地下連續(xù)墻槽孔穩(wěn)定性分析及護(hù)壁預(yù)防措施研究

王霽旭

摘要：指出了地下連續(xù)墻在施工的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)有槽壁發(fā)生坍塌的現(xiàn)象，尤其是在砂性較重或者粘聚力較差的地層中，槽孔的安全穩(wěn)定成為了影響地下連續(xù)墻施工質(zhì)量的一個(gè)重要因素。對(duì)地下連續(xù)墻槽孔穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行了分析，對(duì)槽孔開(kāi)挖過(guò)程中的預(yù)防措施進(jìn)行了探討，以期為工程施工提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：地下連續(xù)墻；槽孔；穩(wěn)定性；預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：TU476.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）16016903

1引言

高鐵時(shí)代的到來(lái)以及我國(guó)的建筑市場(chǎng)的發(fā)展，促使地下連續(xù)墻越來(lái)越多的被應(yīng)用于實(shí)際工程中[1]。地下連續(xù)墻在施工的過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)槽壁坍塌的情況，尤其是在砂性較重的不穩(wěn)定地層中，這種情況相對(duì)嚴(yán)重，易導(dǎo)致混凝土繞流，大大降低了連續(xù)墻的施工質(zhì)量。因此，確保槽孔的穩(wěn)定性就成為了地下連續(xù)墻施工成功的關(guān)鍵因素之一[2]。

為此，基于水力學(xué)、土力學(xué)和泥漿膠體化學(xué)原理，對(duì)地下連續(xù)墻槽孔穩(wěn)定的影響因素進(jìn)行分析，以及施工過(guò)程中穩(wěn)定性整體與局部分析。同時(shí)對(duì)于槽孔開(kāi)挖過(guò)程中如何防止孔壁坍塌給出相應(yīng)的預(yù)防措施，以期為現(xiàn)場(chǎng)施工提供指導(dǎo)。

2槽孔穩(wěn)定性影響因素分析

影響槽孔穩(wěn)定性的因素可從內(nèi)因和外因兩個(gè)角度來(lái)看，其中泥漿重度、土層條件、單位槽段尺寸的大小及形狀及地下水位條件構(gòu)成了內(nèi)因；而外因主要由場(chǎng)地施工荷載、槽段的開(kāi)挖順序、施工機(jī)械及施工時(shí)間組成[3]。

泥漿護(hù)壁的機(jī)理是在孔壁表面上形成一層泥皮，泥漿壓力作用在泥皮上，在壓力差的作用下，可以抵消失穩(wěn)作用力，有效防止槽壁坍塌，保證其穩(wěn)定性。

2.1影響穩(wěn)定性內(nèi)部因素

地層土體的顆粒級(jí)配及粒徑對(duì)槽壁的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生一定影響，這主要是由于不同的土層顆粒泥漿的滲透及泥皮的形成厚度不同。在顆粒較大的土層中，泥漿的滲透路徑較長(zhǎng)，容易導(dǎo)致泥漿的大量流失，影響泥皮的形成，不利于維持槽壁的穩(wěn)定性。

在地下連續(xù)墻成槽的過(guò)程中，泥漿發(fā)揮著重要作用。泥漿的護(hù)壁效果受兩方面的影響：一方面是需要泥漿液柱具有一定的高度差；另一方面是要在泥漿的滲透作用下形成泥皮。在施工的時(shí)候應(yīng)控制好泥漿的密度和高度，同時(shí)做好補(bǔ)漿工作，從而維持槽壁的穩(wěn)定。此外，薄而韌以及抗?jié)B好的泥皮護(hù)壁效果最好，所以對(duì)泥漿的含砂量、粘度、失水量有一定的要求，若泥漿的失水量較小，則能在槽壁表面形成質(zhì)量較高的泥皮，達(dá)到的護(hù)壁效果也較好。

地下水位的高度決定著泥漿在槽壁表面的作用力，在壓力差較小時(shí)，泥漿的滲透速度較慢，需時(shí)較長(zhǎng)，阻礙了泥皮的形成，影響了槽壁的穩(wěn)定性。相反，若壓力差較大，則有助于泥皮的形成，能有效保持槽壁的穩(wěn)定。通過(guò)一些試驗(yàn)證明，地下水位的降低可以有效幫助槽壁保持一定的穩(wěn)定性。

