滨海地层地下连续墙铣槽法施工槽壁稳定性分析

刘战宏，雒红卫

LIU Zhan-hong,LUO Hong-wei

（中铁一局集团有限公司，陕西 西安 710054）

随着我国建筑业的快速发展，地下连续墙由于可作为快速轨道交通系统、港池等工程的支撑围护、本体利用设施等特点，已逐渐在多数城市的重点工程建设中被采用，而墙体成槽技术是地下连续墙施工的关键环节。地下连续墙成槽施工采用泥浆护壁成槽技术，槽壁的稳定安全是地下连续墙施工的基本前提。在成槽施工过程中，经常有槽壁坍塌的现象发生，槽壁坍塌现象在软弱疏松土层或含砂性夹层等非稳定土层尤为常见。影响槽段稳定安全的因素很多，而且也很复杂，这些因素可分为内在影响因素和外界影响因素，内在因素包括地基的土质条件、泥浆的性质和液位、地下水位以及地下连续墙成槽的形状和尺寸，外界因素包括成槽施工工艺、槽段搁置时间以及施工荷载等。槽壁稳定理论是地下连续墙施工工艺中一个传统而经典的技术课题。结合工程实例，在地下连续墙深度、成槽方法已知的条件下确定安全、经济、合理的槽段划分方案是施工前的一项首要工作。

1 槽壁稳定性分析方法及选择

目前，地下连续墙槽壁稳定性分析的力学建模常用方法有以下3 种:①抛物线圆柱体法；②梅耶霍夫经验公式法；③非粘性土经验公式法。

由于本工程位于唐山京溏港滨海平原地带，工程地层主要为第四系全新统（Q4）及上更新统（Q3）海相及海陆交互地层。根据地层的工程性质，共分为4 层，各层土物理力学指标相差较大，而抛物线圆柱体法是在假设土层均匀的条件下来分析计算的，非粘性土经验公式只针对非粘性土，因此结合本工程施工实际情况，选用梅耶霍夫经验公式法对槽段的稳定性进行分析验算。

2 槽段稳定性分析及验算

2.1 初始给定条件

1）场地地貌 场地所在地貌单元上属滨海平原地带，地势较平坦，距离港池大约2km，地面标高为3.50m（场地平整后实测标高）。

2）地层岩性 根据地层的沉积原因、物理力学性质，自上而下分为4 大层，各土层性质如下。第一层（Ⅰ）为近代河流沉积或人工挖掘回填土，岩性主要为粉细砂、粉土，平均厚度2.50m；第二层（Ⅱ）以粉细砂、粉质粘土为主，局部为粉土，粉细砂与粉质粘土多呈交互层状。粉细砂为灰色，为松散－中密状态，饱和，属中低压缩性土，标准贯入试验锤击数N 平均值为15击；粉质粘土，灰色，软塑－可塑，很湿，属中高压缩土，标准贯入试验锤击数N平均值为9 击，平均厚度7.70m。第三层（Ⅲ）以粉质粘土为主，局部与粉细砂呈互层，灰－黑灰色，软塑－可塑状态，属中高压缩性土，标准贯入试验锤击数N平均值为7 击，平均厚度3.8m；第四层（Ⅳ）以粉细砂为主，灰－褐灰色，密实状态，饱和，属低压缩性土，该层土厚度大，工程性质良好，本层在局部加粉土、粉质粘土透镜体，标准贯入试验锤击数N 平均值为55 击。

3）水文地质条件 地下水为第四系孔隙潜水，实测水位平均埋深2.0m，环境水对混凝土具有强腐蚀性，对钢结构具有中等腐蚀性。

4）性质指标 各层地基土物理力学性质指标如表1 所示。

表1 各层地基土物理力学性质指标

5）其他资料 地面标高+3.50m，地下水位标高+1.80m，槽段内泥浆标高+3.0m，槽底标高-31.7m。泥浆比重10.5～12.0kN/m3，采用双轮铣槽机成槽施工时的地面均布荷载180kPa。槽段宽度（即墙体厚度）0.8m，施工中槽段最大划分长度为6.6m。

2.2 槽壁稳定性计算

图1 槽壁稳定性计算

1）槽段最大允许长度计算 如图1 所示，在槽壁稳定性系数取值为1.6 时，槽段最大允许长度为9.1m，计算公式如下。槽壁稳定性安全系数

式中 Fs——槽壁稳定性安全系数，取1.6；

cu——粘土的不排水抗剪强度（kPa）；

P0m——槽壁外侧槽底水平压力（kPa）；

P1m——槽壁内侧槽底水平压力（kPa）；

B——槽段宽度（m）；

L——槽段长度（m）。

2）泥浆比重与槽壁稳定性关系分析 泥浆比重与槽壁稳定性关系曲线如图2 所示。

图2 泥浆比重与槽壁稳定性关系曲线

3）泥浆深度与槽壁稳定性关系分析 泥浆深度与槽壁稳定性关系曲线如图3 所示。

图3 泥浆深度与槽壁稳定性关系曲线

3 保证槽壁稳定的注意事项

1）为确保泥浆护壁发挥作用，泥浆液面必须高于地下水位1.0～1.5m。

2）在二期槽段施工时，应采取及时纠偏、调整铣轮转速等方法，尽量减少铣槽机刀架的振动，防止钢筋混凝土导墙下部槽壁坍塌。

3）在铣槽过程中，充分做好钢筋笼吊装及混凝土灌注各项准备工作，在清槽达标后及时进行下道工序施工。

4）如果确因客观原因，槽段无法及时混凝土浇筑施工时，应定时测定槽段内泥浆的容重，一旦低于标准，应及时采取措施，提高泥浆容重。

4 效果及结论

由以上理论计算并结合工程实际施工情况，成槽施工中选取的最大槽段长度为6.6m，槽段是稳定安全的，未发生任何坍塌、缩孔现象。通过分析计算，并且从泥浆护壁开挖稳定性影响因素和失稳机理的分析，可以得到以下结论：护壁泥浆的液面高度、容重是控制泥浆护壁槽段稳定性的关键控制参数；槽段的整体稳定性主要受槽壁而非槽底的稳定性所支配，浅层失稳是泥浆护壁槽段的主要失稳形式。

由于梅耶霍夫经验公式法在对槽段进行稳定性分析时未考虑泥皮对槽段稳定性的影响，因此，梅耶霍夫经验公式是偏于安全的一种计算方法,在此计算依据的指导下，本项目顺利完成300 水平延米、约10000 立方的地下连续墙施工任务，得了良好的经济效益和社会效益，也为同类工程的实施提供了思路和经验。

[1]廖云川.双轮铣槽机成槽在地下连续墙施工中的优势[J].建筑技术开发，2009，(6)：48-50.

[2]徐永刚，魏子龙.地下连续墙成槽施工参数对槽壁稳定的影响研究[J].岩石力学与工程学报，2011，30（S2)：3464-3470.