地下連續墻成槽施工槽壁穩定機制分析

劉陽

（太原市建筑設計研究院，山西 太原 030002）

0 引言

地下連續墻是一種優質的支護結構，能夠適應復雜地質條件特別是軟土區域。在現實情況下，地下連續墻的施工過程對土地本身有不小的擾動影響，因此會發生地層的變形與位移，在施工中如果存在不當，則可能會引起大面積的地面沉降。泥漿護壁能夠維持地下連續墻的側壓力，但是由于影響泥漿護壁穩定性的因素較多，當前的研究還不足，缺乏對坍塌的及時預見性，就較容易發生安全事故，本文著重分析在地下連續墻成槽的過程中發生的安全穩定性隱患，對影響槽孔穩定性的因素進行全面分析，并分析失穩機制和受力路徑，提出能夠確保槽壁穩固性能的有效措施。

1 槽壁的影響因素

1.1 內因

地下連續墻施工采用的膨潤土泥漿，由于自身的化學性質，膨潤土在靜態下呈溶膠狀，有擾動時才液化，槽壁的穩定性是借由泥漿的壓力抵抗水土壓力形成的平衡，泥漿比重不得低于1.05，但是泥漿的形成過程往往會混入雜質，如果比重較大就會影響泥漿的流動性，影響混凝土澆筑。泥漿能夠滲入周邊土體空隙，之后形成凝膠層，雖然說對粗粒土非常有利。但是因為粗粒土的滲透系數較大，所以泥漿有可能會發生流失現象引起槽壁內壓力下降，造成坍塌。施工場地的性質是固定的，只能采取措施加固不良地質，從平衡的角度來看，泥漿壓力必須大于水土壓力，因此控制好泥漿面與地下水位的高差對提高槽壁穩定性有積極作用。

1.2 外因

機械設備在施工中有振動，因此對槽壁穩定性是不利的，在低下連續墻施工之前必須先澆筑導墻確保地表土地層次的穩固性，避免發生槽壁塌陷，并把握地下連續墻整體的垂直度。開挖時候設備的移動會影響泥漿的流動性，不斷流動的泥漿會沖刷周邊槽壁上的泥土顆粒，破壞槽壁引起失穩。同時地下連續墻周邊的大型施工設備超載會造成槽壁壓力的增加，不同的槽段施工順序也會影響槽壁的穩定性，一般采用跳倉法進行施工，能夠提高土體的拱效應，提高開挖穩定性，但是如果開挖后靜止時間太長，也會發生泥漿沉淀，造成壓力下降。

2 槽壁在施工過程中的失穩

通常對于地下連續墻設施的施工深度都等于或者大于40m，但是發生失穩現象的范圍卻固定在5~10m 的范圍，失穩破壞在地表呈現矩形或者圓形，通過調查分析表明深層土體的安全穩固性最差，淺層失穩主要是泥漿護壁發生失穩現象的關鍵因素。

地下連續墻槽壁的失穩可以采用平面滑動模型進行分析模擬，如圖1 所示。

其中q 為地面均布荷載；rb為泥漿的重度；Fb為泥漿對槽壁的壓力；r 為土體的有效重度；rsat為土體的飽和重度，W 為滑動體的重力；帶eqv 的均為等效值；c 為土體的粘聚力。

分析可以發現土體的粘聚力越大，槽壁的穩定臨界深度就越大；地面均布荷載越大，槽壁的穩定臨界深度就越小；泥漿的等效重度越大，槽壁的穩定臨界深度就越大；土體的等效飽和重度越大，槽壁的穩定臨界深度就越小。特定深度下的地下連續墻則臨界深度越大，穩定性越好。

圖1 槽壁穩定分析模型

因此，槽壁的穩定度與臨界深度，與地面荷載、槽壁土體的重度、粘聚力、泥漿標高均有關系，適當增加泥漿重度和提高液面等都能夠提高泥漿槽壁的穩定性，但是降低地下水位會引起土體的固結引起附加沉降，故實際工程中一般不采用。研究表明：淺層有軟土進行成槽施工，會引起泥漿變化過大，造成槽壁失穩，導致后續的混凝土充盈系數變大，增加混凝土用量，見圖2。

圖2 混凝土充盈系數過大

3 槽壁土體的應力傳遞

地下連續墻開挖是連續的，對于槽壁的土體單元，受力狀態時刻在發生變化，應力分析圖見圖3，計算假定與圖1 相同。

圖3 槽壁土體應力狀態

開挖前土體處于應力平衡狀態，開挖后土體單元應力有逐漸向著破壞線過度的趨勢，但是開挖時會產生負孔壓以及拱效應，維護孔壁的安全。但是隨著時間的推移，負孔壓逐漸消失，槽壁開始不穩定，因此開挖后應當盡早澆筑混凝土。

圖4 槽壁土體應力傳遞路徑

4 維護槽壁穩定的措施

槽壁坍塌往往由于泥漿液面較低、發生漏漿現象或者施工不當造成泥漿液面下降；泥漿護壁的參數不當，壓力過小；軟土開挖過快；成槽后澆筑時間太晚；地面荷載過大等。為了維護槽壁穩定，防止坍塌，可以采用下面措施：①在軟土地層中應當減慢鉆進速度，不要空鉆過長；②泥漿應當選用合格的材料并且控制比重不低于1.05，并注意調整液面標高；③鋼筋籠的下放不能太晚，一般成槽清空后要立即下放，并澆筑混凝土，縮短槽段的空置時間；④結合導墻施工并對周邊土體進行預加固。

5 結語

槽壁的穩定機制與開挖深度關系不明顯，主要失穩形式是淺層失穩，局部多為軟土或者砂性較重的土質，泥漿波動較大也會引起槽壁坍塌。泥漿壓力是影響槽壁是否穩定的重要因素，在施工時應當嚴格控制泥漿液面與地下水的高差。槽壁一開挖時有負壓力能夠維持孔壁穩定性，但是時間過長負壓力會消失，降低槽壁的穩定性，因此應當早放鋼筋籠并澆筑混凝土。