地下連續(xù)墻槽孔穩(wěn)定性分析及護壁預(yù)防措施研究

王霽旭

摘要：指出了地下連續(xù)墻在施工的過程中，經(jīng)常會有槽壁發(fā)生坍塌的現(xiàn)象，尤其是在砂性較重或者粘聚力較差的地層中，槽孔的安全穩(wěn)定成為了影響地下連續(xù)墻施工質(zhì)量的一個重要因素。對地下連續(xù)墻槽孔穩(wěn)定性影響因素進行了分析，對槽孔開挖過程中的預(yù)防措施進行了探討，以期為工程施工提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：地下連續(xù)墻；槽孔；穩(wěn)定性；預(yù)防措施

中圖分類號：TU476.3

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）16016903

1引言

高鐵時代的到來以及我國的建筑市場的發(fā)展，促使地下連續(xù)墻越來越多的被應(yīng)用于實際工程中[1]。地下連續(xù)墻在施工的過程中，往往會出現(xiàn)槽壁坍塌的情況，尤其是在砂性較重的不穩(wěn)定地層中，這種情況相對嚴重，易導(dǎo)致混凝土繞流，大大降低了連續(xù)墻的施工質(zhì)量。因此，確保槽孔的穩(wěn)定性就成為了地下連續(xù)墻施工成功的關(guān)鍵因素之一[2]。

為此，基于水力學(xué)、土力學(xué)和泥漿膠體化學(xué)原理，對地下連續(xù)墻槽孔穩(wěn)定的影響因素進行分析，以及施工過程中穩(wěn)定性整體與局部分析。同時對于槽孔開挖過程中如何防止孔壁坍塌給出相應(yīng)的預(yù)防措施，以期為現(xiàn)場施工提供指導(dǎo)。

2槽孔穩(wěn)定性影響因素分析

影響槽孔穩(wěn)定性的因素可從內(nèi)因和外因兩個角度來看，其中泥漿重度、土層條件、單位槽段尺寸的大小及形狀及地下水位條件構(gòu)成了內(nèi)因；而外因主要由場地施工荷載、槽段的開挖順序、施工機械及施工時間組成[3]。

泥漿護壁的機理是在孔壁表面上形成一層泥皮，泥漿壓力作用在泥皮上，在壓力差的作用下，可以抵消失穩(wěn)作用力，有效防止槽壁坍塌，保證其穩(wěn)定性。

2.1影響穩(wěn)定性內(nèi)部因素

地層土體的顆粒級配及粒徑對槽壁的穩(wěn)定性會產(chǎn)生一定影響，這主要是由于不同的土層顆粒泥漿的滲透及泥皮的形成厚度不同。在顆粒較大的土層中，泥漿的滲透路徑較長，容易導(dǎo)致泥漿的大量流失，影響泥皮的形成，不利于維持槽壁的穩(wěn)定性。

在地下連續(xù)墻成槽的過程中，泥漿發(fā)揮著重要作用。泥漿的護壁效果受兩方面的影響：一方面是需要泥漿液柱具有一定的高度差；另一方面是要在泥漿的滲透作用下形成泥皮。在施工的時候應(yīng)控制好泥漿的密度和高度，同時做好補漿工作，從而維持槽壁的穩(wěn)定。此外，薄而韌以及抗?jié)B好的泥皮護壁效果最好，所以對泥漿的含砂量、粘度、失水量有一定的要求，若泥漿的失水量較小，則能在槽壁表面形成質(zhì)量較高的泥皮，達到的護壁效果也較好。

地下水位的高度決定著泥漿在槽壁表面的作用力，在壓力差較小時，泥漿的滲透速度較慢，需時較長，阻礙了泥皮的形成，影響了槽壁的穩(wěn)定性。相反，若壓力差較大，則有助于泥皮的形成，能有效保持槽壁的穩(wěn)定。通過一些試驗證明，地下水位的降低可以有效幫助槽壁保持一定的穩(wěn)定性。

