流砂成因及防治措施
中铁十四局集团四公司苏州新区项目部
丁冬
摘要本文就流砂产生的现象及原因，根据流砂产生的机理采用不同的防治方式及防治时应注意的问题进行简要分析，并结合苏州新区现场施工，做一简述。

关键词流砂成因防治
一、前言
在南方沿江、湖、海等多水地区的土建施工中，地下水源丰富、水位较高。

而大部分结构物基础较深，往往处于自然水位线以下。

如果直接进行基坑开挖，地下暗河及土层水就会不断渗流汇集到基坑内。

更为严重的是当基坑下存在承压水含水层时，会产生流砂及管涌现象，发展结果对施工危害极大。

因此，为了保证工程质量和施工安全，在基坑开挖前或开挖过程中必须采取防治措施，控制地下水位，防止流砂的产生，确保地基土在开挖及基础施工时的工程质量。

二、流砂现象的成因分析
1、在基坑开挖过程中，可能遇到的流砂现象有：
（1）轻微程度的流砂。

支护墙体缝隙不密，一部分细砂随地下水一起穿过缝隙流入基坑，造成坑边外侧水土流失，致使地基土被水泡软。

（2）中等程度的流砂。

在基坑底部，尤其是靠近支护墙体底部的部位，有一股细砂缓缓冒出，细砂堆中有许多细小流水槽，冒出的水夹带着细砂颗粒慢慢流动，长时间可将基底掏空，造成沉降塌陷。

（3）严重程度的流砂。

在发生中等程度流砂现象后若未采取措施继续下挖，可能会造成基地冒出的流砂速度加快，基坑底部呈现流动状态，无法继续施工，并可能由于水土流失严重而造成周围建筑物或地下管线沉降过大而破坏。

所以严重程度的流砂是危害较大的，施工时应避免发生。

2、流砂产生的因素：
根据常发生流砂地区的工程实践及土工分析，可发现引起流砂的因素大致有：（1）易产生流砂的内因条件是：①地下水位较高，水力坡度较大，水流速快，当动水压力
超过土粒重量，达到能使土粒悬浮时，即会出现流砂现象；②表层土下常有一层粉细砂或在粘性土中夹有砂夹层的地质构造中，砂质粉土或砂层的厚度达于250mm；③土的含水率大于30%以上或土的空隙率大于43%；④土的颗粒组成中粘土含量小于10%，粉砂含量大于75%；⑤砂土的渗透系数很小，排水性能很差；⑥由于颗粒周围附着亲水胶体颗粒，饱和时胶体颗粒吸水膨胀，使土颗粒密度减小，相应土的含水量及孔隙率均增大，因而在不大的水冲力下能悬浮流动，土颗粒则会随地下水流出；⑦土的不均匀系数D60/D10＜5(D60为限定颗粒，即小于某粒径的土粒重量累计百分数为60%时；D10为有效颗粒，即小于某粒径的土粒重量累计百分数为10%时)，易发生流砂地区取得不均匀系数的值在1.6~3.2之间。

（2）易产生流砂的外因条件是：①施工时采用强挖，即坑挖越深，当坑外水位高于坑内抽水后的水位，动水压就愈大，坑外水压向坑内流动的动水压等于或大于颗粒的浸水密度，使土粒悬浮失去稳定变成流动状态，随水从坑底或四周涌入坑内，流砂就愈严重；②饱和砂土在振动作用下，结构被破坏，使颗粒悬浮于水中并随水流动；③施工时值雨季，地表水突然增加，基坑内外动水压增大，土层间粉土颗粒失稳随水悬浮流动。

三、防治流砂的措施
防止流砂现象的产生，可根据其产生机理从两方面入手：a、通过减小水位差；b、通过增加地下水的渗流路线，从而减小其水力坡度，达到防范流砂的目的。

目前主要采取井点降水和设置挡水帷幕的防治措施。

1、井点降水。

合理采用井点降水方式，可降低基坑内、外的渗透水头差，把渗流水力坡度i控制在容许范围内，还可改变渗流方向，使地下水仅流向井管，从而防范了流沙现象的产生，如图-1所示。

