鄭文杰

北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院 北京 100044

地下連續(xù)墻因其墻體剛度大、整體性好、抗?jié)B性能好、耐久性好、施工噪聲低振動(dòng)少等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于地下建筑結(jié)構(gòu)的施工。砂性土層中地下連續(xù)墻的施工難度大，成槽過程中極易產(chǎn)生槽壁坍塌現(xiàn)象。槽壁坍塌容易引起混凝土超方和結(jié)構(gòu)尺寸超出允許的界限，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)引起相鄰地面發(fā)生沉降、坍塌，危害到鄰近建筑和地下管線的安全[1]，因此，這是一個(gè)不得不重視的問題。鑒于此，本文對(duì)如何改善槽壁坍塌問題，提高砂性土層地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

1 地下連續(xù)墻簡介

地下連續(xù)墻是在擬修建的地下工程地面上，沿著基坑的周邊劃分若干槽段，在泥漿護(hù)壁的支護(hù)下，使用挖槽設(shè)備開挖一條深槽，挖到設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行清槽，清槽后在槽段內(nèi)安放接頭管、放置鋼筋籠，然后澆筑水下混凝土筑成一個(gè)單元槽段，如此逐次進(jìn)行，最后將各個(gè)槽段連成一個(gè)整體。地下連續(xù)墻既可以作為擋土擋水的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，也可以作為建筑的主體結(jié)構(gòu)。

在地下連續(xù)墻成槽過程中，一般都會(huì)采用泥漿進(jìn)行護(hù)壁，泥漿拌制材料宜優(yōu)先選用膨脹土。泥漿護(hù)壁主要有以下幾個(gè)作用：（1）泥漿在地連墻槽壁上形成泥皮，可以有效地防止槽壁坍塌；（2）泥漿對(duì)槽壁提供靜水壓力以平衡槽段開挖時(shí)作用在槽段上的水、土壓力；（3）泥漿具有攜渣的作用，其具有一定的粘度可以攜同泥渣一塊排出；（4）泥漿還具有潤滑的作用。

2 地連墻槽壁穩(wěn)定性影響因素

2.1 土層性質(zhì)

砂性土層的顆粒較大、顆粒之間缺乏膠結(jié)，因此砂性土層的滲透系數(shù)較大[2]，自穩(wěn)能力差，在砂性土層中建設(shè)的地連墻極易產(chǎn)生槽壁坍塌事故?？紤]到不同砂土性質(zhì)對(duì)成槽施工變形的影響，邱明明等[3]選擇四種典型砂層進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)土質(zhì)條件確實(shí)對(duì)地連墻成槽施工擾動(dòng)變形影響顯著。

2.2 泥漿質(zhì)量

地下連續(xù)墻的泥漿護(hù)壁是保持槽壁穩(wěn)定性，控制開挖槽面時(shí)地連墻質(zhì)量的決定性因素。若泥漿配制質(zhì)量不合格，不滿足形成可靠的泥漿護(hù)壁要求，則無法形成具有粘結(jié)性能的泥皮，泥漿的靜水壓力也無法抵抗作用在地連墻槽壁上的水壓力和土壓力。泥漿配制不合要求，將會(huì)導(dǎo)致泥漿密度不夠；或者泥漿所含泥砂過多，容易產(chǎn)生沉淀，使泥漿性質(zhì)發(fā)生變化，不能形成合理可靠的護(hù)壁，都會(huì)促使產(chǎn)生槽壁坍塌[4]。通過超聲波槽壁檢測發(fā)現(xiàn)，新鮮泥漿充分時(shí)，泥漿質(zhì)量高，護(hù)壁效果好；泥漿循環(huán)次數(shù)過多時(shí)，泥漿性能下降[5]。

2.3 地下水

大多數(shù)地下工程事故都與地下水有關(guān)，當(dāng)水與土體發(fā)生相互作用，會(huì)使土體本身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性都有所降低，從而導(dǎo)致塌方、基底突涌等工程事故，這些事故會(huì)直接影響到周邊環(huán)境的安全，造成不可避免的經(jīng)濟(jì)損失。為了保證地下工程的施工安全和施工進(jìn)度，必須要采取措施進(jìn)行地下水控制。

當(dāng)?shù)剡B墻槽壁上泥漿壓力比地下水壓力大，并且可以與部分土壓力處于平衡狀態(tài)時(shí)，泥漿才能夠充分發(fā)揮護(hù)壁作用[6]。所以，泥漿液面和地下水位必須要保持合理的高差。通常情況下，地下水位應(yīng)比泥漿液面至少低1m或者1.5m。地下水位越高，槽壁水平變形和地表豎向變形越大。嚴(yán)朝鋒等[7]通過采用有限元軟件ABAQUS對(duì)地下連續(xù)墻成槽施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬，得到地下水位過高對(duì)槽壁穩(wěn)定性影響較大的結(jié)論。

