流砂与管涌ppt课件
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流沙和管涌的区别与联系流沙和管涌的区别与联系:一、流沙渗流力:地下水在土体中流动时,由于受到土粒的阻力作用,而引起水头损失,从作用力与反作用力的原理可知,水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力。
在向上的渗流力作用下,粒间有效应力为零时,颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂,或流土现象。
这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中。
它的发生一般是突发性的,对工程危害极大,流砂现象的产生不仅取决于渗流力的大小,同时与土的颗粒级配、密度及透水性等条件相关。
流砂的防治原则是:① 减小或消除水头差,如采用基坑外的井点降水法降低地下水位,或采取水下挖掘;② 增长渗流路径,如打板桩;③ 在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力;④ 土层加固处理,如冻结法,注浆法等。
二、管涌在渗流作用下,途中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动以致流失;随着土的孔隙不断扩大,渗透速度不断增加,叫粗颗粒也相继被水流逐渐带走,最终导致土体内形成贯通的渗流管道,造成土体塌陷,这种现象称为管涌。
可见管涌破坏一般有个时间发展过程,是一种渐进性质的破坏。
在自然界中,在一定条件下同样会发生上述渗透破坏作用,为了与人类工程活动所引起的管涌区别,通常称之为潜蚀。
潜蚀作用有机械和化学的两种。
机械潜蚀是指渗流的机械力将细土冲走而形成洞穴;化学潜蚀是指水流溶解了土中的易溶盐或胶结物使土变松散,细土粒被水冲走而形成洞穴,这两种作用往往是同时存在的。
土是否发生管涌,首先取决于土的性质,管涌多发生在砂性土中,其特征是颗粒大小差别大,往往缺少某种粒径,孔隙直径大且相互连通。
无粘性土产生管涌必须具备的两个条件:1.几何条件:土中颗粒所构成的孔隙直径必须大与细颗粒的直径,这是必要条件,一般不均匀系数>10的土才会发生管涌,2.水利条件:渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是发生管涌的水力条件,可用管涌的水力梯度来表示。
但管涌临界水力梯度的计算至今尚未成熟。
对流沙、管涌的预防措施流沙、管涌成因的分析3.1流沙、管涌的成因土体在受水浸泡饱和时,土粒中亲水胶体颗粒吸水膨胀使土粒的密度减小,当在动水压力的作用下,动水压力超过土粒的重力时,土粒产生悬浮流动,即形成流沙。
动水压力是产生流沙的一个重要因素。
产生流沙的临界条件为:I=(ρ-1)(1-n)I—临界水力坡度ρ—土粒密度n—土的孔隙率在基础施工中易形成流沙的情况一般有如下几种:(1)坑内采用明排水,坑外地下水位高于坑内抽水水位,地边坡上的地下水渗出点部位易出现流沙。
(2)基坑开挖深度超过降水设施的有效降水深度,坑底易出现流沙。
(3)基坑降水效果不佳,在土中含水率大于30%或孔隙率大于43%时,在有效降水浸润线以下易出现流沙。
(4)土层中有厚度大于250mm的粉砂夹层,粉砂层的渗透系数远大于其它土层,地下水从粉砂夹层中横向流出。
(5)深坑附近的人工地下水管渗漏,影响基坑降水的预期效果。
4.1施工方案的设计与论证(1)为保证深基础施工时基坑不积水,在深基础施工之前,首先应根据地质钻探资料和工程实际情况,设计深基础施工的降水方案。
通常采用的基坑降水方法有人工降水、抗渗围护等,无论采用什么方案,方案中应对坑中待挖土中的地下水位变化情况进行必要的验算,使降水措施满足地下水位浸润线低于开挖底标高以下500mm的施工条件。
(2)凡在深基坑开挖施工中,如发现有地下承压水,应事先探明承压水头、不透水层的标高和厚度,并对坑底土体进行抗浮托能力验算。
