礎工程實屬百年大計,必須慎重對待。

3處理對策

隨著中國國民經濟的發展,不僅要選擇在地質條件好的場地上從事建設,而且有時不得不在地質條件不良的地基上進行施工;另外,隨著科技的日益發展,結構荷載增大,對變形要求越來越嚴,因此必須要選擇最恰當的地基處理方法來施工。只有充分認識了流砂的形成原因和流砂的危害才能採取切實有效的方法來進行處理,在進行基礎施工之前先認真閱讀地質勘察報告書,對砂層的厚度、地下水位的高低等地質狀況有個比較直觀的認識,這樣才能便於我們採取何種施工方法來進行施工。
在實際施工過程中,通常處理基礎的方法有換土墊層法、深層密實法、排水固結法、化學加固法、加筋法、熱學法。
這裡介紹處理流砂的方法是綜合了換土墊層法和排水固結法兩種施工方法的優點。在開工之前先進行安全和技術交底工作,使參加作業的施工人員對整個操作的流程有個比較清醒的認識和理解,便於我們組織施工。首先是土方的開挖,最好選擇機械挖土,這樣可以提高速度,加快施工的進度。開挖深度根據設計要求而定,在開挖的過程中要做好排水措施,在開挖基礎的附近處,設置集水井,用吸砂泵或離心式水泵不停的向外排水,集水井的設置位置要根據基坑平面開頭與大小,土質與地下水位的高度與流向、降水深度等決定,設置在地下水流的上游一側。整個抽水過程要持續到土方和基礎施工結束時為止,上面如果有砂層,用人工清理完畢,再用塊石填置,直到能夠滿足設計要求,這樣整個基礎墊層的組成就發生了變化,原先為砂和水,現變成了塊石和砂的混合物,在這個過程中要不停的排水,下一步是在墊層上澆築砼,這樣逐步推進,再進行下一段的施工,直到整個基礎施工結束,為了防止基礎四周土方發生塌方,在施工過程中可以根據實際情況在基礎周圍布置木樁,防止基礎四周土方塌陷。在此施工過程中,由於不是整體進行的,因此在相鄰部分之間肯定或多或少會有空隙存在,這樣裡面就會有少量的砂隨著水流向上湧出,可以採取在空隙處插入一根軟管,管子周圍用水泥加水玻璃將管縛住,再上面澆一層砼,這樣裡面的流砂就會在壓力的作用下通過軟管排除,待砼的強度初凝幾個小時后,將管扎牢,相鄰段砼之間的空隙用水玻璃敷住,這樣可以加快水泥的硬化速度,由於採用此方法,單位時間內砼的用量非常大,如果砼攪拌機的速度滿足不了施工的要求,最好採用泵送商品砼。

4防止流砂

防治流砂的途徑有:一是減小或平衡動水壓力;二是設法使動水壓力向下;三是截斷地下水流。其具體措施有:
①利用枯水季節施工,以便減小坑內外水位差。
②用鋼板樁打入坑底一定深度,增加地下水從坑外流入坑內的距離,從而減少水力坡度,達到減小動水壓力,防止流砂發生。
③採用不排水的水下挖土,使坑內外水壓相平衡,使其無發生流砂的條件,一般深井挖土均採用此法。
④建造地下連續牆以供承重、護壁,並達到截水防止流砂的發生。
⑤採用輕型井點、噴射井點、管井井點和深井泵點等進行人工降低地下水的方法進行土方施工,使動水壓力方向向下,增大土粒間的動力,從而有效地制止流砂現象發生。
⑥拋大石塊,在施工過程中如遇局部的或輕微的流砂,可組織人力分段搶挖,挖至標高后,立即鋪設蘆席並拋大石塊,增加土的壓重,以平衡動水壓力。

5防治原則

1.減少或消除基坑內外地下水的水頭差,例如採取先在基坑範圍外以井點降低地下水后開挖,或在不排水基坑內以抓鬥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於臨危梯度。
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(此法多用於閘壩下游處)。
當土中滲流的水頭梯度小於臨危梯度時,雖不致誘發流砂現象,但土中細小顆粒仍有可能穿過粗顆粒之間的孔隙被滲流挾帶而走,時間長了,在土層中將形成管狀空洞,使土體強度降低,壓縮性增大,這種現象稱為「機械潛蝕」。
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