單位槽段的形狀多種多樣，有矩形、圓形、L 型、T 型。在這些形狀中，圓形的穩(wěn)定性要高于其他形狀，由于圓形形成環(huán)形的封閉應(yīng)力拱，土體的環(huán)向應(yīng)力向徑向轉(zhuǎn)移。然而，對(duì)于矩形槽來(lái)說(shuō)，當(dāng)槽段尺寸超過(guò) 5m時(shí)，矩形槽往往會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，這主要是由于槽段長(zhǎng)度較長(zhǎng)會(huì)削弱土拱效應(yīng)，以至于接近平面應(yīng)變的情況。

2.2影響穩(wěn)定性外部因素

影響地下連續(xù)墻孔壁的外部因素通常有開(kāi)挖機(jī)械、地面超載、開(kāi)挖時(shí)間和施工順序等。

（1）開(kāi)挖機(jī)械。開(kāi)挖機(jī)械的撞擊在成槽過(guò)程中對(duì)槽壁的穩(wěn)定性有影響，且用抓斗法對(duì)槽壁的撞擊作用要大于潛水電鉆等鉆孔方法。

（2）地面超載。當(dāng)場(chǎng)地上有施工荷載時(shí)，槽壁的穩(wěn)定性將面臨挑戰(zhàn)。一方面負(fù)孔隙水所形成的壓力要大于無(wú)施工荷載時(shí)的負(fù)孔隙水壓力；另一方面施工荷載對(duì)槽壁附近的土體尤其是淺層較顯著，會(huì)增大土體的剪應(yīng)力值，有可能超過(guò)臨界破壞值，造成槽壁失穩(wěn)。

（3）開(kāi)挖時(shí)間。成槽施工時(shí)間越長(zhǎng)，則整個(gè)過(guò)程暴露的時(shí)間就越長(zhǎng)，會(huì)增大槽壁的土體位移，造成變形的進(jìn)一步加大，對(duì)周圍環(huán)境也會(huì)造成一定的影響，所以要控制成槽時(shí)間以保證槽壁的穩(wěn)定性。

（4）施工順序。槽段的施工順序應(yīng)盡量錯(cuò)開(kāi)，以避免相鄰槽段連續(xù)施工的相互影響，降低槽段的穩(wěn)定性。

3槽孔施工過(guò)程中穩(wěn)定性分析

在地下連續(xù)墻成槽施工過(guò)程中槽壁的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用，如果發(fā)生失穩(wěn)，周圍地表將發(fā)生較大的沉降，且有可能造成臨近管線的破壞。當(dāng)在吊鋼筋籠時(shí)出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，則會(huì)使墻體夾泥，影響墻體質(zhì)量。槽壁的失穩(wěn)主要有整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)[4]。

3.1槽孔整體穩(wěn)定性分析

近年來(lái)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及試驗(yàn)研究，連續(xù)墻的開(kāi)挖深度雖然一般都超過(guò)20 m，但其失穩(wěn)的深度卻主要發(fā)生在表層或淺層5～15 m左右。破壞面沿著整個(gè)槽長(zhǎng)分布，形狀主要為橢圓形或者矩形?？梢?jiàn)，在槽壁的整體失穩(wěn)中，以淺層失穩(wěn)為主（圖1）。

3.2槽孔局部穩(wěn)定性分析

在成槽的整個(gè)過(guò)程中，泥皮對(duì)槽壁的穩(wěn)定性起著重要作用。在成槽初期，由于泥皮尚未形成，槽壁的穩(wěn)定性主要依靠于泥漿的滲透力。此時(shí)，當(dāng)局部存在軟弱土層或砂性較重的土層，槽壁的泥漿很可能由于液面波動(dòng)較大或者標(biāo)高的急降，難以維持與土壓力的平衡，導(dǎo)致局部失穩(wěn)和引起超挖（圖2）。

4槽孔穩(wěn)定性預(yù)防措施

地下連續(xù)墻槽孔在開(kāi)挖的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受到地基土、地下水和泥漿質(zhì)量等影響，從而導(dǎo)致槽孔內(nèi)側(cè)槽壁發(fā)生坍塌現(xiàn)象。為了保證地下連續(xù)墻施工能夠順利的開(kāi)展，槽孔開(kāi)挖需考慮以下預(yù)防措施[5]。

（1）區(qū)分不同地層的特性，在施工中區(qū)別對(duì)待，有針對(duì)性地制定施工方案。對(duì)于不同的地層，在施工中考慮的因素也不盡相同，比如砂性地層，在這種地層中泥漿對(duì)土層的滲透不易形成較厚的泥皮，無(wú)法維持槽壁的穩(wěn)定性，存在一定的安全隱患，因此在砂性地層的施工中，應(yīng)充分考慮時(shí)效穩(wěn)定因素。除此以外，對(duì)于地下水位的高度應(yīng)予以重視，關(guān)注其變化情況，并根據(jù)情況對(duì)地下水頭進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。endprint