(3)对工程所在地的类似深基础施工情况进行必要的调研,吸取其它工程在深基础施工中的经验与教训。
4.2深基础施工实施过程的措施4.2.1预防和处理流沙、管涌的原则是“减少或平衡动水压力”。
如根据监测和验算,基坑降水或坑底土抗浮达不到施工要求,应采取相应的措施使其达到施工要求。
4.2.2预防流沙、管涌的基本方法(1)一般预防措施:a)井点施工时,井点立管的砂井成孔应完整,砂石填充高度应高于正常地下水位并要填充密实。
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管涌是土的一种渗流破坏现象,地下水在土体内渗透,渗透水头压力沿水流方向以体积力作用于土体,其大小等于i w γ(i 为水力梯度),在基坑开挖过程中,周围高水位的地下水向基坑内渗透.当基坑底面以下的土体所承受的渗透水头压力(向上方向)大于土体的水中重度时,土体就会向上移动。
涌沙及其破坏计算模式 根据试验表明,流砂现象首先发生在离坑壁大约等于板桩深度一半的范围内,由于板桩是临时结
构,为简化计算,可近似地取最短路径。
管涌破坏计算图式如上图所示。
管涌的验算方法都是建立在下述极限平衡的公式上,即在基坑底部(严格说是渗流出口处),w i γγ='
具体处理方法有多种,这里用太沙基法进行检算。
抗管涌破坏稳定性的安全系数为
K s =W/U
式中:W 为土的净重,W =2/22'D γ
γ‘:为砂的水中容重;
U 为围堰底部向上的渗透压力,U =γw h a D 2/2;
h a 为围堰底部向上的平均渗透水头,一般取(偏于安全)h s =h w /2;
h w 为到封底混凝土底面标高处的水头差,取6.3米;
3.13
.60.11.58.0222'=⨯⨯⨯==w w s h D K γγ 在实际施工时,利用退潮时,围堰地面有6个小时左右能完全露出地面,此时h w 比6.3米小得多。
封底混凝土施工时采用干封,封完后可回灌水至堰内。
施工承台抽水时,封底混凝土已达到强度,不但可增加一个压力(混凝土的重量在上述计算中并没有考虑),而且可抵抗一定的向上的水头压力,故在抗流沙方面是安全的!。
管涌的常规处臵方法一管涌的成因管涌的原因是在外河高洪水位或水库高水位的水头作用下,堤坝内的细颗粒被堤坝体内流水带至出口流失,随着流失土粒逐渐增多,流速增大,较粗颗粒也逐渐流失,便会贯穿成连续通道形成管涌。
多是由于对渗透和冒沙发现迟,或者是错误的抢险方法,延误时间,没有及时制止土颗粒被带出。
二管涌的危害管涌有的发生在堤身、堤脚,也有离堤内脚几十米或上百米的垸内,所以,当堤坝的险情达到管涌阶段,抢护的速度就是关键。
若不能及时处臵,基础细沙层淘空后,将会导致坝身骤然下挫。
三如何发现管涌在防汛巡查时,要特别注意堤背水坡和堤脚是否出现浑水沙眼。
因为管涌沙,一般也将翻沙鼓水称为管涌,但鼓水翻沙尚未破坏堤身结构,管涌则是已带出堤身颗粒,形成过水通道,成为溃垸性险情,处理尤为急迫。
四管涌的处臵(一)单点管涌处理单点管涌一般采用围井法处理,具体为:1、围井内径为涌水口直径的10~15倍、高度为涌水高的 2 ~3 倍。
2、清除围井范围内地面杂物,挖去软泥,周围用土袋分层错缝码砌成围井,围井与地面接触部位要严密不漏水。
3、按照反滤要求,分层抢铺反滤料,每层厚度20~30cm。
如发现填料下沉,继续补充反滤料,直至渗水不挟带泥沙为准。
4、若井内涌水过大,滤料无法填铺时,先用沙袋或粘土带等填塞,待水势削弱后再按反滤要求填筑。
5、在围井井壁的涌水高度处设臵排水孔管,以防井内水位过高,冲塌井壁。
6、管涌治理结束后,要安排人员在围井四周加强巡查,一旦发现新的险情,及时上报。
(二)管涌群处理管涌群一般按:坝前‘临水截渗’、坝后‘蓄水反压,反滤料压盖’相结合的原则进行综合治理。
1 坝前‘临水截渗’如能在堤坝上游查明管涌渗流区域或坝前水深不大,则可以采取在迎水面抛填粘土料或铺设土工织物的办法进行坝前临水截渗。
2 坝后‘蓄水反压,反滤料压盖’管涌群采用‘蓄水反压,反滤料压盖’相结合的办法进行处臵。