基坑渗流力示意图-1
具体做法应根据开挖工程的具体情况，包括工程性质、开挖深度、土质条件等，并综合考虑
经济因素而采取相应的降水方法。

开挖深度较浅的基坑（H≤6m）可采取普通轻型井点；深基坑（H﹥6m）可考虑采取用深井井点、喷射井点等井点降水措施，也可结合基坑的平面形状及周围环境条件，采取多级轻型井点或综合采用多种井点降水方式以求达到经济合理的降水效果。

2、挡水帷幕。

挡水帷幕的作用可加长地下渗流路线，以阻止或限制地下水渗流到基坑中去。

常用挡水帷幕的类型主要包括：
（1）注浆挡水帷幕。

沿基坑边采用压密注浆形成密闭挡水帷幕可起到截流地下水以防范流砂的目的。

注浆材料可采用水泥浆或化学浆液，常用的有：水泥和水；水泥、膨润土、减少表面张力的粘合剂和水；硅胶、Am-9、丙凝等。

其有效程度取决于能否形成一个连续的帷幕和注浆体本身的均匀性，要求施工时严格控制其质量以防止内部形成水流通道，压浆时要注意压力适中，防止压力过大对基底土层造成破坏。

一般注浆措施常结合其他形式的挡水帷幕以达到较好的挡水效果。

（2）钢板桩。

钢板桩作为挡水帷幕的有效程度取决于板桩之间的企口锁合程度及钢板桩的长度。

一般在板缝间易漏水，因此钢板桩挡水帷幕只能阻挡较大水流。

对于水中小工程的施工，可在四周打设钢板桩，进行水下挖土，然后水下浇筑混凝土以止水。

而水下混凝土封闭必须能承受上升的浮力。

对于一般基坑工程还须结合降水或其他挡水措施以增强挡水效果。

（3）水泥搅拌桩。

水泥搅拌桩相互搭接形成挡水帷幕是近年来常用的挡水措施。

水泥搅拌桩桩身渗流系数极小，可以达到较好的挡水效果。

当水泥搅拌桩桩间搭接处间断施工时，可能会造成搭接处结合不严而漏水，这可以通过合理组织施工或采取局部注浆措施来进行防治。

（4）地下连续墙。

地下连续墙墙身为钢筋混凝土，挡水效果很好，我国首次应用地下连续墙便是作为水库截水防渗之用。

但地下连续墙造价昂贵，作为挡水帷幕使用一般仅在超大型重要工程中采用，在基坑工程中地下连续墙一般作为支护墙体，同时起到挡水的作用。

在地下连续墙用于挡水时需注意其槽段间接头处的施工质量以防止漏水，必要时可采取局部注浆措施以加强挡水效果。

（5）冻结法。

采用冻结法将基坑周围或基底土体一定范围内地下水冻结，一方面起到加固土体同时作为支护的作用，另一方面达到挡水以防范流砂的目的，常用于竖向矿井，要求专门的设计和施工以及运转设施，造价昂贵，且补救的方法较困难，一般基坑工程中不常用。

3、安排在全年最低水位季节施工，使基坑内动水压减小。

4、往坑底抛大石块，增加土的压重和减小动水压力，同时组织快速施工。

在苏州新区路网施工中，对于深沟槽排水管道基坑开挖时，我们主要采取深井井点降水防治
流砂，而对于较大面积的桥梁深基坑，则采用了沿基础周围进行水泥+水玻璃压密注浆设置挡水帷幕的防治措施，事实证明，以上措施均起到了良好效果。

结束语：在结构筑物（沟槽）基础施工前，应详细了解和调查施工现场的工程地质及水文地质条件。

否则一经产生流砂未加防治。

严重时会导致土坡侧向位移与沉降，附近建筑物会因地基被掏挖而下沉、倾斜，甚至倒塌。

同时当结构物上部结构完成时，也会因自身加载导致结构物产生沉降。

应结合具体情况，因地制宜选择适用的流砂防范措施，改善施工条件，缩短工期，提高工程质量和保证施工安全。

主要参考文献：
1、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2002）
2、《建筑工程质量通病防治手册》（第三版）彭圣浩主编. 中国建筑工业出版社，2003
3、《基础工程施工手册》（第二版）中国计划出版社，2002.06。