李泽
广东省基础工程集团有限公司 510000
摘要：从三个主要影响地下连续墙槽壁稳定的方面出发,分析和研究影响地下连续墙槽壁稳定的几个因素:地质条件、施工机械和成槽方法、稳定液的类型和质量对槽壁稳定起着至关重要的作用。探讨了槽壁的失稳机理,分析致稳和失稳两方面的因素。通过对槽壁稳定的研究,为解决槽壁坍塌问题提供理论依据和研究方法。
关键词：连续墙；槽壁；稳定；因素；失稳；机理
地下连续墙作为深基坑围护结构，因其突出的整体性和抗渗漏性等优点而得到广泛应用，特别对于紧邻建（构）筑物的深基坑围护，更倾向于采取地下连续墙型式。但是，地下连续墙施工中须重点关注成槽槽壁的稳定性控制，自地下连续墙推广应用以来，因槽壁坍塌而导致围护结构侵界、地下压力管线爆裂、临近建（构）筑物产生不可逆破坏等质量安全事故时有发生，尤其在周边环境复杂的软弱地层进行地下连续墙施工，成槽过程中的槽壁稳定性控制更为关键。
1.影响槽壁稳定的因素
地墙槽壁稳定性控制是一复杂过程，受到地基地质特性、土体抗剪性能、护壁泥浆性能以及泥浆液面超高等多种因素影响。
1.1土体抗剪强度
成槽穿越地层土体自身抗剪强度对槽壁稳定影响显著，土层抗剪强度与成槽稳定性呈正趋势关系，土体抗剪强度越大，自立性越高，水平侧压力越小，成槽过程中土体卸载引发的水平不平衡应力越小，槽壁稳定性越高。因此，主动改良成槽地层土体抗剪强度，是提高槽壁稳定的重要措施。
1.2土层地质条件
不同土层条件下成槽过程中的稳定性特征不同，如地下水位、土体的渗透性等，均对槽壁稳定有相当影响，特别是地下水位高低影响更为突出，在槽内泥浆液面高度恒定情况下，地下水位越高，泥浆对地下水的相对超压力减小，泥浆浆液对槽壁的支撑作用随之减小，槽壁的失稳的可能性越大。因此，在地下水位较高地层，尤其是砂性较重地层，成槽前进行部分或全部降低地下水位，可有效提高槽壁的稳定性。
1.3护壁泥浆性能
泥浆具有一定的重度，将会对槽壁产生静水压力，可有效抵抗槽壁上水平土压力和水压力，形成槽段内的液体支撑，从而防止槽壁坍塌和剥落。泥浆重度与槽壁稳定呈正趋势关系，泥浆重度越大，护壁作用就越强，槽壁就越稳定[2]。因此，地下连续墙成槽泥浆护壁是确保槽壁稳定的重要措施。
1.4泥浆液面超高
施工也不能极端强调依靠高泥浆重度来确保槽壁稳定，如果泥浆重度过高，将会影响泥浆的泵送循环和泥土分离。因此，在泥浆重度达到优化值而不能继续提高以增大槽壁稳定性时，可通过泥浆液面超高来实现护壁泥浆的高内撑压力。泥浆液面高度越大，平衡地层水土压力所需的泥浆重度越小。
2.失稳机理探讨
地下连续墙槽壁的失稳分整体滑移和部分剥落,如松散的流砂层,其胶结性不好,壁面容易引起连续地剥落,直到形成漏斗状。而软弱的粘性土地层,由于土粒间有一定的粘结性,所以一般以整体滑移的方式坍落,但也会发生部分的剥落,只不过剥落的速度较缓慢。下面着重分析槽壁的稳定性。
2.1粘性土槽壁的滑动分析
在粘性土地层中成槽时,深槽内充满密度为Cf的稳定液就会在深槽的壁面上形成一层不透水膜或渗透到内部进行胶结,其中这种胶结作用是稳定槽壁的重要因素。均匀粘土层内槽壁的滑动分析见图1。
图1土层力学平衡图