（2）對(duì)挖土機(jī)械進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇，并正確操作以減輕施工中的振動(dòng)。挖土機(jī)械是開(kāi)挖過(guò)程中必不可少的工具，其本身的質(zhì)量和重量都會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生直接的影響，在施工前，應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工地點(diǎn)的實(shí)際情況對(duì)機(jī)械的重量進(jìn)行分析，同時(shí)選擇質(zhì)量較好的機(jī)械，為工程施工提供良好的基礎(chǔ)設(shè)備。在實(shí)際施工中，機(jī)械的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，機(jī)械的上升及下降速度以及挖斗的形狀都會(huì)對(duì)槽中泥漿的流動(dòng)產(chǎn)生一定的影響。一旦這種流動(dòng)轉(zhuǎn)變成湍流，便會(huì)沖蝕槽壁上的泥皮或土顆粒，槽壁的穩(wěn)定性將受到破壞，加大施工難度。為此，在機(jī)械操作中，要保持勻速運(yùn)動(dòng)，控制好槽段的存儲(chǔ)量及泥漿的注漿量，掌控好工程進(jìn)度。

（3）對(duì)地面超載狀況進(jìn)行合理規(guī)劃，尤其是超載的分布形式和重量大小。在施工中，通常都會(huì)用到大型的機(jī)械設(shè)備，而對(duì)于施工中的槽孔來(lái)說(shuō)，地面承受壓力過(guò)大，很有可能會(huì)影響槽壁的穩(wěn)定性，影響施工的順利進(jìn)行。因此，考慮到地面的承載能力有限，在槽段附近應(yīng)盡量避免使用大型的機(jī)械設(shè)備，以減少地面的振動(dòng)。但若無(wú)法避免，則可采取一定的方法來(lái)增強(qiáng)對(duì)地面的保護(hù)，如選擇剛性地面或在地面上鋪設(shè)鋼板。此外，地面的超載情況也與施工材料的放置有關(guān)。對(duì)此，在選擇材料的放置地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)遠(yuǎn)離槽段，同時(shí)對(duì)放置點(diǎn)的材料重量進(jìn)行限制，合理安排分布狀況，不得將施工材料置于一處。

（4）開(kāi)槽時(shí)，在最大程度上減少擾動(dòng)次數(shù)，以保證施工質(zhì)量、提高施工效率。在開(kāi)挖槽段附近，應(yīng)盡量避免重車的走動(dòng)。開(kāi)槽完成后，應(yīng)在確保工程質(zhì)量的前提下，提高施工效率，盡快完成各項(xiàng)施工工序，減少對(duì)施工的擾動(dòng)。

（5）考慮到施工順序的先后對(duì)槽孔的穩(wěn)定性具有不同的影響，施工中應(yīng)合理安排施工序。地下連續(xù)墻工程在施工的過(guò)程中，一般可以用間隔方法來(lái)施工，盡可能地發(fā)揮地基的土拱效應(yīng)，從而保證開(kāi)挖的穩(wěn)定性，使其滿足規(guī)范的要求。另外，在施工過(guò)程中，若開(kāi)挖工期過(guò)長(zhǎng)或?qū)⒉劭组L(zhǎng)時(shí)間的靜置，則會(huì)影響泥漿的質(zhì)量，產(chǎn)生沉淀、絮凝等反應(yīng)，隨著泥漿質(zhì)量密度的減小，槽孔穩(wěn)定性也隨之下降。為了盡可能地保證開(kāi)挖的穩(wěn)定性，減少槽孔的靜置時(shí)間，在完成泥漿護(hù)壁、成槽施工階段后，應(yīng)充分利用時(shí)間，將所需的施工材料進(jìn)行合理安置。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)常用的地下連續(xù)墻槽孔穩(wěn)定影響因素以及施工過(guò)程中穩(wěn)定性整體與局部分析。結(jié)果表明地基土、地下水和泥漿是影響槽孔開(kāi)挖穩(wěn)定性最為重要的因素。對(duì)于如何保證地下連續(xù)墻導(dǎo)墻穩(wěn)定性，從槽孔開(kāi)挖過(guò)程中給出相應(yīng)的預(yù)防措施，以期對(duì)實(shí)際工程有所指導(dǎo)。

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