1)蓄水面积为管涌群面积的3~10倍、围堰高度为涌水高的 2 ~3 倍。
浅谈土木工程施工过程中的流砂和管涌廖杰新2010302350035摘要:在开挖基坑或沟槽时,为了保证施工的正常进行,防止边坡塔防和地基承载能力的下降,必须做好基坑降水工作。
但当遇到地下水文、地质情况较为复杂时,会给施工带来极大不便.因此,对降水工作是有可能遇到的流砂和管涌情况进行详尽了解,显得尤为重要。
关键词:流砂管涌成因应对措施1 流砂1.1 流砂的概念及成因流砂,顾名思义,就是流动的砂子,这主要是砂子在地下遇到水,在水压力发生变化的情况下,水发生了流动,这样砂子跟水一起发生了流动,但是否出现流砂现象的重要条件是动水压力的大小和方向。
在一定条件,土转化为流砂,而在另一条件下,如在基坑开挖中,防沉流砂的原则是“沉流砂必积水",主要途径是消除减少或平衡动水力压力。
土体在受水浸泡饱和时,土粒中亲水胶体颗粒吸水膨胀使土粒的密度减小,当在动水压力的作用下,动水压力超过土粒的重力时,土粒产生悬浮流动,即形成流砂。
动水压力是产生流砂的一个重要因素.产生流砂的临界条件为:I=(ρ-1)(1—n ) 其中,I为临界水力坡度;ρ为土粒密度;n为土的孔隙率。
在基础施工过程中,如果没有解决好流砂问题,基础就会跟着砂层一起流动,发生位移,这样地基的持力层就会发生变化,这对建筑物来说是十分有害的,也是绝对不容许有这种现象发生的。
1.2 流砂的应对措施1。
2.1 流砂的应急措施当出现深坑流砂时,应立即停止开挖,用土回填或注水至地下水浸润线以上。
在深坑周边补下闭合的二级或三级井点.当二级或三级井点开始运行一段时问后,深坑周边的地下水浸润线会逐步下降,从而防止流砂现象的出现。
1.2.2 流砂的预防措施(1)轻型井点降水法目前最常用的方法是井点降水法,特别是轻型井点排水法.轻型井点降低地下水位,是沿基坑周围,以一定的间距埋入,在地面上用集水总管将各井点管连接起来,并在一定的位置设置抽水设备,利用真空泵和离心泵的真空吸力作用使地下水经滤管进入井点,然后汇入总管排出,从而降低地下水位。
管涌和流沙(土)的概念与现象一、管涌和流沙(土)在概念上有所不同流沙(土):在一定渗透力作用下,土体中颗粒同时起动而流失的现象。
管涌:在一定渗透力作用下,土体中的细颗粒沿着股价颗粒所形成的空隙通道移动或被渗流带走的现象。
管涌主要发生在沙性土中。
在黏性土中流土常表现为土体的隆胀、浮动、断裂等现象,如深基坑开挖时的坑底隆起;在非黏性土种流砂表现为砂沸、泉眼群、土体翻滚,最终被渗流托起等现象。
二、管涌和流沙(土)防治的基本方法治理管涌和流沙(土)的原则是以防为主,大范围的流沙(土)险情出现时,除了首先回土压顶没用什么有效措施。
管涌和流沙(土)防治的方法与措施应与工程结构及其他岩土工程措施结合在一起综合考虑。
宗旨是防渗及减弱渗透力。
(一)土质改良土质改良的目的是改善土体结构,提高土的抗剪强度与模量及其整体性,减小其透水性,增强其抗渗透变形能力。
常用的办法有注浆法、高压喷射法、搅拌法及冻结法。
(二)截水防渗截水防渗措施的目的是隔断渗透途径或延长渗径、减小水力梯度。
水平方向铺设防渗铺盖,可采用黏土及壤土铺盖、沥青铺盖、混凝土铺盖以及土工膜铺盖。
垂直方向防渗的结构形式很多。
大坝工程的混凝土、黏土芯墙、高压喷射、劈裂灌浆形成的止水帷幕;基坑及其他开挖工程中广泛使用的地下连续、板桩、MSW 工法插筋水泥土墙以及水泥搅拌墙。
这些竖向的隔水结构主要是打设在透水层内,其深度根据渗流计算确定。
打设在强透水层中时应尽可能深入到不透水层,否则隔渗效果有限。
(三)人工降低地下水位该方法是最常见的临时防渗措施,在施工期处理管涌、流沙(土)时也常采取这一最简单易行的办法。
该法可以降低水头,或使地下水位降至渗透变形土层以下。
在弱透水层中采用轻型井点、喷射井点;在较强的透水层中采用深井法。
(四)出逸边界措施在下头加盖重,以防止土体被渗透力所悬浮,防止流砂(土)。
在浸润线出逸段,设置反滤层是防止管涌破坏的有效措施。
(五)其他施工考虑施工选择枯水期施工;采取水下挖掘及浇筑封底混凝土等施工方法。