流沙问题与防治
（一）流沙
流沙是指含水饱和的松散细、粉沙（也包括一些沙质粉土、黏质粉土）在动水压力即水头差的作用下，产生的悬浮流动现象。它多发生在颗粒级配均匀而细的粉、细砂等沙性土中，有时在粉土中亦会发生。其表现形式是所有的颗粒同时从一近似管状通道中被渗透水流冲走。其发展的结果是使基础发生滑移和不均匀下沉，基坑坍塌，基础悬浮等，如图4-21所示。它的发生一般是突然性的，对工程的危害极大。
图4-21 流沙破坏示意图
（a）斜坡条件时；（b）地基条件时
（二）流沙成因
（1）由于水力坡度大，流速快，冲动土的细颗粒使之悬浮而造成。
（2）由于土颗粒周围附着亲水胶体颗粒，饱和时胶体颗粒吸水膨胀，使土粒密度减小，因而在不大的水冲力下即能悬浮流动。
（3）沙土在振动作用下结构被破坏，体积缩小、使土颗粒悬浮于水而随水流动。
实际工程中，在地下水位以下开挖基坑时，往往会发生地下水带着泥沙一起涌冒的现象，此称之为翻沙或涌沙现象[图4-22（a）]，基坑开挖越深涌得越厉害，有时坑壁的土也可由板桩缝隙中流出。流沙不仅给施工造成困难，而且破坏地基强度，危及邻近已建房屋的安全。这个现象可以用一个简单的模型试验来说明。如图4-22（b）所示，打开阀门A，使沙中有向上的水流，当向上渗流的水头坡度I=h/l≈1时，沙就失去稳定，放在沙表面的一块小石子就沉下去（因沙失去了承载力）；再把阀门A关起来，沙就恢复稳定状态。
图4-22 流沙现象试验
（a）流沙现象现场试验；（b）流沙现象模型试验
产生流沙的条件包括以下几点：
（1）水力坡度较大，动水压力超过土粒重量能使土粒悬浮。
（2）沙土孔隙度越大，越易形成流沙。
（3）沙土的渗透系数越小，排水性能越差时，越易形成流沙。
（4）沙土中含有较多的片状矿物，如云母、绿泥石等，易形成流沙。
（三）流沙的防治
当地下水的动水压力大于土粒的浮容重或地下水的水力坡度大于临界水力坡度时，就会产生流沙。这种情况的发生常是由于在地下水位以下开挖基坑、埋设地下管道、打井等工程活动而引起的，所以流沙是一种工程地质现象。流沙在工程施工中能造成大量的土体流动，致使地表塌陷或建筑物的地基破坏，能给施工带来很大困难，或直接影响建筑工程及附近建筑物的稳定，因此，必须进行防治。
在可能产生流沙的地区，如其上面有一定厚度的土层，应尽量利用上面的土层作为天然地基，也可用桩基穿过流沙层，将上部荷载传给下部稳定土层，应尽可能地避免开挖。如必须开挖，可用以下方法处理流沙：
（1）人工降低地下水位，使地下水位降至可能产生流沙的地层以下，然后开挖，如图4-23所示。
图4-23 井点降水防止流沙现象示意图
（a）集水坑式降水；（b）竖井井点式降水
基坑开挖时地表以下的土层受到向上的地下水渗透力的作用。对沙性土层而言，当渗流的水力坡度增大到一定程度时，沙性土会呈流土破坏形式，即呈流态状涌出坡面。
在实际工程中应该有一定的安全度；对不均匀的粉沙土，容许渗流水力坡度I=1/3。当水力坡度超出容许范围时，采用井点降水是防治流沙现象产生的直接有效的措施。井点降水降低了坑内、外的渗流水头差，把渗流水力坡度控制在容许范围之内，从而防范了流沙现象的产生，如图4-24所示。简单的集水坑并不能减小渗流水力坡度，而井点降水不但降低了渗流水力坡度，还可改变渗流方向，使地下水仅流向降水井管。
图4-24 基坑渗透力
（2）打板桩。在土中打入板桩，一方面可以加固坑壁，同时又延长了地下水的渗流路程以减小水力坡度，减小地下水流速。
（3）冻结法。用冷冻方法使地下水结冰，然后开挖。
（4）水下挖掘。在基坑（或沉井）中用机械在水下挖掘，避免因排水而造成产生流沙的水头差，为了增加沙的稳定，也可向基坑中注水并同时进行挖掘。此外，处理流沙的方法还有化学加固法、爆炸法及加重法等。在基槽开挖的过程中如局部地段出现流沙时，可立即抛入大块石等，也能克服流沙的活动。