根据图2(a),在vABC上作用着的力有:自重W、AB面上的抗剪力C、由稳定液产生的液柱压力。图2(c)为力的平衡图,设Pa-Pf=0可求得临介高度Hcr,即式(2)、式(3)。
式(2)、式(3)说明:如果稳定液的重度增大,临界高度升高,深槽趋于稳定,但这是有限度的,稳定液重度过高会带来其它不利的影响,也即是说靠Pf来稳定槽壁是有一定限度的。稳定液还有一种渗透到土体内部或在土体表层形成一层不透水膜(泥皮)的胶结作用,会增加土体的粘聚力,胶结的越深,土体的粘聚力越大,土体的抗剪力C越大。
2.2地下水位以下砂层槽壁稳定性分析
在成槽时往往会遇到在地下水位以下的储水砂层,其中地下水位与地表面高度相同时的情况最为困难。在这种情况下,稳定液对深槽壁面的支护有一定难度,在粗砂及砂砾混合地层中成槽,稳定液容易渗透到土中去,但由于原来的孔隙水压有了变化,渗透范围又不清楚,所以在分析时就假定土压为有效土压,孔隙水压为静水压的排水状态。
2.3槽段的深度、长度和宽度对稳定性分析的影响
与槽段的深度相比,通常槽段的长度要小得多。当然稳定分析也应该是不属于二维问题的。即实土体滑动是沿着三维曲面发生的。因而所产生的拱效应是大大有利于深槽的稳定,必须在计算中加以引用。以往对短墙段的实际效果是比较熟悉的,常用在需靠近荷载很大的大厦边沿进行成槽作业的工程中。三维滑动理论的分析很复杂,特别是成槽机以及槽段接头的种类不同,如槽段两端的形状有半圆形的、方形的等。实际应用则可以用半经验性的方法,考虑槽段的长度与宽度的因素,修正槽段的稳定条件。由于包含许多因素,可以说用简单形式来表达这方面的分析是困难的。当没有经验数据时,那么只要条件合适用三维破坏的理论求解还是比较合适的。对于具有巨大的地面荷载,而要保持稳定的短槽段,在现场进行试验研究是最好不过的了。
3.工程应用实例
3.1工程概况
上海外滩通道工程沿线分布有大量的历史保护建筑，最近处距离历史保护建筑仅7.9m，基坑采用明挖法施工。外滩区域各历史保护建筑均有近百年历时，结构的基础相比较差，对差异变形的敏感性极高。经文管会专家评审，外滩通道深基坑施工期间，各建筑的变形报警值设定为20mm，极限控制值限定在30mm。工程全线除局部区段受地下障碍物影响而采取排桩围护外，绝大部采用地下连续墙围护结构，期望通过地墙良好的整体性、抗渗漏性等优点，实现基坑开挖期间的复杂环境保护。但是，受地质条件、环境条件制约，如何低扰动成槽施工，实现临近保护建筑的开挖前变形受
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控，面临着极大困难：①施工范围内分布有砂性较重的②0层江滩土，地墙施工中的槽壁稳定性控制难度极大；②基坑紧靠黄浦江，地下水渗漏情况严重，成槽施工风险极高。因此，鉴于外滩区域复杂的地质情况，必须贯彻施工全过程的历史保护建筑变形控制理念，注重地墙槽壁稳定性控制。
3.2槽壁稳定性控制措施
3.2.1泥浆配制
泥浆是平衡地层压力，维持槽壁稳定的重要措施，施工中基于地层情况和槽段设计情况，配制专用优质泥浆，设定适度的泥浆重度，平衡地层水平压力；同时，控制泥浆在砂性较重的。层的失水特性，充分发挥护壁泥浆的胶凝作用和泥浆失水而形成的泥皮对稳定槽壁的有利作用，确保槽段施工全过程槽壁稳定性得到有效控制，配制泥浆参数如表1所示。
