深基坑滲透破壞與控制

發(fā)布時(shí)間:2024-03-06
滲透破壞:工建筑物及地基由于滲流而出現(xiàn)的破壞或變形稱為滲透破壞或滲透變形。
滲流引起的滲透破壞問題主要有兩大類:
一是由于滲流力的作用,使土體顆粒流失或局部土體產(chǎn)生移動(dòng),導(dǎo)致土體變形失穩(wěn);
二是由于滲流作用,使水壓力或浮力發(fā)生變化,導(dǎo)致土體或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。
前者主要表現(xiàn)為流砂和管涌,后者則表現(xiàn)為岸坡滑動(dòng)或擋土墻等構(gòu)筑物失穩(wěn)。還有滲流對(duì)土坡穩(wěn)定有影響。下面主要分析流砂和管涌這兩種滲透方式。
一、流砂或流土現(xiàn)象
在向上的滲透水流作用下,表層土局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時(shí)發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象稱為流土。任何類型的土,只要水力坡降達(dá)到一定的大小,都會(huì)發(fā)生流土(砂)破壞。 這種現(xiàn)象多發(fā)生在顆粒級(jí)配均勻的飽和粉細(xì)砂和粉土層中。它的發(fā)生一般是突發(fā)性的,對(duì)工程危害很大。
二、管涌現(xiàn)象
在滲透水流作用下,土中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng),以至流失;隨著土中的孔隙不斷擴(kuò)大,滲透速度不斷增加,較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走,最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道,造成土體塌陷,這種現(xiàn)象稱為管涌。
可見,管涌破壞一般有個(gè)時(shí)間發(fā)展過程,是一種漸進(jìn)性質(zhì)的破壞。 土是否發(fā)生管涌,首先取決于土的性質(zhì)。管涌多發(fā)生在砂性土中,其特征是顆粒大小差別較大,往往缺少某種粒徑,孔隙直徑大且相互連通。無黏性土產(chǎn)生管涌必須具備兩個(gè)條件:
①幾何條件:土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑必須大于細(xì)顆粒的直徑,這是必要條件,一般不均勻系數(shù)cu>10的土才會(huì)發(fā)生管涌;
②水力條件:滲流力能夠帶動(dòng)細(xì)顆粒在孔隙間滾動(dòng)或移動(dòng)是發(fā)生管涌的水力條件,可用管涌的水力梯度來表示。但管涌臨界水力梯度的計(jì)算至今尚未成熟。對(duì)于重大工程,應(yīng)盡量由試驗(yàn)確定。
流砂和管涌在工程可簡(jiǎn)單區(qū)別,流砂現(xiàn)象一般發(fā)生在土體表面滲流逸出處,不發(fā)生于土體內(nèi)部,而管涌現(xiàn)象可以發(fā)生在滲流逸出處,也可能發(fā)生于土體內(nèi)部。
三、滲透破壞的防治措施
防治流土的關(guān)鍵在于控制逸出處的水力坡降,為了保證實(shí)際的逸出坡降不超過允許坡降,工程上可采取如下措施:
①上游做垂直防滲帷幕,如混凝土防滲墻,打鋼板樁或灌漿帷幕等。根據(jù)實(shí)際需要,帷幕可完全切斷地基的透水層,徹底解決地基土的滲透變形問題,也可不完全切斷透水層,做成懸掛式,起到延長(zhǎng)滲流途徑、降低下游逸出坡降的作用。
②上游做水平防滲鋪蓋,以延長(zhǎng)滲流途徑、降低下游逸出坡降。
③水利工程中,下游挖減壓溝或打減壓井,貫穿滲透性小的黏性土層,以降低作用在黏性土層地面的滲透壓力
④下游加透水蓋,以防治土粒被滲透力多懸浮
⑤土層加固處理,如凍結(jié)法 防止管涌一般可從兩方面采取措施:一方面改變水力條件,降低土層內(nèi)部和滲流逸出處的滲透坡降。如上游做防滲鋪蓋或打板樁等。另一方面改變幾何條件。在滲流逸出部位鋪設(shè)層間關(guān)系滿足要求的反濾層,是防止管涌破壞的有效措施。反濾層一般是1~3層級(jí)配較為均勻的砂子和礫石層,用以保護(hù)地基土不讓細(xì)顆粒帶出,同時(shí)應(yīng)具有較大的透水性,使?jié)B流可以暢通。
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