隨著基坑的開挖深度不斷加大，基坑周圍土層以及基坑外豐富的地下水將會(huì)對(duì)地下連續(xù)墻產(chǎn)生影響，在基坑開挖的各個(gè)階段中地連墻部分位置會(huì)出現(xiàn)不同程度的滲漏情況，導(dǎo)致槽壁在水平方向上產(chǎn)生大小不同的變形等問題[8]。地下水滲漏現(xiàn)象也會(huì)導(dǎo)致地連墻槽墻失穩(wěn)。

2.4 成槽作業(yè)

在砂性土層中挖槽進(jìn)尺過快，在成槽機(jī)作業(yè)產(chǎn)生的水波振蕩下，將會(huì)使槽壁擾動(dòng)，產(chǎn)生槽壁坍塌[4]。所以要對(duì)成槽機(jī)的工作速度進(jìn)行控制。

成槽后擱置時(shí)間太長，沒有及時(shí)吊放鋼筋籠灌注混凝土，泥漿則會(huì)失去護(hù)壁作用。如果在成槽過程中，地下連續(xù)墻槽壁已經(jīng)出現(xiàn)塌孔、蠕變等現(xiàn)象，在處理過程中將會(huì)對(duì)槽壁產(chǎn)生二次擾動(dòng)，會(huì)增加周圍建構(gòu)筑物的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并且消耗大量不必要的時(shí)間，成槽結(jié)束后也要等待很長時(shí)間才能灌注混凝土，因而不能充分利用“空間效應(yīng)”[5]。

2.5 混凝土繞流

地下連續(xù)墻澆筑單元槽段混凝土?xí)r，流動(dòng)的混凝土有時(shí)會(huì)在重力及側(cè)向壓力的共同作用下，繞過封頭鋼板或接頭箱、接頭管側(cè)向縫流入到相鄰的槽段(尚未開槽或已成槽的槽段)[9]，即產(chǎn)生混凝土“繞流”現(xiàn)象?；炷翝仓r(shí)發(fā)生繞流，可能是因?yàn)槌刹蹤C(jī)械、技術(shù)人員操作或是地質(zhì)水文原因等其他原因，導(dǎo)致相鄰幅地連墻接頭處存在成槽垂直度差，成槽后地連墻接頭寬度大于接頭箱接頭管的寬度，致使接頭管與地下土體存在空隙[4]，為混凝土繞流提供了可能活動(dòng)空間?；炷晾@流將直接造成相鄰地下連續(xù)墻鋼筋籠無法吊裝就位，會(huì)造成接頭地抗剪強(qiáng)度下降，容易導(dǎo)致接頭滲水，從而為槽壁穩(wěn)定帶來隱患[5]。

3 改善措施

3.1 加固土體

為改善砂性土層的土層性質(zhì)，防止槽壁開挖過程中產(chǎn)生坍塌事故，工程中常采用土體加固改良的方法。下面從加固方法和加固間距兩方面進(jìn)行分析。

3.1.1 土體加固方法

常用的地下連續(xù)墻槽壁加固方法有水泥攪拌樁、高壓噴旋樁和MJS工法樁[5]。

（1）水泥攪拌樁加固方法

水泥攪拌樁是將水泥作為固化劑的主劑，利用攪拌樁機(jī)將水泥噴入土體中充分?jǐn)嚢瑁顾嗯c土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)形成整體。具有擋土和截水雙重功能。此加固技術(shù)適用于廣泛的土質(zhì)范圍，包括砂土、淤泥土、粉土等飽和軟黏土[10]。當(dāng)土體中存在人工填土?xí)r，土體物質(zhì)成分較雜亂，不均勻，會(huì)對(duì)機(jī)械在土層中的攪拌形成障礙，從而導(dǎo)致此加固方法無法使用。同時(shí)，在遇有密實(shí)砂層，夾雜卵石層、淤泥層等多層地質(zhì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，如何有效控制成樁質(zhì)量，確保軟基處理效果[11]也是值得關(guān)注的問題。

（2）高壓噴旋樁加固方法

高壓噴旋樁是利用專門的鉆機(jī)，將帶有特殊噴嘴的注漿管鉆至預(yù)定位置后，將高壓水泥漿液向四周高速噴入土體，并隨鉆頭旋轉(zhuǎn)和提升切削土層，使其混合摻勻從而形成整體。用于砂土、粉土、素填土、碎石土以及淤泥等具有流塑性的土體[12]。其加固效果要優(yōu)于水泥攪拌樁。

