深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性控制措施

葉登

摘 要：地下連續(xù)墻施工中的槽壁穩(wěn)定性控制是地下連續(xù)墻施工的關(guān)鍵，直接關(guān)系到基坑施工的安全。首先探討了地下連續(xù)墻槽壁失穩(wěn)機(jī)理，分析了影響槽壁穩(wěn)定的土體抗剪強(qiáng)度、土層地質(zhì)條件、護(hù)壁泥漿性能、泥漿液面超高等關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵詞：深基坑圍護(hù)；結(jié)構(gòu)地下連續(xù)；墻槽壁；穩(wěn)定性；控制措施

1 引言

地下連續(xù)墻作為深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，因其突出的整體性和抗?jié)B漏性等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，特別對于緊鄰建構(gòu)筑物的深基坑圍護(hù)，更傾向于采取地下連續(xù)墻形式。但是，地下連續(xù)墻施工中須重點(diǎn)關(guān)注成槽槽壁穩(wěn)定性的控制。自地下連續(xù)墻推廣應(yīng)用以來，因槽壁坍塌而導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)侵界、地下壓力管線爆裂、臨近建構(gòu)筑物產(chǎn)生不可逆破壞等質(zhì)量安全事故時有發(fā)生，尤其在周邊環(huán)境復(fù)雜的軟弱地層進(jìn)行地下連續(xù)墻施工，成槽過程中的槽壁穩(wěn)定性控制更為關(guān)鍵。

2 槽壁失穩(wěn)機(jī)理

地下連續(xù)墻成槽施工，由于土體卸載，導(dǎo)致地層的原有應(yīng)力平衡受到破壞，應(yīng)力場發(fā)生重新分布，進(jìn)而將引起周邊環(huán)境的隨動變化，故最大限度地保持成槽階段土體的應(yīng)力平衡至關(guān)重要。槽段開挖前土層的水平應(yīng)力為

[σ土]=[γ][i=1nγiHi]

式中：K為土層水平側(cè)壓力系數(shù)；γ為各層土體容重；H為各層土體厚度。

槽段開挖后，地層的水平應(yīng)力如果未得到平衡，在水平應(yīng)力作用下，土體將會發(fā)生向槽段內(nèi)的位移并持續(xù)發(fā)展，最終導(dǎo)致槽壁坍塌失穩(wěn)。因此，地下連續(xù)墻成槽時，必須保證槽壁的應(yīng)力平衡，施工中一般采用護(hù)壁泥漿來平衡地層的水平應(yīng)力。護(hù)壁泥漿壓力為

[σ泥]=[γ泥h]

式中：γ泥為泥漿重度；h為泥漿面深度。

在護(hù)壁泥漿作用下，作用于槽壁的水平應(yīng)力差為

[Δσ=][σ土]-[σ泥]=[K][i=1nγiHi]-[γ泥h]

在應(yīng)力差的作用下，將導(dǎo)致槽壁產(chǎn)生位移。如果Δσ為正值，槽壁將向槽段內(nèi)位移；如果Δσ為負(fù)值，槽壁將向槽段外位移。槽壁向槽段內(nèi)位移時，土體壓力將由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訝顟B(tài)，有效降低了土體的側(cè)向壓力，并最終與護(hù)壁泥漿壓力平衡。

3 影響槽壁穩(wěn)定性主要因素分析

根據(jù)槽壁坍塌的位置，項(xiàng)目部從微承壓水、含砂層埋深以及厚度、施工超載、泥漿液面高度以及泥漿質(zhì)量密度、地下連續(xù)墻形狀等幾個方面來分析坍塌的原因。由于開挖的長度大于槽壁寬度，因此在槽開挖過程中，采用平面應(yīng)變問題對成槽開挖過程進(jìn)行模擬。采用Mohr-Coulomb模型作為土體的主要模型，在整個模擬期間，計(jì)算公式見式

