槽壁穩定影響因素分析以及提高槽壁穩定性的措施

【摘 要】從泥漿的性能、地層條件、地下水位、槽段的劃分及施工工藝、施工機械及孔口地面荷載等因素進行了詳細的分析與，針對上述影響因素提出一些提高防滲墻槽壁穩定性的有效措施，并指出今后在深厚覆蓋層防滲墻槽壁穩定性方面需要開展的工

作及研究內容。

【關鍵詞】槽壁；施工技術；穩定性

1 引言

隨著我國水利水電事業的進一步發展，近期或者將來在深厚覆蓋層上建壩的工程會越來越多，而深厚覆蓋層是一種地質條件相對復雜的地層，它具有結構松散，堆積厚度較大，顆粒以漂卵石、礫石、塊碎石、粉細砂等為主，顆粒組成偏粗大，通常缺乏中間粒徑，一般有較大的孔隙比，局部存在架空層，含水量比較豐富等特點。在這種復雜的地質條件下建造防滲墻是十分困難的，尤其是造孔成槽時的穩定性是一個很值得研究的問題。

現階段我國防滲墻施工中主要采用泥漿護壁技術維護槽壁穩定，雖然經過長期的工程實踐和試驗研究，泥漿護壁技術在施工工藝、、施工機械、施工質量控制等方面已經有很大進步，但是開挖造孔過程中槽壁坍塌失穩并導致超挖、相鄰地面沉降、鄰近建筑物損壞甚至生命財產損失的情況仍然時有發生。因此有必要專門對深厚覆蓋層防滲墻施工過程中槽壁穩定的影響因素進行全面系統的分析，找出提高槽壁穩定性措施，這對降低混凝土防滲墻造價、縮短工期以及提高成槽質量有著重要意義。

2 槽壁穩定性的影響因素分析

2.1 泥漿的性能

在諸多影響槽壁穩定的因素中，泥漿的性能被看作是影響槽壁穩定的重要因素。泥漿本身具有一定的比重，當槽內的泥漿液面高出地下水位一定高度時，泥漿就會對槽壁產生一定的靜水壓力，該壓力可以抵抗周圍的側向土壓力和水壓力，相當于一種液體支撐，可以有效防止槽壁坍塌；泥漿在滲透的作用下會向周圍土層中滲透，泥漿中的細小顆粒會堵塞土層中土顆粒間的孔隙，這樣很快就會在槽壁上形成一層透水性很低的泥皮，從而保證了泥漿的液體壓力能夠作用在開挖槽壁上并防止地下水滲入，有效的維護槽壁穩定。

容重大的泥漿產生的液體壓力大，相同的壓力條件下，泥漿液面越高，所需泥漿的容重越小，槽壁失穩的可能性就越小，地下水位越低，槽壁越穩定。施工中應根據實際需要選擇合理的泥漿容重，盡量提高泥漿液面的高度并及時補漿以確保泥漿液面保持在所需高度。要提高泥漿的有效護壁作用，泥漿在槽壁上就必須盡快形成薄而致密，抗滲性好，抗沖擊能力強的泥皮，這就要求泥漿的粘度、失水量、含砂量等必須達到需要的標準。深厚覆蓋層中顆粒組成偏大，孔隙較大，且局部存在架空層，所以泥漿的失水量在深厚覆蓋層中體現得很明顯。當失水量小時，在槽壁形成的泥皮薄而致密，質量高，有利于槽壁穩定；反之，形成的泥皮厚而軟，質量低，護壁效果就差。在同樣時間和同樣壓差條件下，相對密度越大的泥漿，其充填孔隙的速度越快，效果也越好，形成泥皮的時間也越短。由于泥漿能夠懸浮開挖土體中的細顆粒，在一定程度上可以增加泥漿的容重，有利于提高開挖的穩定性，但是泥漿護壁的過程中由于多種原因泥漿的質量會變壞，性能會降低，故槽孔開挖過程中應不斷監測泥漿的性能指標。

2.2 地層條件

地層中土體的組成、性質及其土的密實度也是影響開挖槽壁穩定的重要因素之一。如果地下土層土體比較密實，有較大的抗剪強度，就不容易失穩。土層中如果存在軟弱夾層，當地下水位較高時，容易發生砂土的液化，對槽壁的穩定十分不利。

地層中土體的級配情況、粒徑大小、和孔隙程度決定了地層的滲透性。而泥漿護壁的基本條件就是泥漿能夠滲入土層并能形成泥皮，也就是說土層必須具有一定的滲透性。土層的粒徑組成和級配影響泥漿的容重、泥漿的滲透過程和形成泥皮的難易程度及泥皮的厚度，如果土的級配很差，缺乏中間粒徑，則土的孔隙過大，泥漿在土中的滲透路徑很長，從而造成泥漿的大量滲漏，不利于泥漿顆粒形成泥皮，泥漿在土層中的膠結作用就難以發揮，泥漿的護壁能力也大大降低。而深厚覆蓋層的地質條件正是如此，覆蓋層中存在的架空層也經常是槽壁失穩的薄弱部位，架空層會造成泥漿的大量流失，可能導致泥漿液面的迅速下降，造成槽壁穩定性降低。土層中的土顆粒粒徑和孔隙比越大，泥漿入滲的距離也越長。泥漿的滲入使得槽壁周圍土體變成為土與膨潤土的混合物，土中的孔隙被泥漿充填，對于土的抗剪強度指標也會產生一定的影響。