（3）MJS工法樁

MJS工法樁是全方位高壓噴射工法樁的簡稱，該工法以傳統(tǒng)形式的高壓噴射注漿技術(shù)為基礎(chǔ)，借助特殊的多孔管以及前端造成裝置[12]，實(shí)現(xiàn)了孔內(nèi)強(qiáng)制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測，可以大幅降低施工中的地形變形，減少對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)地內(nèi)壓力的降低可以進(jìn)一步保證成樁直徑。與傳統(tǒng)的噴旋工藝相比，MJS工法減少了對(duì)周邊環(huán)境的影響。

3.1.2 加固間距

隨著槽壁加固體與槽壁之間距離的增加，槽壁的水平變形和地表沉降變呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢；以變形為控制目標(biāo)，槽壁加固間距的最優(yōu)區(qū)域?yàn)榈乇沓两挡圩畲笾祵?duì)應(yīng)的橫向水平距離位置附近[3]。

3.2 改善泥漿質(zhì)量

優(yōu)化設(shè)計(jì)護(hù)壁泥漿參數(shù)，是解決砂性土層槽壁坍塌最關(guān)鍵的技術(shù)[5]。結(jié)合超聲波槽壁檢測結(jié)果和現(xiàn)場參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，最終確定新制備泥漿的配合比，得到優(yōu)質(zhì)泥漿。通過提高泥漿液面高度、容重，加大泥漿的黏度，減小含砂率，可以有效提升泥漿護(hù)壁的效果。當(dāng)在復(fù)雜地質(zhì)條件下，可以適當(dāng)加大泥漿占比。若增加膨潤土仍無法滿足相應(yīng)的需求時(shí)，還可以添加重晶石，從而增大泥漿的比重[6]。

要按泥漿的使用狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行泥漿指標(biāo)的檢驗(yàn)，以防止泥漿因循環(huán)使用而導(dǎo)致質(zhì)量惡化。砂性土層中循環(huán)泥漿的含砂率非常高，若不及時(shí)處理，形成的泥皮將會(huì)過厚、失水大、沒有韌性，將會(huì)嚴(yán)重影響循環(huán)泥漿的質(zhì)量，對(duì)槽壁穩(wěn)定產(chǎn)生較大影響。因此成槽前必須及時(shí)對(duì)泥漿中的泥沙進(jìn)行分離，目前地連墻施工中一般使用的沉淀法不能及時(shí)有效的處理泥漿中的泥沙，特別是細(xì)小泥沙，可以在施工時(shí)在泥漿系統(tǒng)中設(shè)置泥砂分離器，該分離器及振動(dòng)篩和旋流器為一體，可以極大的處理循環(huán)泥漿中的泥沙。這樣可以有效提高泥漿利用率，提高地連墻的質(zhì)量，并且節(jié)約一定的成本[13]。

3.3 地下水處理

地下水位過高或是地下水滲漏均會(huì)對(duì)地下連續(xù)墻槽壁的穩(wěn)定性進(jìn)行破壞，下面從這兩方面的控制進(jìn)行分析。

3.3.1 降低地下水位

泥漿的液面與地下水位保持一定的合理高差是槽壁穩(wěn)定性的有效控制條件。當(dāng)?shù)叵滤桓哂谀酀{液面時(shí)，要進(jìn)行降水處理。井點(diǎn)降水法，是人工降低地下水位的一種方法。在基坑開挖前，在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水井，利用抽水設(shè)備抽水使所挖的土始終保持干燥。井點(diǎn)降水不僅可以降低地下水位，減少槽壁內(nèi)外水頭壓力差，防止槽壁坍塌失穩(wěn)，而且可以給土體足夠的時(shí)間進(jìn)行固結(jié)，從而增加土體的抗剪強(qiáng)度，同時(shí)使泥漿中的水分滲漏出去，有利于泥皮的形成。因此，井點(diǎn)降水法，是可以不擾動(dòng)砂性土層，避免地連墻槽壁坍塌，并且節(jié)約成本的有效措施。

3.3.2 防止地下水滲漏

在槽壁開挖過程中，如果地連墻槽壁出現(xiàn)水滲漏現(xiàn)象，將會(huì)對(duì)施工帶來不便的影響，滲漏嚴(yán)重時(shí)更會(huì)導(dǎo)致土顆粒流失，引起地面沉陷甚至使得槽壁坍塌。地下連續(xù)墻產(chǎn)生滲漏的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）相鄰地連墻垂直度存在偏差，導(dǎo)致兩幅地下連續(xù)墻出現(xiàn)較大空隙；（2）相鄰地墻接頭處沒有進(jìn)行刷壁處理或是處理不徹底不干凈，造成接縫滲漏；（3）未清除的混凝土繞流在地連墻的接縫內(nèi)，會(huì)形成滲漏的通道；（4）混凝土灌注過程由于塌孔、墻體夾泥，造成滲漏[8]；（5）對(duì)地下連續(xù)墻墻趾注漿效果不佳，導(dǎo)致地下連續(xù)墻的不均勻沉降，從而使得接縫處相對(duì)滑動(dòng)，造成接縫漏水。

