流砂與管涌PPT課件

1、什么是流砂什么是流砂形成原因形成原因危害危害處理對(duì)策處理對(duì)策流砂流砂防止流砂防止流砂第1頁(yè)/共28頁(yè)在細(xì)砂或粉砂土層的基坑開挖時(shí)，地下水位以下的土在動(dòng)水壓力的推動(dòng)下極易失去穩(wěn)定，隨著地下水涌入基坑。稱為流砂現(xiàn)象。流砂發(fā)生后，土完全喪失承載力，土體邊挖邊冒，施工條件極端惡化，基坑難以達(dá)到設(shè)計(jì)深度。嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起基坑邊坡塌方,臨近建筑物出現(xiàn)下沉、傾斜甚至倒塌。1、流砂現(xiàn)象廣佛地鐵桂城站基坑出現(xiàn)流砂，地面下沉約1.5m圖為砂包封堵?lián)岆U(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)第2頁(yè)/共28頁(yè) 流砂的形成是多種多樣的，可概述為由于河水流砂的形成是多種多樣的，可概述為由于河水的沖積經(jīng)過(guò)地質(zhì)的變化而形成的砂層，在遇到的沖積經(jīng)過(guò)地質(zhì)的變化而形成的

2、砂層，在遇到水流的情況下，整個(gè)砂層發(fā)生流動(dòng)，從而形成水流的情況下，整個(gè)砂層發(fā)生流動(dòng)，從而形成了流砂層。了流砂層。 流砂發(fā)生的原因，主要是水在土中滲流所產(chǎn)生流砂發(fā)生的原因，主要是水在土中滲流所產(chǎn)生的動(dòng)水壓力對(duì)土體作用的結(jié)果。的動(dòng)水壓力對(duì)土體作用的結(jié)果。 細(xì)顆粒、均勻顆粒、松散及飽和的土容易發(fā)生細(xì)顆粒、均勻顆粒、松散及飽和的土容易發(fā)生流砂現(xiàn)象，因此流砂現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在細(xì)砂、粉流砂現(xiàn)象，因此流砂現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在細(xì)砂、粉砂及粉土中發(fā)生。但是否會(huì)發(fā)生流沙現(xiàn)象，還砂及粉土中發(fā)生。但是否會(huì)發(fā)生流沙現(xiàn)象，還與動(dòng)水壓力的大小有關(guān)。與動(dòng)水壓力的大小有關(guān)。2、產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的原因第3頁(yè)/共28頁(yè)引起流砂的因素主要有：1)

3、主要外因取決于水力坡度的大小，即該地區(qū)地下水位越高，基坑挖深越大，水力壓力差越大，越容易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象；2)土的顆粒組成中粘土含量小于10%，而粉砂含量大于75%；3)土的不均勻系數(shù)D60/D105（式中D60為限定顆粒，即小于某粒徑的土粒重量計(jì)百分?jǐn)?shù)為60%時(shí)；D10為有效粒徑，即小于某粒徑的土粒重量計(jì)百分?jǐn)?shù)為10%時(shí)）。易發(fā)生流砂地區(qū)取得不均勻系數(shù)的值在1.63.2之間；4)土的含水量大于30%；5)土的空隙率大于43%；6)在粘性土中有砂夾層的地質(zhì)構(gòu)造中，砂質(zhì)粉土或砂層的厚度大于250mm。第4頁(yè)/共28頁(yè)3、流砂的危害、流砂的危害出現(xiàn)流砂現(xiàn)象時(shí)，土完全喪失承載力，出現(xiàn)流砂現(xiàn)象時(shí)，土完全喪

4、失承載力，土體邊挖邊冒流砂，至使施工條件惡化，土體邊挖邊冒流砂，至使施工條件惡化，基坑難以挖到設(shè)計(jì)深度。嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起基基坑難以挖到設(shè)計(jì)深度。嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起基坑邊坡塌方；臨近建筑因地基被掏空而出坑邊坡塌方；臨近建筑因地基被掏空而出現(xiàn)開裂、下沉、傾斜甚至倒塌。現(xiàn)開裂、下沉、傾斜甚至倒塌。第5頁(yè)/共28頁(yè)目前：目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m1.80m， 塔頂離中心線已達(dá)塔頂離中心線已達(dá)5.27m5.27m，傾斜，傾斜5.55.513601360：再?gòu)?fù)工，至再?gòu)?fù)工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8層，高度為層，高度為55m55m12721272：

5、復(fù)工，經(jīng)復(fù)工，經(jīng)6 6年，至年，至7 7層，高層，高48m48m，再，再停工停工11781178：至至4 4層中，高約層中，高約29m29m，因傾斜停工，因傾斜停工11731173：動(dòng)工動(dòng)工原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強(qiáng)度較低，變形較大。1590: 伽利略在此塔做落體實(shí)驗(yàn) 比薩斜塔比薩斜塔第6頁(yè)/共28頁(yè)比薩斜塔比薩斜塔1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理 基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固1990年1月: 封閉1992年7月：加固塔身，用壓重 法和取土法進(jìn)行地 基處理目 前: 已向游人開放。 處理措施第7頁(yè)/共28頁(yè)在基坑開挖中，防治流砂的原則是“治流砂必先治水”。

