改建公路挡土墙基坑遇流砂现象的处理

周海波

(湖南路港建设有限公司 湖南 益阳 413000)

前言

悬臂式挡土墙浅基础施工中，经常碰到流砂问题。究其原因，因为勘察量不足导致在施工中出现基坑底涌水冒砂现象。加之正值梅雨季节，湖区河道地下水位上升，动水压力增大。基坑开挖后，在施工中流砂造成原有公路边坡大量的土体流动，致使原有公路老路地基破坏，老路水泥面板脱空，出现裂缝、坍塌。因此本文通过工程实例分析总结悬臂式挡土墙基坑开挖过程中遇到流砂后同时需边施工边通车路段的应对措施，进而进行处理控制，以保证基坑和原有老公路通车的安全。

一、工程概况

该改建公路路基宽12m,即在原老路上加宽6m。其中K12+180-K14+280右侧设置悬臂式路肩挡土墙。高度4-4.5m，挡墙垫层采用C15素砼，厚度0.1m,外边宽出0.5m，底板宽3.3-3.6m，墙身顶宽0.3m。钢筋强度等级为HRB335。悬臂式挡土墙的埋置深度大于2m。混凝土强度C30。

湖区地质主要为耕植土和砂性淤泥质土，地下水系丰富。在挡土墙基坑开挖后出现细砂土颗粒不断地从基坑边坡边或基坑底部冒出的“流砂”现象。往往基坑开挖半天时间就在原有基坑被抬高约20cm左右。致使施工条件恶化。同时边通车边施工时挡墙基础不能放坡开挖，从而导致基坑内侧原老路基出现坍塌。

二、流砂现象

1.现象。开挖基坑时，遇粉、细砂层，由于排水方法不当，粉土粒、细砂粒随抽水而发生“浮扬”状态，前一天挖至设计标高，第二天基底又在设计标高以上，造成基底土层上涌，基坑周围坍陷。

2.原因。流砂现象产生的原因是水在细粒土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。当动水压力大于细粒土的浮重度时，土颗粒处于悬浮状态，土颗粒往往会随渗流的水一起流动，涌入基坑内，形成流砂。

3.预防措施。开挖基坑前，通过熟悉设计资料及实地探勘访问，尽量详细摸清该处地质、水文情况，然后采用恰当的排水方式、基础处理、边坡加固方式施工。

三、流砂现象常见的几种处理措施

主要是减小或平衡动水压力或在动水压力下，使坑底的土粒稳定，不受水压干扰。常用的处理措施方法有：(1)安排在枯水季节施工，基坑内外水位差小，就不易产生流砂现象。(2)采用水下基坑开挖挖土，不抽水或少抽水，使坑内外水位相持平衡、抵消水压，防止流砂产生。这种方法不适宜于公路悬臂式挡土墙施工。(3)沿基坑外围打板桩，深入坑底下面一定深度，以阻挡坑外水向坑内压入，减小动水压力；起阻挡地下水的渗透压力，减小水力坡降，稳定土体，加固坑壁的作用。(4)抢挖并抛大石块法分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即往坑底抛大石块，增加土的压重和减小动水压力，同时组织快速施工挡土墙C15混凝土垫层。(5)“人工降水”在基坑的适宜部位或边角处设置集水井，通过导水小沟，使地下水流入井内，再由抽水机抽出排至红线外。集水井和导水沟都要随着基坑的挖深而逐渐加深。(6)采用帷幕法施工。(7)振动水冲法：是一种原位深层挤密法、也是近十几年来改良松软地基的先进方法之一。特别适用于加固松散的砂性土地基或夹有薄层淤泥、粉、细砂地基。经过振冲加固后所形成的复合地基，可防止砂土产生液化，加快地基的排水固结，并大大提高地基的承载能力。此法常用在较大范围内有一定影响深度的砂基加固工程上。(8)注浆固结。

