复杂地质条件下地下连续墙减压降水槽壁加固技术研究及应用

徐先达

摘 要：为解决宁波地区微承压水粉砂地层中地下连续墙槽壁失稳问题，结合宁波轨道交通地下连续墙施工，利用理论计算与现场试验相结合的方法，对减压降水槽壁加固施工技术进行研究，确定适合的降深、井深、井间距、抽水量等关键参数，最后进行现场应用效果分析和经济成本分析。

关键词：地下连续墙；减压降水；槽壁加固；微承压水；粉砂层

0 引言

地下连续墙施工的成败关系到后序基坑开挖的安全，尤其在沿海软土地区地下连续墙的施工质量控制难度较大，在这种地质条件下地下连续墙施工中容易出现槽壁坍塌，为防止地下连续墙施工槽壁坍塌，主要控制途径有槽壁土加固、控制泥浆质量、地下连续墙施工预降水措施[1-2]。其中，槽壁两侧进行三轴搅拌桩预加固成本高、代价大、耗能多，而地下连续墙施工预降水措施较少使用，尤其在深厚粉砂层微承压水地层中采用预降水措施很少有系统研究。

本文以宁波轨道交通地下连续墙施工为背景，介绍了减压降水槽壁加固技术原理。为探究采用减压降水降低③1层微承压水位、辅助增强泥浆护壁效果的可行性，文中首先分析了减压降深与槽壁稳定性关系、渗流数值模拟与地表沉降的关系，并根据理论计算结果确定试验方案，寻找合适的降深、井深、井间距、抽水量等关键参数，最后对地下连续墙减压降水槽壁加固施工应用效果和经济成本进行分析。

1 减压降水槽壁加固技术原理

1.1泥浆护壁基本原理

影响槽壁稳定性的因素包括[3]：内因主要是地层条件、泥浆性能、地下水位以及槽段划分尺寸、形状等；外因主要是成槽机械、施工顺序及槽段外场地施工荷载等。泥浆护壁是其基本原理：泥浆通过在地层中渗漏在槽壁上形成泥皮，并在压力差的作用下，将有效作用力作用在泥皮上以抵消失稳作用力从而保证槽壁稳定。其它因素既定时，地下水位对泥浆护壁、槽壁稳定性影响较大，尤其是在浅部砂性土分布较厚的地层条件下。在地下连续墙开挖前，通过降低粉砂土中微承压水的水头高度，减少外侧水土压力，使之与内侧泥浆压力持平，确保槽壁稳定。

1.2减压降水槽壁加固技术原理

根据槽壁稳定的有利与不利因素，减压降水的加固作用主要有以下两方面[3]。

（1）降水提高土体强度

成槽前的减压降水也可提高土体强度，有利于槽壁稳定。土体强度的提高与含水率变化、固结程度等有关。

（2）降低地下水位

水头高度的降低增加了泥浆压力与槽壁孔隙水压力的压力差；同时，压力差的增加也提高了泥浆入渗土体的水力梯度、渗透速度，有助于泥皮的快速形成、渗入带变宽，均是有利于槽壁稳定的。

2 工程概况

宁波轨道交通2号线一期TJ2108标范围为二站一区间，压赛堰站、压赛堰站～大通桥站、大通桥站（含3号线换乘段）均为明挖施工，周边环境比较简单。主体围护结构均为800mm厚地下连续墙，其中宁波轨道交通2号线地下连续墙最深约33m，共323幅；宁波轨道交通3号线地下连续墙最深约53m，共75幅。

2.1工程地质情况

基坑开挖范围内分布有①1填土、①2粘土、①3淤泥质粘土、②1粘土、②2b层淤泥质粘土、②3层淤泥质粉质粘土、②4层淤泥质粘土、③1层粉土，粉砂夹粉质粘土、③2层粉质粘土、④2层粘土、⑤1层粘土、⑤2层粉质粘土、⑤3层粉土、⑥2层粉质粘土、⑥2a层粉土、⑦1层粉质粘土和⑧1层粉砂、粉土等。其中，对地下连续墙施工有重要影响的③1、③1a层厚度为4.8m～11.1m，且2号线底板均坐落在该层。地下水主要为第四系松散浅层孔隙潜水类型和深部松散岩类孔隙承压水。

3.1理论分析

为研究成槽降水与地下连续墙槽壁稳定性的关系，以及成槽降水对周边环境的影响，分别采用槽壁稳定性计算软件计算降水深度对槽壁稳定性的影响，以及采用有限元滲流模型模拟降水与地表沉降的关系。

