劉陽

（太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002）

0 引言

地下連續(xù)墻是一種優(yōu)質(zhì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件特別是軟土區(qū)域。在現(xiàn)實(shí)情況下，地下連續(xù)墻的施工過程對(duì)土地本身有不小的擾動(dòng)影響，因此會(huì)發(fā)生地層的變形與位移，在施工中如果存在不當(dāng)，則可能會(huì)引起大面積的地面沉降。泥漿護(hù)壁能夠維持地下連續(xù)墻的側(cè)壓力，但是由于影響泥漿護(hù)壁穩(wěn)定性的因素較多，當(dāng)前的研究還不足，缺乏對(duì)坍塌的及時(shí)預(yù)見性，就較容易發(fā)生安全事故，本文著重分析在地下連續(xù)墻成槽的過程中發(fā)生的安全穩(wěn)定性隱患，對(duì)影響槽孔穩(wěn)定性的因素進(jìn)行全面分析，并分析失穩(wěn)機(jī)制和受力路徑，提出能夠確保槽壁穩(wěn)固性能的有效措施。

1 槽壁的影響因素

1.1 內(nèi)因

地下連續(xù)墻施工采用的膨潤土泥漿，由于自身的化學(xué)性質(zhì)，膨潤土在靜態(tài)下呈溶膠狀，有擾動(dòng)時(shí)才液化，槽壁的穩(wěn)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(huì)混入雜質(zhì)，如果比重較大就會(huì)影響泥漿的流動(dòng)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(duì)粗粒土非常有利。但是因?yàn)榇至Ｍ恋臐B透系數(shù)較大，所以泥漿有可能會(huì)發(fā)生流失現(xiàn)象引起槽壁內(nèi)壓力下降，造成坍塌。施工場(chǎng)地的性質(zhì)是固定的，只能采取措施加固不良地質(zhì)，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(duì)提高槽壁穩(wěn)定性有積極作用。

1.2 外因

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

2 槽壁在施工過程中的失穩(wěn)

通常對(duì)于地下連續(xù)墻設(shè)施的施工深度都等于或者大于40m，但是發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象的范圍卻固定在5~10m 的范圍，失穩(wěn)破壞在地表呈現(xiàn)矩形或者圓形，通過調(diào)查分析表明深層土體的安全穩(wěn)固性最差，淺層失穩(wěn)主要是泥漿護(hù)壁發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象的關(guān)鍵因素。

地下連續(xù)墻槽壁的失穩(wěn)可以采用平面滑動(dòng)模型進(jìn)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(duì)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(dòng)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(fā)現(xiàn)土體的粘聚力越大，槽壁的穩(wěn)定臨界深度就越大；地面均布荷載越大，槽壁的穩(wěn)定臨界深度就越??；泥漿的等效重度越大，槽壁的穩(wěn)定臨界深度就越大；土體的等效飽和重度越大，槽壁的穩(wěn)定臨界深度就越小。特定深度下的地下連續(xù)墻則臨界深度越大，穩(wěn)定性越好。

圖1 槽壁穩(wěn)定分析模型

因此，槽壁的穩(wěn)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(biāo)高均有關(guān)系，適當(dāng)增加泥漿重度和提高液面等都能夠提高泥漿槽壁的穩(wěn)定性，但是降低地下水位會(huì)引起土體的固結(jié)引起附加沉降，故實(shí)際工程中一般不采用。研究表明：淺層有軟土進(jìn)行成槽施工，會(huì)引起泥漿變化過大，造成槽壁失穩(wěn)，導(dǎo)致后續(xù)的混凝土充盈系數(shù)變大，增加混凝土用量，見圖2。

圖2 混凝土充盈系數(shù)過大

3 槽壁土體的應(yīng)力傳遞

地下連續(xù)墻開挖是連續(xù)的，對(duì)于槽壁的土體單元，受力狀態(tài)時(shí)刻在發(fā)生變化，應(yīng)力分析圖見圖3，計(jì)算假定與圖1 相同。

圖3 槽壁土體應(yīng)力狀態(tài)

開挖前土體處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，開挖后土體單元應(yīng)力有逐漸向著破壞線過度的趨勢(shì)，但是開挖時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)孔壓以及拱效應(yīng)，維護(hù)孔壁的安全。但是隨著時(shí)間的推移，負(fù)孔壓逐漸消失，槽壁開始不穩(wěn)定，因此開挖后應(yīng)當(dāng)盡早澆筑混凝土。

圖4 槽壁土體應(yīng)力傳遞路徑

4 維護(hù)槽壁穩(wěn)定的措施

槽壁坍塌往往由于泥漿液面較低、發(fā)生漏漿現(xiàn)象或者施工不當(dāng)造成泥漿液面下降；泥漿護(hù)壁的參數(shù)不當(dāng)，壓力過??；軟土開挖過快；成槽后澆筑時(shí)間太晚；地面荷載過大等。為了維護(hù)槽壁穩(wěn)定，防止坍塌，可以采用下面措施：①在軟土地層中應(yīng)當(dāng)減慢鉆進(jìn)速度，不要空鉆過長；②泥漿應(yīng)當(dāng)選用合格的材料并且控制比重不低于1.05，并注意調(diào)整液面標(biāo)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(shí)間；④結(jié)合導(dǎo)墻施工并對(duì)周邊土體進(jìn)行預(yù)加固。

5 結(jié)語

槽壁的穩(wěn)定機(jī)制與開挖深度關(guān)系不明顯，主要失穩(wěn)形式是淺層失穩(wěn)，局部多為軟土或者砂性較重的土質(zhì)，泥漿波動(dòng)較大也會(huì)引起槽壁坍塌。泥漿壓力是影響槽壁是否穩(wěn)定的重要因素，在施工時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制泥漿液面與地下水的高差。槽壁一開挖時(shí)有負(fù)壓力能夠維持孔壁穩(wěn)定性，但是時(shí)間過長負(fù)壓力會(huì)消失，降低槽壁的穩(wěn)定性，因此應(yīng)當(dāng)早放鋼筋籠并澆筑混凝土。