6、防治流砂的主要途徑有：減少或平衡動(dòng)水壓力；設(shè)法使動(dòng)水壓力方向向下；截?cái)嗟叵滤鳌?其具體措施有： （1）枯水期施工法。 （2）設(shè)止水帷幕法 （3）搶挖并拋大石塊法。 （4）人工降低地下水位法3、流砂的防治第8頁(yè)/共28頁(yè) 枯水期施工法枯水期施工法枯水期地下水位較低，基坑內(nèi)外水位差小，動(dòng)水壓力小，就不易產(chǎn)生流砂。3、流砂的防治 設(shè)止水帷幕法設(shè)止水帷幕法將連續(xù)的止水支護(hù)結(jié)構(gòu)（如連續(xù)板樁、深層攪拌樁、密排灌注樁等）打入基坑底面以下一定深度，形成封閉的止水帷幕，從而使地下水只能從支護(hù)結(jié)構(gòu)下端向基坑滲流，增加地下水從坑外流入基坑內(nèi)的滲流路徑，減小水力坡度，從而減小動(dòng)水壓力，防止流砂產(chǎn)生。第9頁(yè)/共28頁(yè)

7、 搶挖并拋大石塊法搶挖并拋大石塊法分段搶挖土方，使挖土速度超過(guò)冒砂速度，在挖至標(biāo)高后立即鋪竹、蘆席，并拋大石塊，以平衡動(dòng)水壓力，將流砂壓住。此法適用于治理局部的或輕微的流砂。 人工降低地下水位法人工降低地下水位法即采用井點(diǎn)降水法（如輕型井點(diǎn)、管井井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)等），使地下水位降低至基坑底面以下，地下水的滲流向下，則動(dòng)水壓力的方向也向下，從而水不能滲流入基坑內(nèi)，可有效地防止流砂的發(fā)生。因此，此法應(yīng)用廣泛且較可靠。第10頁(yè)/共28頁(yè)地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻土壤凍結(jié)法土壤凍結(jié)法壓密注漿法壓密注漿法流砂防治的其他方法阻止地下水阻止地下水流入基坑流入基坑第11頁(yè)/共28頁(yè)險(xiǎn)情判別什么是管涌形成原因危害搶護(hù)方

8、法第12頁(yè)/共28頁(yè)管涌基本概念管涌基本概念 壩身或壩基內(nèi)的土壤顆粒被滲流帶走的現(xiàn)象稱為管涌。壩身或壩基內(nèi)的土壤顆粒被滲流帶走的現(xiàn)象稱為管涌。 管涌又稱潛蝕、流土，是指在汛期高水位情況下，堤防背水側(cè)發(fā)生管涌又稱潛蝕、流土，是指在汛期高水位情況下，堤防背水側(cè)發(fā)生“流土流土”和和“潛蝕潛蝕”兩種不同含義的險(xiǎn)情的統(tǒng)稱。兩種不同含義的險(xiǎn)情的統(tǒng)稱。 管涌險(xiǎn)情的發(fā)展，以流土最為迅速。它的過(guò)程是隨著水位上升，涌水挾帶出的管涌險(xiǎn)情的發(fā)展，以流土最為迅速。它的過(guò)程是隨著水位上升，涌水挾帶出的砂粒增多，涌水量也隨著加大，涌水量增大挾帶出砂粒也就更多砂粒增多，涌水量也隨著加大，涌水量增大挾帶出砂粒也就更多第13頁(yè)/

9、共28頁(yè)第14頁(yè)/共28頁(yè)管涌形成的原因是多方面的。一般來(lái)說(shuō)，堤防基礎(chǔ)為典型的二元結(jié)構(gòu)，上層是相對(duì)不透水的粘性土或壤土，下面是粉沙、細(xì)沙，再下面是砂礫卵石等強(qiáng)透水層，并與河水相通。在汛期高水位時(shí)，由于強(qiáng)透水層滲透水頭損失很小，堤防背水側(cè)數(shù)百米范圍內(nèi)表土層底部仍承受很大的水壓力。如果這股水壓力沖破了粘土層，在沒(méi)有反濾層保護(hù)的情況下，粉沙、細(xì)沙就會(huì)隨水流出，從而發(fā)生管涌。第15頁(yè)/共28頁(yè)堤防背水側(cè)的地面粘土層不能抗御水壓力而遭到破壞的原因大致為：(1)防御水位提高，滲水壓力增大，堤背水側(cè)地面粘土層厚度不夠。(2)歷史上潰口段內(nèi)粘土層遭受破壞，復(fù)堤后，堤背水側(cè)留有淵潭，淵潭中粘土層較薄，常有管涌發(fā)

