深基坑渗透破坏与控制

 渗透破坏：工建筑物及地基由于渗流而出现的破坏或变形称为渗透破坏或渗透变形。

渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：

一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形失稳；

二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体或结构失稳。

前者主要表现为流砂和管涌，后者则表现为岸坡滑动或挡土墙等构筑物失稳。还有渗流对土坡稳定有影响。下面主要分析流砂和管涌这两种渗透方式。

一、流砂或流土现象

在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象称为流土。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都会发生流土（砂）破坏。 这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和粉细砂和粉土层中。它的发生一般是突发性的，对工程危害很大。

二、管涌现象

在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土中的孔隙不断扩大，渗透速度不断增加，较粗的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。 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较大，往往缺少某种粒径，孔隙直径大且相互连通。无黏性土产生管涌必须具备两个条件：

①几何条件：土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，这是必要条件，一般不均匀系数Cu＞10的土才会发生管涌；

②水力条件：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。对于重大工程，应尽量由试验确定。

流砂和管涌在工程可简单区别，流砂现象一般发生在土体表面渗流逸出处，不发生于土体内部，而管涌现象可以发生在渗流逸出处，也可能发生于土体内部。

三、渗透破坏的防治措施

防治流土的关键在于控制逸出处的水力坡降，为了保证实际的逸出坡降不超过允许坡降，工程上可采取如下措施：

①上游做垂直防渗帷幕，如混凝土防渗墙，打钢板桩或灌浆帷幕等。根据实际需要，帷幕可完全切断地基的透水层，彻底解决地基土的渗透变形问题，也可不完全切断透水层，做成悬挂式，起到延长渗流途径、降低下游逸出坡降的作用。

②上游做水平防渗铺盖，以延长渗流途径、降低下游逸出坡降。

③水利工程中，下游挖减压沟或打减压井，贯穿渗透性小的黏性土层，以降低作用在黏性土层地面的渗透压力

④下游加透水盖，以防治土粒被渗透力多悬浮

⑤土层加固处理，如冻结法 防止管涌一般可从两方面采取措施：一方面改变水力条件，降低土层内部和渗流逸出处的渗透坡降。如上游做防渗铺盖或打板桩等。另一方面改变几何条件。在渗流逸出部位铺设层间关系满足要求的反滤层，是防止管涌破坏的有效措施。反滤层一般是1～3层级配较为均匀的砂子和砾石层，用以保护地基土不让细颗粒带出，同时应具有较大的透水性，使渗流可以畅通。