防止地連墻槽壁發(fā)生滲漏的處理方法主要分為開挖前和開挖后。

目前，在開挖前針對(duì)地下連續(xù)墻槽壁滲漏問題常用的處理方式是進(jìn)行注漿和地基加固[14]。通過注漿和加固可以形成比較嚴(yán)密的固化層，提高強(qiáng)度和抗?jié)B性能。在開挖前，還應(yīng)該遵循開挖必檢、檢后必處的“掏槽檢縫”制度[14]。

在開挖后，若地下連續(xù)墻槽壁出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，則采用封堵或注漿的方法。當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻有輕微滲水，表現(xiàn)為墻體產(chǎn)生濕漬、產(chǎn)生水珠狀滴漏或者小量流淌時(shí)，可以先將漏水點(diǎn)基面清理干凈，找出準(zhǔn)確的漏水點(diǎn)并破除周邊混凝土至新鮮面，然后沿接縫走向采用鉆孔注漿或快速封堵止水，接著在接縫部位兩側(cè)基層表面涂布防水涂料，最后用聚合物水泥防水砂漿找平或重新澆筑補(bǔ)償收縮混凝土[14]。

隨著眾多學(xué)者對(duì)地連墻防滲技術(shù)的研究，逐漸出現(xiàn)了預(yù)測滲漏點(diǎn)位置的方法，從而幫助提前進(jìn)行槽壁防滲。例如，宋芊[8]建立沈陽北站富水砂層深基坑地下連續(xù)墻三維模型，在確定模型和各影響因素后，改變猜測漏水點(diǎn)的位置，在其附近的地下連續(xù)墻上多處設(shè)置漏水點(diǎn)，從而得到各漏水點(diǎn)的降水?dāng)?shù)據(jù)，與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后，即可預(yù)判出漏水點(diǎn)的位置。此方法可以更加有效地防止槽壁滲漏。

3.4 成槽作業(yè)

在需要穿越填石層等土層成槽時(shí)，可以采取沖抓相互結(jié)合的方法，能夠更好的穿過填石層，保證鄰近建筑物的穩(wěn)定性，提升成槽效率，保證施工質(zhì)量[15]。

快速成槽，有利于降低槽壁坍塌地可能性和提高地連墻表面的平整度，可以有效地提高成槽質(zhì)量?？梢酝ㄟ^優(yōu)先選擇成槽時(shí)間短的成槽機(jī)進(jìn)行成槽施工，并且在地下連續(xù)墻成槽結(jié)束后，立刻進(jìn)行槽壁的檢測、刷泥漿，下放接頭管、鋼筋籠和導(dǎo)管，在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行混凝土的澆灌，減少成槽后的擱置時(shí)間，從而減少因成槽時(shí)間長而導(dǎo)致的槽壁坍塌的危險(xiǎn)。

3.5 混凝土繞流

混凝土繞流情況嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致刷壁時(shí)間增加而加長工期，成槽空置時(shí)間長而導(dǎo)致無法充分發(fā)揮空間效應(yīng)。所以，必須要特別注意地下連續(xù)墻混凝土繞流的預(yù)防。

防繞流措施主要有有以下幾點(diǎn)：（1）根據(jù)實(shí)際成槽情況不斷調(diào)整泥漿配比，保證好泥漿的質(zhì)量；（2）成槽時(shí)注意垂直度的檢測及成槽速度的控制，盡量減少對(duì)槽壁的破壞[16]；（3）設(shè)置防繞流鐵皮，鐵皮可以有效防止混凝土澆灌時(shí)混凝土繞過空隙填充工字鋼與槽段間的空位，從而導(dǎo)致下一段槽段施工困難；（4）控制混凝土澆筑的速度，勻速不間斷且不宜過快，保證混凝土液面平穩(wěn)勻速上升，減少槽壁產(chǎn)生局部壓力差，并且控制好混凝土初凝的時(shí)間，控制鎖扣管的提拔時(shí)間以防止提拔過早；（5）在成槽結(jié)束后土袋回填必須要要分層壓實(shí)，保證回填土有一定的密實(shí)度[5]；（6）嚴(yán)格控制槽段的開挖量，防止超挖。

4 總結(jié)

通過對(duì)地連墻槽壁坍塌的影響因素和改善措施的研究，得出了采取加固土體、改善泥漿質(zhì)量、降低地下水位、優(yōu)化成槽作業(yè)和防止混凝土繞流的措施來降低槽壁坍塌風(fēng)險(xiǎn)，提高地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性的結(jié)論，保證了地下連續(xù)墻的施工安全，同時(shí)也對(duì)后續(xù)的施工帶來一定的借鑒意義。