10、生。(3)歷年在堤背水側(cè)取土加培堤防，將粘土層挖薄。(4)建閘后渠道挖方及水流沖刷將粘土層減薄。(5)在堤背水側(cè)鉆孔或勘探爆破孔封閉不實(shí)和一些民用井的結(jié)構(gòu)不當(dāng)，形成滲流通道。(6)由于其他原因?qū)⒌瘫乘畟?cè)表土層挖薄。管涌形成原因第16頁(yè)/共28頁(yè) 管涌發(fā)生時(shí)，水面出現(xiàn)翻花,隨著上游水位升高，持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，險(xiǎn)情不斷惡化，大量涌水翻沙，使堤防、水閘地基土壤骨架破壞，孔道擴(kuò)大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成決堤、垮壩、倒閘等事故。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，1998年汛期，長(zhǎng)江干堤近2/3的重大險(xiǎn)情是管涌險(xiǎn)情。所以發(fā)生管涌時(shí)，決不能掉以輕心，必須迅速予以處理，并進(jìn)行必要的監(jiān)護(hù)。管涌的危害第17頁(yè)/共28頁(yè)一秒前第18

11、頁(yè)/共28頁(yè)一秒后第19頁(yè)/共28頁(yè)v搶護(hù)管涌險(xiǎn)情的原則應(yīng)是制止涌水帶沙，而留有滲水出路。這樣既可使沙層不再被破壞，又可以降低附近滲水壓力，使險(xiǎn)情得以控制和穩(wěn)定。第20頁(yè)/共28頁(yè)搶護(hù)方法(一)反濾圍井在管涌口處用編織袋或麻袋裝土搶筑圍井，井內(nèi)同步鋪填反濾料，從而制止涌水帶沙，以防險(xiǎn)情進(jìn)一步擴(kuò)大，當(dāng)管涌口很小時(shí)，也可用無(wú)底水桶或汽油桶做圍井。這種方法適用于發(fā)生在地面的單個(gè)管涌或管涌數(shù)目雖多但比較集中的情況。對(duì)水下管涌，當(dāng)水深較淺時(shí)也可以采用。圍井面積應(yīng)根據(jù)地面情況、險(xiǎn)情程度、料物儲(chǔ)備等來(lái)確定。圍井高度應(yīng)以能夠控制涌水帶沙為原則，但也不能過(guò)高，一般不超過(guò)1.5m，以免圍井附近產(chǎn)生新的管涌。對(duì)管涌

12、群，可以根據(jù)管涌口的間距選擇單個(gè)或多個(gè)圍井進(jìn)行搶護(hù)。圍井與地面應(yīng)緊密接觸，以防造成漏水，使圍井水位無(wú)法抬高。圍井內(nèi)必須用透水料鋪填，切忌用不透水材料。根據(jù)所用反濾料的不同，反濾圍井可分為以下幾種形式。第21頁(yè)/共28頁(yè) 1沙石反濾圍井 2土工織物反濾圍井 3梢料反濾圍井第22頁(yè)/共28頁(yè)第23頁(yè)/共28頁(yè)（二）反濾層壓蓋 在堤內(nèi)出現(xiàn)大面積管涌或管涌群時(shí)，如果料源充足，可采用反濾層壓蓋的方法，以降低涌水流速，制止地基泥沙流失，穩(wěn)定險(xiǎn)情。反濾層壓蓋必須用透水性好的材料，切忌使用不透水材料。根據(jù)所用反濾材料不同，可分為以下幾種。沙石反濾壓蓋梢料反濾壓蓋第24頁(yè)/共28頁(yè) (三)蓄水反壓(俗稱養(yǎng)水盆)即通過(guò)抬高管涌區(qū)內(nèi)的水位來(lái)減小堤內(nèi)外的水頭差，從而降低滲透壓力，減小出逸水力坡降，達(dá)到制止管涌破壞和穩(wěn)定管涌險(xiǎn)情的目的。該方法的適用條件是：閘后有渠道，堤后有坑塘，利用渠道水位或坑塘水位進(jìn)行蓄水反壓；覆蓋層相對(duì)薄弱的老險(xiǎn)工段，結(jié)合地形，做專門的大圍堰(或稱月堤)充水反壓；極大的管涌區(qū)，其他反濾蓋重難以見效或缺少沙石料的地方。蓄水反壓的主要形式有以下幾種。第25頁(yè)/共28頁(yè)第26頁(yè)/共28頁(yè)(四)水下管涌險(xiǎn)情搶護(hù) 在坑、搪、水溝和水渠處經(jīng)常發(fā)生水下管涌，給搶險(xiǎn)工作帶來(lái)困難?？山Y(jié)合具體情況，采用