表1侧向成槽泥浆参数
3.2.2泥浆液面超高
考虑到地下水位较高，且杂填土层较厚的不良地质条件，施工中采用泥浆超高措施，确保泥浆液面高于地下水位2～3m，降低泥浆液面因漏失而导致槽壁失稳的风险，提高护壁泥浆稳定槽壁的可靠性。
3.2.3三轴搅拌桩槽壁预加固
较高的地下水位对槽壁稳定性影响极大，尤其是②0层江滩土在动水压力作用下的稳定性差，成槽过程中坍塌风险高。理论而言，降低地下水位可有效消除地下水对成槽稳定性的影响，同时还可有效提高砂性土体的抗剪强度，对提高成槽稳定性有良好效果。但是，由于施工区域紧邻黄浦江，且浅层杂填土体的隐蔽水力通道富存，水涨落潮会直接影响施工场区的地下水活动，采取降水的方法难以保证降水深度稳定在成槽安全深度；同时，地墙近邻多栋历史保护建筑，紧邻保护建筑进行敞开式降水，必将导致建筑产生附加变形，对历史建筑的保护极为不利。经综合研究，地下连续墙成槽前，采取浅层三轴搅拌桩进行槽壁预加固，通过主动改良土体抗剪强度，实现成槽稳定性的大幅提升。槽壁加固采用φ650@450mm三轴搅拌桩，水泥掺量控制在20％，28d强度不小于0.8～1.0MPa，垂直度不大于1/300，加固深度结合坑内被动区加固深度至坑底以下3m，并在施工中适量考虑外放，避免地墙侵界。此外，地墙外侧连续三轴搅拌桩，形成了良好的主动止水帷幕，可有效降低地墙渗漏，尤其是接头渗漏的概率。
3.3槽壁稳定性控制效果
毗邻历史保护建筑的地下连续墙施工，对槽壁稳定性控制要求更为苛刻，通过采取综合措施，1040m地下连续墙围护结构施工中，未有大面积槽壁坍塌事故发生，且基坑开挖期间，由于地墙外侧的三轴搅拌桩止水帷幕作用，亦未发生明显地墙渗漏现象。同时，由于综合措施的采取，有效限制了成槽阶段土体的变形发展，对临近历史保护建筑的沉降控制亦有显著功效，地墙施工期间，距离围护结构最近的保护性建筑大楼的累积沉降仅为2.2mm。
结论
综上所述,在地下连续墙施工中,为确保槽壁稳定,防止坍塌事故发生,应根据场区工程地质和水文地质条件及设计要求进行槽壁稳定性分析和安全系数计算,采用如下相应措施:(1)采用优质膨润土浓泥浆；(2)掺加加重剂,增大泥浆重度；(3)提高泥浆液面或降低地下水位,使泥浆液面与地下水位保持一定的高差等。
参考文献:
[1]郑国萍,段亚辉.深软地层连续墙施工中槽段坍塌的分析控制[J].西部探矿工程,2006(8):10O12.
[2]李会民,王士川.地下连续墙槽壁稳定性分析及护壁泥浆性能指标的确定[J].工业建筑,1993(8):9O11.
[3]刘海卿,于海峰,于波.深层地下连续墙槽壁稳定机理研究[J].科学技术与工程,2006(8):23O25.
[4]张天兰.膨润土泥浆在工程中的应用[J].水运工程,1993(10):2O5.
[5]唐捷明.提高地下连续墙槽壁稳定的施工方法[J].四[J]建材,2006(4):84O86.
论文作者:李泽
论文发表刊物:《防护工程》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/20
标签：泥浆论文; 稳定论文; 稳定性论文; 地下论文; 地层论文; 地下水位论文; 建筑论文; 《防护工程》2018年第4期论文;