單位槽段的形狀多種多樣，有矩形、圓形、L 型、T 型。在這些形狀中，圓形的穩(wěn)定性要高于其他形狀，由于圓形形成環(huán)形的封閉應(yīng)力拱，土體的環(huán)向應(yīng)力向徑向轉(zhuǎn)移。然而，對于矩形槽來說，當槽段尺寸超過 5m時，矩形槽往往會出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，這主要是由于槽段長度較長會削弱土拱效應(yīng)，以至于接近平面應(yīng)變的情況。

2.2影響穩(wěn)定性外部因素

影響地下連續(xù)墻孔壁的外部因素通常有開挖機械、地面超載、開挖時間和施工順序等。

（1）開挖機械。開挖機械的撞擊在成槽過程中對槽壁的穩(wěn)定性有影響，且用抓斗法對槽壁的撞擊作用要大于潛水電鉆等鉆孔方法。

（2）地面超載。當場地上有施工荷載時，槽壁的穩(wěn)定性將面臨挑戰(zhàn)。一方面負孔隙水所形成的壓力要大于無施工荷載時的負孔隙水壓力；另一方面施工荷載對槽壁附近的土體尤其是淺層較顯著，會增大土體的剪應(yīng)力值，有可能超過臨界破壞值，造成槽壁失穩(wěn)。

（3）開挖時間。成槽施工時間越長，則整個過程暴露的時間就越長，會增大槽壁的土體位移，造成變形的進一步加大，對周圍環(huán)境也會造成一定的影響，所以要控制成槽時間以保證槽壁的穩(wěn)定性。

（4）施工順序。槽段的施工順序應(yīng)盡量錯開，以避免相鄰槽段連續(xù)施工的相互影響，降低槽段的穩(wěn)定性。

3槽孔施工過程中穩(wěn)定性分析

在地下連續(xù)墻成槽施工過程中槽壁的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用，如果發(fā)生失穩(wěn)，周圍地表將發(fā)生較大的沉降，且有可能造成臨近管線的破壞。當在吊鋼筋籠時出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，則會使墻體夾泥，影響墻體質(zhì)量。槽壁的失穩(wěn)主要有整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)[4]。

3.1槽孔整體穩(wěn)定性分析

近年來通過現(xiàn)場觀測及試驗研究，連續(xù)墻的開挖深度雖然一般都超過20 m，但其失穩(wěn)的深度卻主要發(fā)生在表層或淺層5～15 m左右。破壞面沿著整個槽長分布，形狀主要為橢圓形或者矩形。可見，在槽壁的整體失穩(wěn)中，以淺層失穩(wěn)為主（圖1）。

3.2槽孔局部穩(wěn)定性分析

在成槽的整個過程中，泥皮對槽壁的穩(wěn)定性起著重要作用。在成槽初期，由于泥皮尚未形成，槽壁的穩(wěn)定性主要依靠于泥漿的滲透力。此時，當局部存在軟弱土層或砂性較重的土層，槽壁的泥漿很可能由于液面波動較大或者標高的急降，難以維持與土壓力的平衡，導(dǎo)致局部失穩(wěn)和引起超挖（圖2）。

4槽孔穩(wěn)定性預(yù)防措施

地下連續(xù)墻槽孔在開挖的過程中，經(jīng)常會受到地基土、地下水和泥漿質(zhì)量等影響，從而導(dǎo)致槽孔內(nèi)側(cè)槽壁發(fā)生坍塌現(xiàn)象。為了保證地下連續(xù)墻施工能夠順利的開展，槽孔開挖需考慮以下預(yù)防措施[5]。

（1）區(qū)分不同地層的特性，在施工中區(qū)別對待，有針對性地制定施工方案。對于不同的地層，在施工中考慮的因素也不盡相同，比如砂性地層，在這種地層中泥漿對土層的滲透不易形成較厚的泥皮，無法維持槽壁的穩(wěn)定性，存在一定的安全隱患，因此在砂性地層的施工中，應(yīng)充分考慮時效穩(wěn)定因素。除此以外，對于地下水位的高度應(yīng)予以重視，關(guān)注其變化情況，并根據(jù)情況對地下水頭進行相應(yīng)的調(diào)整。endprint