根据场地内工程地质、水文地质情况，以及拟进行试验的槽壁施工情况，对采用减压降水的槽壁稳定性进行计算如下：成槽内泥浆压力和土层水土压力，对本试验不同深度的泥浆压力、土层水土侧压力进行计算，结果如图2所示。基坑围护结构采用800mm厚地下连续墙，插入深度均为30m左右，预估群井单井涌水量约为8.0m3/d，在现有的基坑围护设计条件下，对减压降水的可行性进行数值模拟分析。开启3口减压井进行减压降水，预测承压含水层顶部水位降深等值线图，如图3、4所示。

从图2计算可知，在常规条件下随着深度的增加，不同深度静止水土侧压力均大于静止泥浆压力，槽壁处于不稳定状态；当采用减压降水辅助措施后，随减压降深逐渐加大，不同深度处槽壁稳定性系数逐渐增加；当水位降深7～10m时，槽段处于较稳定～稳定范畴，此种降深下槽壁稳定性较好，槽壁基本不会发生坍塌等现象。综上所述，采用减压降水辅助成槽手段从理论计算上可以有助于成槽槽壁稳定性提高；尤其对于本工程涉及的③1层粉土、粉砂层，易通过减压降水实现较大的水位降深，提升槽壁稳定性。

根据渗流情况，利用建立的三维渗流沉降模型可以预测此减压期间对周边沉降影响。从图4中可以看出，在持续减压抽水2天后此区域减压基本结束，降水引起的沉降等值线如图4所示，距降水中心20m范围内沉降4.0～11.0mm，距降水中心20m外影响小于4mm，基坑减压降水对坑外环境有一定的影响，但总体影响程度在监测报警范围内。

3.2试验研究

从图8中可知，采用减压降水槽壁加固效果明显优于未降水前常规成槽效果。未进行成槽降水时，成槽质量差、锯齿状缺口较严重。降深5m且拉大井距时，仍有轻微锯齿状缺口；当降深7m时，成槽质量较5m降深时效果有所提高，但仍有轻微锯齿状缺口；降深8.6m且井距密时，槽壁稳定性较5m、7m降深有所提高，并且垂直度也较5m、7m降深较好。所以，在较小井间距条件下，较大减压降深（8.6m降深）成槽效果最好，槽壁稳定性佳，对成槽质量提高效果显著。

（2）降水成槽环境影响

为评估成槽降水对周边环境的影响，在影响范围内的地表沉降和分层沉降两个方面进行监测，地表沉降监测共计8天时间，C1～C20共20个监测进行观测。从图9、10中可以得出：

1）在成槽抽水階段，横向监测剖面线各点均有不同程度的沉降，随时间变化具有一定的规律性，且随着至抽水中心的距离增大，沉降量逐渐减小；抽水结束后，地表呈现出回弹趋势；

2）试验期间最大沉降约6.5mm，一般沉降在3～5mm，且在试验停止抽水后沉降有回弹，回弹1～2mm，最终沉降在3～4mm。

4 现场应用效果及成本分析

4.1现场应用效果

根据上述试验取得的成果对标段内地下连续墙进行减压降水槽壁加固施工，降水井单侧间距12m，两侧交叉布置，每幅槽段施工时启动其附近4口进行减压降水，每幅槽段施工前12小时开始减压降水，现场应用效果如图11所示。成槽后经超声波检测，每幅槽段稳定性良好，满足钢筋笼吊装和混凝土浇筑时槽壁稳定性要求，地下连续墙施工质量超声波检查图如图12所示。

4.2成本分析

5 结论

（1）宁波地区粉砂土层中槽壁失稳原因是土体自身粘聚力低，承压水头高，泥浆压力不足以稳定土体，在抓斗取土带动泥浆的冲刷下，土体逐渐剥落，泥皮难以形成。

（2）减压降水成槽加固是为了降水提高土体强度，降低地下水位减少槽壁水土压力，有利于泥皮形成。

（3）在合理的降水系统条件下，在井间距6～8m、距槽壁约2～3m处，宁波地区影响槽壁稳定性的③1可达到7.0～9.5m目标降深，减压井单井抽水量在6.0～8.0m3/d。

（4）减压降水辅助成槽对环境影响较小，试验期间的地表沉降，10m以内平均10～15mm，10m以外范围平均3～5mm；试验后，出现明显回弹，约20%。

（5）降水成槽方法没有污染、耗能低、成槽效率高，降水成槽抽出来的水也可以拌浆、洗井或者是场地保洁等重复利用，达到节能减排的目的。

参考文献

[1]曹宏，潘毅.浅层砂质粉土中地下连续墙成槽的稳定措施[J].深基坑设计与施工技术，2010.

[2]姜朋明，胡中雄，刘建航.地下连续墙槽壁稳定性时空效应分析[J].岩土工程学报，1999.

[3]汪宏强，王洪新，陈立生.粉土层中保持地下连续墙槽壁稳定的井点降水控制技术[J].建筑施工，2010.

[4]陈金铭.减压降水辅助地下连续墙成槽施工试验研究[J].施工技术，2013.