濱海地層地下連續(xù)墻銑槽法施工槽壁穩(wěn)定性分析

劉戰(zhàn)宏，雒紅衛(wèi)

LIU Zhan-hong,LUO Hong-wei

（中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710054）

隨著我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，地下連續(xù)墻由于可作為快速軌道交通系統(tǒng)、港池等工程的支撐圍護(hù)、本體利用設(shè)施等特點(diǎn)，已逐漸在多數(shù)城市的重點(diǎn)工程建設(shè)中被采用，而墻體成槽技術(shù)是地下連續(xù)墻施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。地下連續(xù)墻成槽施工采用泥漿護(hù)壁成槽技術(shù)，槽壁的穩(wěn)定安全是地下連續(xù)墻施工的基本前提。在成槽施工過(guò)程中，經(jīng)常有槽壁坍塌的現(xiàn)象發(fā)生，槽壁坍塌現(xiàn)象在軟弱疏松土層或含砂性?shī)A層等非穩(wěn)定土層尤為常見(jiàn)。影響槽段穩(wěn)定安全的因素很多，而且也很復(fù)雜，這些因素可分為內(nèi)在影響因素和外界影響因素，內(nèi)在因素包括地基的土質(zhì)條件、泥漿的性質(zhì)和液位、地下水位以及地下連續(xù)墻成槽的形狀和尺寸，外界因素包括成槽施工工藝、槽段擱置時(shí)間以及施工荷載等。槽壁穩(wěn)定理論是地下連續(xù)墻施工工藝中一個(gè)傳統(tǒng)而經(jīng)典的技術(shù)課題。結(jié)合工程實(shí)例，在地下連續(xù)墻深度、成槽方法已知的條件下確定安全、經(jīng)濟(jì)、合理的槽段劃分方案是施工前的一項(xiàng)首要工作。

1 槽壁穩(wěn)定性分析方法及選擇

目前，地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性分析的力學(xué)建模常用方法有以下3 種:①拋物線(xiàn)圓柱體法；②梅耶霍夫經(jīng)驗(yàn)公式法；③非粘性土經(jīng)驗(yàn)公式法。

由于本工程位于唐山京溏港濱海平原地帶，工程地層主要為第四系全新統(tǒng)（Q4）及上更新統(tǒng)（Q3）海相及海陸交互地層。根據(jù)地層的工程性質(zhì)，共分為4 層，各層土物理力學(xué)指標(biāo)相差較大，而拋物線(xiàn)圓柱體法是在假設(shè)土層均勻的條件下來(lái)分析計(jì)算的，非粘性土經(jīng)驗(yàn)公式只針對(duì)非粘性土，因此結(jié)合本工程施工實(shí)際情況，選用梅耶霍夫經(jīng)驗(yàn)公式法對(duì)槽段的穩(wěn)定性進(jìn)行分析驗(yàn)算。

2 槽段穩(wěn)定性分析及驗(yàn)算

2.1 初始給定條件

1）場(chǎng)地地貌 場(chǎng)地所在地貌單元上屬濱海平原地帶，地勢(shì)較平坦，距離港池大約2km，地面標(biāo)高為3.50m（場(chǎng)地平整后實(shí)測(cè)標(biāo)高）。

2）地層巖性 根據(jù)地層的沉積原因、物理力學(xué)性質(zhì)，自上而下分為4 大層，各土層性質(zhì)如下。第一層（Ⅰ）為近代河流沉積或人工挖掘回填土，巖性主要為粉細(xì)砂、粉土，平均厚度2.50m；第二層（Ⅱ）以粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土為主，局部為粉土，粉細(xì)砂與粉質(zhì)粘土多呈交互層狀。粉細(xì)砂為灰色，為松散－中密狀態(tài)，飽和，屬中低壓縮性土，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N 平均值為15擊；粉質(zhì)粘土，灰色，軟塑－可塑，很濕，屬中高壓縮土，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N平均值為9 擊，平均厚度7.70m。第三層（Ⅲ）以粉質(zhì)粘土為主，局部與粉細(xì)砂呈互層，灰－黑灰色，軟塑－可塑狀態(tài)，屬中高壓縮性土，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N平均值為7 擊，平均厚度3.8m；第四層（Ⅳ）以粉細(xì)砂為主，灰－褐灰色，密實(shí)狀態(tài)，飽和，屬低壓縮性土，該層土厚度大，工程性質(zhì)良好，本層在局部加粉土、粉質(zhì)粘土透鏡體，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N 平均值為55 擊。

