浅析“粉砂土”的“液化”

摘要：根据多年从事市政施工的经验，对深沟槽施工中出现流沙、管涌现象的成因进行了分析，重点介绍了出现管涌、流沙现象时的应急措施，以确保施工的顺利进行。

关键词：粉砂土；液化；砂沸；管涌；流滑；循环活动

Abstract: according to the years in municipal construction experience, on deep groove in the construction of the phenomenon of the piping appears quicksand, analyses the reasons, the paper focuses on the piping appears, quicksand phenomenon emergency measures, to ensure the smooth progress of the construction.

Keywords: powder sand; Liquefied; Sand boil; Piping; Flow slide; Circulation activities

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

杭州东部地区处于钱塘江下游流域范围，它的形成与钱塘江流速入海减慢、挟带物沉积有密切的关系，可以说这块地区是个小小的冲击平原。至于沉积物的构成，因为水流最初挟带物中的可溶性物、有机物早已被溶解和分解，大颗粒土体也在上游和中游沉积完成，因而下游剩下的是颗粒体积小、质量轻、有机含量几乎为零的粉质砂土，也就是我们通常所称的“粉砂土”。杭州的下沙开发区、滨江区、萧山的沿江地区都是这种土质。

施工当中，遇到该类土质，往往让施工人员既高兴又担心，高兴的是处理好了，在基础开挖或路基施工时十分方便，粉土就象优质的建筑材料，可以按照施工人员的意愿，作业成十分规则的形状，强度也十分高，边坡几乎可以达到九十度的垂直坡，是非常理想的施工条件。担心的是，假如地下水位高、雨水过多，而排水效果不理想的时候，粉土就会咬身一变，变成一头难以驯服的蛮牛，要挖挖不起，要运运不动，让你吃足苦头。这些困难，都是由于粉砂土的特性——“液化”造成的。

对于液化，美国土木工程协会岩土工程分部土动力学委员会有个定义：任何物质转化为液体的行为或过程，就无粘性土而言，这种由固体状态变为液体状态的转化，是孔隙压力增大和有效应力减小的结果。

粉砂土在其固态的时候，附着应力和内摩擦力的作用和颗粒的重力共同作用，构成了一个平衡体系，这使土体形成了一个整体，特别是沉积砂土，其空隙率很小，以上两力中的颗粒间的吸引力相应变大，使得土体的稳定性和承载力也大大提高。而当含水量增大时，即空隙中的一部分或大部分空气由水代替时，砂土的内摩擦角大大降低，而水压力大增，土体的自重也因为水分的增加而加大，以上的平衡系统便被破坏，土体受不住外力（比如自重），便在外力的作用下变形。这便是我们看到的砂土的液化。

砂土的液化通常有以下三种情形：

（一）“砂沸”：指的是一个饱和砂沉积体中的孔隙水压力由于地下水头变化而上升到等于它的上覆有效压力时，该饱和沉积体就会发生上浮或“沸腾”现象，并且全部丧失承载能力，这个过程与砂的密实程度和体积应变无关，而是由渗透压引起的液化。

这种现象包括我们施工中遇到的“管涌”现象。首先是该范围内土基出现“弹簧”，证明下层土已经部分液化，然后，就会在土面上见到一朵不断扩大的“蘑菇”，中间有一个小口，不断地往外冒水。遇到此类情况，当然是挖除上层土方后，破坏了水头和上覆有效压力的平衡体系，引起“砂沸”。曾经在滨江施工过的一个市政项目，由于DN1800污水管道沟槽较深，按照沟槽开挖方案中的要求，先挖除该段上层土方1.5~1.8米，在距污水管道中线5米、4米处冲设双面双排井点共计8套。第二天根据对探测孔的探测，水位已降低至沟槽下1米，就对该段开始进行开挖，开挖长度约至1米 、标高在1．2左右处出现大面积“弹簧”，并开始渗水，施工当然无法进行了，不久，该范围内出现了大大小小许多的倒漏斗状的小包，中间还不断地冒水，即“砂沸”现象。

对于这种“砂沸”现象，通常处理的方法有两种，一，在施工期间进行小范围的强排水，暂时避免或避免地下水位的影响，在此期间抓紧施工，待构筑物达到一定的强度后，回填即可，即所谓“抢”的施工方法。二，该范围考虑采用水下砼浇筑。

（二）“流滑”，是指饱和松砂的颗粒骨架在单程或剪切作用下，呈不可逆转的体积压缩，在不排水的条件下，引起孔隙水压力增大和有效应力减小，最后导致无限制的流动变形。

这种情形常出现在排水不彻底或没有排水措施的沟槽、基槽开挖中，或者开挖好的沟槽、基槽暴露在暴雨下时，排水不好的条件下，流沙会在短时间内将它流得只剩一道凹痕。这就是砂土的流滑，解决它最好的办法当然是加强排水了，最好的工具就是井点机了。

（三）“循环活动性”，循环活动性主要被发现于相对密度较大（中密以上到紧密）的饱和无粘性土的固结不排水循环三轴或循环单剪和循环扭剪中。在实际的施工中，遇到这种情况的不多，因此这里不展开说明。

粉砂土地质土基，在沿江地区十分普遍，因此必须深入研究地质报告中各类土层的特性，必要时应在实地做土层渗透系数试验。根据类似工程的施工经验，采取针对性较强的应急措施，做到有备无患，才是确保工程顺利进行的有力保障。

参考文献：

朱海军-《深基坑流土(坑底管涌)的分析和治理》-《施工技术(北京)》2007年36卷1期

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。