（2）對挖土機械進行恰當?shù)倪x擇，并正確操作以減輕施工中的振動。挖土機械是開挖過程中必不可少的工具，其本身的質(zhì)量和重量都會對施工產(chǎn)生直接的影響，在施工前，應(yīng)當結(jié)合施工地點的實際情況對機械的重量進行分析，同時選擇質(zhì)量較好的機械，為工程施工提供良好的基礎(chǔ)設(shè)備。在實際施工中，機械的運動是一個循環(huán)往復(fù)的過程，機械的上升及下降速度以及挖斗的形狀都會對槽中泥漿的流動產(chǎn)生一定的影響。一旦這種流動轉(zhuǎn)變成湍流，便會沖蝕槽壁上的泥皮或土顆粒，槽壁的穩(wěn)定性將受到破壞，加大施工難度。為此，在機械操作中，要保持勻速運動，控制好槽段的存儲量及泥漿的注漿量，掌控好工程進度。

（3）對地面超載狀況進行合理規(guī)劃，尤其是超載的分布形式和重量大小。在施工中，通常都會用到大型的機械設(shè)備，而對于施工中的槽孔來說，地面承受壓力過大，很有可能會影響槽壁的穩(wěn)定性，影響施工的順利進行。因此，考慮到地面的承載能力有限，在槽段附近應(yīng)盡量避免使用大型的機械設(shè)備，以減少地面的振動。但若無法避免，則可采取一定的方法來增強對地面的保護，如選擇剛性地面或在地面上鋪設(shè)鋼板。此外，地面的超載情況也與施工材料的放置有關(guān)。對此，在選擇材料的放置地點時，應(yīng)遠離槽段，同時對放置點的材料重量進行限制，合理安排分布狀況，不得將施工材料置于一處。

（4）開槽時，在最大程度上減少擾動次數(shù)，以保證施工質(zhì)量、提高施工效率。在開挖槽段附近，應(yīng)盡量避免重車的走動。開槽完成后，應(yīng)在確保工程質(zhì)量的前提下，提高施工效率，盡快完成各項施工工序，減少對施工的擾動。

（5）考慮到施工順序的先后對槽孔的穩(wěn)定性具有不同的影響，施工中應(yīng)合理安排施工序。地下連續(xù)墻工程在施工的過程中，一般可以用間隔方法來施工，盡可能地發(fā)揮地基的土拱效應(yīng)，從而保證開挖的穩(wěn)定性，使其滿足規(guī)范的要求。另外，在施工過程中，若開挖工期過長或?qū)⒉劭组L時間的靜置，則會影響泥漿的質(zhì)量，產(chǎn)生沉淀、絮凝等反應(yīng)，隨著泥漿質(zhì)量密度的減小，槽孔穩(wěn)定性也隨之下降。為了盡可能地保證開挖的穩(wěn)定性，減少槽孔的靜置時間，在完成泥漿護壁、成槽施工階段后，應(yīng)充分利用時間，將所需的施工材料進行合理安置。

5結(jié)語

通過對目前國內(nèi)常用的地下連續(xù)墻槽孔穩(wěn)定影響因素以及施工過程中穩(wěn)定性整體與局部分析。結(jié)果表明地基土、地下水和泥漿是影響槽孔開挖穩(wěn)定性最為重要的因素。對于如何保證地下連續(xù)墻導(dǎo)墻穩(wěn)定性，從槽孔開挖過程中給出相應(yīng)的預(yù)防措施，以期對實際工程有所指導(dǎo)。

參考文獻：

[1]

叢藹森. 地下連續(xù)墻的設(shè)計施工與應(yīng)用[M].北京： 中國水利水電出版社， 2001.

[2]陳懷偉. 杭州地區(qū)地下連續(xù)墻施工工藝研究[D]. 上海：同濟大學(xué)， 2008.

[3]盧鑫. T型地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性及變形研究[D].廣州：華南理工大學(xué)， 2013.

[4]王革. 地下連續(xù)墻施工中的槽壁穩(wěn)定性影響因素及控制措[J].地基基礎(chǔ)， 2015，38（1）：4～6.

[5]陳孟紅. 地下連續(xù)墻局部與整體穩(wěn)定性分析[J].公路工程， 2013，38（4）：218～221.endprint