四、方案的选定

分析了本工程的地质条件、边施工边通车施工条件限制、设计悬臂式挡土墙基础型式及等因素之后，结合各种处理流砂措施的利弊，确定处理方法选用“挖掘机插打工字钢板桩支护+挡墙基础坑底抛大石块”的方案。该方案主要受改建公路边施工边通车限制(不能放坡开挖和封闭交通施工)，同时工字钢施打长度仅6m,挖掘机施打操作灵活的特点。施工石材用料就地取材，施工方便，工期短。

五、工字钢板桩支护+挡墙基础坑底抛大石块的设计与施工

(一)工字钢板桩插打施工

基坑开挖前先用6m长32a型工字钢沿着原有水泥老路边进行支护。挖掘机逐根打入的方法施工，施工完毕后再进行挡土墙基坑开挖。

1.挡土墙及工字钢施工的顺序。(1)工字钢位置的定位放线。(2)挖沟槽。(3)施打工字钢。(4)基坑开挖，挡土墙基础抛填大石块处理。(5)挡土墙垫层、基础、墙身施工。(6)挡土墙台背回填。(7)拔除工字钢。

2.工字钢板桩的施打。工字钢施工关系到基坑支护和原有老路通车的安全，在施工中要注意以下几点：(1)全段采用6m长32a型工字钢支护。采用履带式挖掘机施打，施打前一定要熟悉地下管线的情况，同时沿着原有老路水泥路边放出施打中线，和工字钢间距。两工字钢空隙约为30cm。(2)打桩前，逐根检查工字钢有无弯曲，两侧端头有无卷口。(3)打桩前，在工字钢的头部切割成尖型，尾部割一个圆孔，以方便挖掘机用钢丝绳穿孔打入拔出。(4)用挖掘机斗扣短钢丝绳吊着工字钢，两侧用人工拿麻绳对向拉工字钢定位，必须确保工字钢垂直。工字钢插入一定深度后解开麻绳，再用挖掘机斗插打。在插打过程中随时监测工字钢的倾斜度不超过2%，当偏斜过大不能用挖机斗拉齐时再拔起重打。工字钢插入深度达到设计基坑底3.5m左右。工字钢顶面高程高于原有老水泥路0.5m左右，便于边施工边通车时的安全防护。(5)拔除工字钢：挡土墙施工完毕且养护期满后即可拔出工字钢。用钢丝绳穿住尾部圆孔，挖掘机拔出。如遇到拔出困难时，前后左右晃动工字钢，以减少拔出阻力。

(二)挡土墙基础处理：坑底抛大石块施工

1.施工工艺：基坑开挖→基坑报验→机械抛石→挖机整平并碾压→再抛石块及碾压至设计标高→碎石垫层施工。

2.抛投片石(四方会议纪要为抛填处理深度2m)。(1)片石采用不易风化，尺寸不小于0.3m的石块，抛投时应大小搭配，挖淤泥抛石换填范围为挡土墙垫层以外不小于0.5m。(2)抛石采用挖掘机铺砌和进行人工配合，方法为进占法。(3)抛石须分层抛填。用挖机进行分选大石块抛投，即首先由挖机在基坑内均匀抛第一层大块石，完成后，挖掘机来回走动碾压，待块石沉入与基底齐平后，可进行第二层抛石。若块石无明显沉降，可向前延伸进行下一段施工。

3.碎石反滤垫层。碎石最大粒径为20～80mm，按不同粒径进行了拌合，使级配良好。碎石垫层铺填厚度为10cm，用挖机整平后，进行挡土墙C15垫层施工。

4.挡土墙施工。

六、处理效果

采用挖掘机插打工字钢板桩支护和坑底抛大石块处理，挡土墙养护期满台背回填后未出现开裂、位移、沉降等现象。施工质量满足设计和规范要求。

结语

针对边通车边施工路段挡土墙基础施工中基坑出现流砂现象的处理，本文介绍了挡土墙基底流砂几种预防措施以及插打工字钢板桩支护和基底抛填大石块挤淤施工方法。挡土墙基坑支护和基底处理是关键，基坑支护和流砂问题处理不好的话，导致原有老路的行车安全事故和挡土墙开裂、位移、沉降等危害，必须予以充分重视。