P=γZ

式中：

Z——深度；

γ——泥漿重度，并使用換算等效荷載代替泥漿壓力。

3.1 來自微承壓的具體影響

粉質(zhì)黏土夾粉土層中，局部含有大量粉土粉砂。在所有地層當(dāng)中，該層顯得較為薄弱；在模擬過程中，泥漿的整體質(zhì)量密度為1.20kg/m3，泥漿液面高度應(yīng)為地面標(biāo)高-0.20m。對比不同微承壓水水頭高度以及有無微承壓水時，地表和連續(xù)墻槽壁的變化特征如圖1所示。從圖1可分析得出，槽壁水平出現(xiàn)較為明顯的變形，主要是因?yàn)槲⒊袎核^高度加大。當(dāng)微承壓水水頭高度出現(xiàn)了變化，上升為6m的時候，槽壁水平發(fā)生的變形變化也比較明顯；當(dāng)微承壓水水頭高度繼續(xù)上升為10m的時候，土體遭受到不同程度的破壞，要想平衡由于水土壓力所造成的損失，增加泥漿的質(zhì)量密度以及促使液面高度不斷提升是2個主要的解決措施。

3.2 施工超載的影響

在整個施工進(jìn)程當(dāng)中，受到來自施工機(jī)械的影響，地表會出現(xiàn)超載的現(xiàn)象。由于微承壓水會產(chǎn)生一定的作用，所以一定要對其進(jìn)行充分考慮之后，再把施工超載在0、20、40、60、80kN/m2等狀態(tài)下槽壁的具體變形計(jì)算出來。

在超載值從小到大的變化過程中，槽壁水平變形也跟隨變大。如果超載小于60kN/m2，即使超載值增加，也不會給槽壁水平方向帶來明顯變形；如果超載處在大于60kN/m2狀態(tài)下，那么槽壁水平變形情況較為明顯；如果超載處在100kN/m2狀態(tài)下，土體則會出現(xiàn)遭受破壞的現(xiàn)象，槽壁的穩(wěn)定性將會遭受到不同程度的影響；如果超載位置發(fā)生改變，超載位置距離槽壁越遠(yuǎn)，槽壁的水平變形越小。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

某車站位于某市兩主干道交匯處，為地下三層島式車站，基坑形狀類似于馬蹄形。主體結(jié)構(gòu)外包尺寸為143.4m（長）×25.4m，異形區(qū)寬度大，最大外包寬度54.55m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)全部為地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻共75幅，鋼筋籠吊裝長度最淺為43.11m，最深52.81m。

4.2 槽壁穩(wěn)定性控制措施

（1）泥漿配制。泥漿是平衡地層壓力、維持槽壁穩(wěn)定的重要措施。施工中基于地層情況和槽段設(shè)計(jì)情況，配制專用優(yōu)質(zhì)泥漿，設(shè)定適度的泥漿重度，平衡地層水平壓力；同時，控制泥漿在砂性較重的層的失水特性，充分發(fā)揮護(hù)壁泥漿的膠凝作用和泥漿失水而形成的泥皮對穩(wěn)定槽壁的有利作用，確保槽段施工全過程槽壁穩(wěn)定性得到有效控制。

（2）泥漿液面超高。考慮到地下水位較高。且雜填土層較厚的不良地質(zhì)條件，施工中采用泥漿超高措施，確保泥漿液面高于地下水位2m～3m，以降低泥漿液面因漏失而導(dǎo)致槽壁失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高護(hù)壁泥漿穩(wěn)定槽壁的可靠性。

5 結(jié)語

地下連續(xù)墻的成槽穩(wěn)定，受多因素影響，施工中需予以重視。一般的黏性地層，通過優(yōu)化護(hù)壁泥漿性能、提高泥漿液面超高等措施，對槽壁的穩(wěn)定具有良好效果；對砂性較重地層，尤其是地下水位以下的砂性地層，則應(yīng)謹(jǐn)慎對待，采用三軸攪拌樁進(jìn)行成槽前的主動土體改良是行之有效的措施。

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