3）水文地質(zhì)條件 地下水為第四系孔隙潛水，實(shí)測(cè)水位平均埋深2.0m，環(huán)境水對(duì)混凝土具有強(qiáng)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性。

4）性質(zhì)指標(biāo) 各層地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1 所示。

表1 各層地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

5）其他資料 地面標(biāo)高+3.50m，地下水位標(biāo)高+1.80m，槽段內(nèi)泥漿標(biāo)高+3.0m，槽底標(biāo)高-31.7m。泥漿比重10.5～12.0kN/m3，采用雙輪銑槽機(jī)成槽施工時(shí)的地面均布荷載180kPa。槽段寬度（即墻體厚度）0.8m，施工中槽段最大劃分長(zhǎng)度為6.6m。

2.2 槽壁穩(wěn)定性計(jì)算

圖1 槽壁穩(wěn)定性計(jì)算

1）槽段最大允許長(zhǎng)度計(jì)算 如圖1 所示，在槽壁穩(wěn)定性系數(shù)取值為1.6 時(shí)，槽段最大允許長(zhǎng)度為9.1m，計(jì)算公式如下。槽壁穩(wěn)定性安全系數(shù)

式中 Fs——槽壁穩(wěn)定性安全系數(shù)，取1.6；

cu——粘土的不排水抗剪強(qiáng)度（kPa）；

P0m——槽壁外側(cè)槽底水平壓力（kPa）；

P1m——槽壁內(nèi)側(cè)槽底水平壓力（kPa）；

B——槽段寬度（m）；

L——槽段長(zhǎng)度（m）。

2）泥漿比重與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系分析 泥漿比重與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系曲線(xiàn)如圖2 所示。

圖2 泥漿比重與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系曲線(xiàn)

3）泥漿深度與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系分析 泥漿深度與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系曲線(xiàn)如圖3 所示。

圖3 泥漿深度與槽壁穩(wěn)定性關(guān)系曲線(xiàn)

3 保證槽壁穩(wěn)定的注意事項(xiàng)

1）為確保泥漿護(hù)壁發(fā)揮作用，泥漿液面必須高于地下水位1.0～1.5m。

2）在二期槽段施工時(shí)，應(yīng)采取及時(shí)糾偏、調(diào)整銑輪轉(zhuǎn)速等方法，盡量減少銑槽機(jī)刀架的振動(dòng)，防止鋼筋混凝土導(dǎo)墻下部槽壁坍塌。

3）在銑槽過(guò)程中，充分做好鋼筋籠吊裝及混凝土灌注各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，在清槽達(dá)標(biāo)后及時(shí)進(jìn)行下道工序施工。

4）如果確因客觀原因，槽段無(wú)法及時(shí)混凝土澆筑施工時(shí)，應(yīng)定時(shí)測(cè)定槽段內(nèi)泥漿的容重，一旦低于標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)及時(shí)采取措施，提高泥漿容重。

4 效果及結(jié)論

由以上理論計(jì)算并結(jié)合工程實(shí)際施工情況，成槽施工中選取的最大槽段長(zhǎng)度為6.6m，槽段是穩(wěn)定安全的，未發(fā)生任何坍塌、縮孔現(xiàn)象。通過(guò)分析計(jì)算，并且從泥漿護(hù)壁開(kāi)挖穩(wěn)定性影響因素和失穩(wěn)機(jī)理的分析，可以得到以下結(jié)論：護(hù)壁泥漿的液面高度、容重是控制泥漿護(hù)壁槽段穩(wěn)定性的關(guān)鍵控制參數(shù)；槽段的整體穩(wěn)定性主要受槽壁而非槽底的穩(wěn)定性所支配，淺層失穩(wěn)是泥漿護(hù)壁槽段的主要失穩(wěn)形式。

由于梅耶霍夫經(jīng)驗(yàn)公式法在對(duì)槽段進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)未考慮泥皮對(duì)槽段穩(wěn)定性的影響，因此，梅耶霍夫經(jīng)驗(yàn)公式是偏于安全的一種計(jì)算方法,在此計(jì)算依據(jù)的指導(dǎo)下，本項(xiàng)目順利完成300 水平延米、約10000 立方的地下連續(xù)墻施工任務(wù)，得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也為同類(lèi)工程的實(shí)施提供了思路和經(jīng)驗(yàn)。

[1]廖云川.雙輪銑槽機(jī)成槽在地下連續(xù)墻施工中的優(yōu)勢(shì)[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2009，(6)：48-50.

[2]徐永剛，魏子龍.地下連續(xù)墻成槽施工參數(shù)對(duì)槽壁穩(wěn)定的影響研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30（S2)：3464-3470.