2.3 地下水位

地下水位的高低對槽壁穩定有十分顯著的影響。從力學角度分析，泥漿液面必須高出地下水位一定高度，泥漿的液體壓力才能平衡掉地下水壓力及側向土壓力。地下水位越高，槽壁所受的側向靜水壓力也就越大，即槽壁失穩的可能性越大。地下水位即使有較小的變化，對槽壁的穩定亦有顯著的影響。因此工程實際中一般都要求泥漿液面高出地下水位lm或1.5m以上。相關規范也明確規定在施工期間，槽內泥漿液面必須高于地下水位0.5m以上。

我國的江浙地區氣候潮濕，雨量充沛，洪水量大，汛期長，因此這些地區深厚覆蓋層的地下水位一般埋藏很淺。當地下水位較高時，在較強的水壓力作用下，土層中粉細砂層很容易發生砂土液化，結構松散的砂礫石層以及架空層也很容易局部或整體坍塌導致槽壁的失穩。地下水位的高低直接影一響泥漿護壁有效作用力的大小，而泥漿的有效作用直接影響泥漿的滲透特性以及泥皮的形成，泥皮的性質直接影響泥漿護壁的效果。研究發現，壓差小，泥漿滲透緩慢，滲透時間長，泥皮不易形成，不利于槽壁的穩定。當槽內泥漿液面不變的情況下，地下水位越高，槽壁失穩的可能性就越大，平衡水壓力所需的泥漿容重就越大。

所以在深厚覆蓋層中造孔成槽時應重視地下水位對槽壁穩定的影響，必要時可部分或全部降低地下水位以提高防滲墻槽壁的穩定性。

2.4 槽段的劃分及施工工藝

泥漿護壁開挖工程中槽段的形狀主要有圓形槽孔（灌注樁）和矩形槽段（地下連續墻）。在水利水電工程防滲墻中一般都是矩形槽段。圓形槽的開挖穩定性要明顯高于矩形和其他形狀的槽段，因為其結構各向對稱，槽壁上土體徑向應力的釋放大部分會轉移到環向應力當中，形成封閉的應力拱。對于矩

徑的漂石或塊石，一般采用重錘沖擊或者爆破的方法使其破碎，這種沖擊和振動作用對槽壁穩定的影響是不容忽視的，有可能造成泥皮的脫落、粉細砂層的液化、架空層的坍塌等局部失穩問題。施工中應盡量避開這些‘頑石”，沖擊或爆破時應盡量減小對槽壁的沖擊和振動。另外，在漂石層中造孔的進度較慢，槽孔的開挖時間和靜置時間較長，也會降低開挖槽壁的穩定性。

施工中槽孔口還會有相應的輔助施工設施及人員流動，對槽壁穩定也有一定的影響。必須布置時，應盡量遠離槽孔口，或者分散其在孔口附近的壓強。

3 提高槽壁穩定性的措施

通過上述對槽壁穩定性的影響因素分析，總結出深厚覆蓋層防滲墻造孔成槽時提高槽壁穩定性的有效措施：充分了解深厚覆蓋層地質條件，掌握地層的組成成分、顆粒級配以及粉細砂層、架空層、大塊石漂石的分布情況，對有可能發生槽壁失穩的薄弱部位進行預測，并制定相應的預防及應對措施，如鉆進過程中遇到疏松、易坍塌地層時，可向該部位投加適量粘土或增加泥漿的粘度等，施工時應盡快穿過此層。在掌握深厚覆蓋層地質條件的情況下，應進行泥漿護壁的室內與現場試驗，確定合理的泥漿性能指標，并在施工過程中嚴格控制，定時監測；開挖過程中泥漿質量會降低，適當采取相應的措施提高泥漿的性能，如添加適量的外加劑；為了提高穩定性，可選用優質的造漿材料并適當加大泥漿容重；盡量維持泥漿液面在一定的高度，液面下降時應及時補漿。掌握深厚覆蓋層水文地質條件，了解地下水位線的走勢，在工程需要且條件允許的情況下，可采取適當的降水措施以降低地下水位；實踐證明，降低地下水位能有效地提高防滲墻成槽的穩定性，此外還要考慮地表水流和降雨對地下水位的影響。根據工程實際情況，結合理論與實踐經驗合理劃分槽段長度，密實地層可長些，疏松地層應短些。合理選擇造孔成槽機械與施工方法，盡量減少或避免對槽壁穩定的不利因素。施工過程中精心組織設計，嚴格控制把關，盡量減少人為因素造成的槽壁失穩事故。

要想確保深覆蓋層中防滲墻槽壁開挖的穩定性，除了提出一些提高槽壁穩定性的有