地下连续墙成槽施工槽壁稳定机制分析

刘阳

（太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002）

0 引言

地下连续墙是一种优质的支护结构，能够适应复杂地质条件特别是软土区域。在现实情况下，地下连续墙的施工过程对土地本身有不小的扰动影响，因此会发生地层的变形与位移，在施工中如果存在不当，则可能会引起大面积的地面沉降。泥浆护壁能够维持地下连续墙的侧压力，但是由于影响泥浆护壁稳定性的因素较多，当前的研究还不足，缺乏对坍塌的及时预见性，就较容易发生安全事故，本文着重分析在地下连续墙成槽的过程中发生的安全稳定性隐患，对影响槽孔稳定性的因素进行全面分析，并分析失稳机制和受力路径，提出能够确保槽壁稳固性能的有效措施。

1 槽壁的影响因素

1.1 内因

地下连续墙施工采用的膨润土泥浆，由于自身的化学性质，膨润土在静态下呈溶胶状，有扰动时才液化，槽壁的稳定性是借由泥浆的压力抵抗水土压力形成的平衡，泥浆比重不得低于1.05，但是泥浆的形成过程往往会混入杂质，如果比重较大就会影响泥浆的流动性，影响混凝土浇筑。泥浆能够渗入周边土体空隙，之后形成凝胶层，虽然说对粗粒土非常有利。但是因为粗粒土的渗透系数较大，所以泥浆有可能会发生流失现象引起槽壁内压力下降，造成坍塌。施工场地的性质是固定的，只能采取措施加固不良地质，从平衡的角度来看，泥浆压力必须大于水土压力，因此控制好泥浆面与地下水位的高差对提高槽壁稳定性有积极作用。

1.2 外因

机械设备在施工中有振动，因此对槽壁稳定性是不利的，在低下连续墙施工之前必须先浇筑导墙确保地表土地层次的稳固性，避免发生槽壁塌陷，并把握地下连续墙整体的垂直度。开挖时候设备的移动会影响泥浆的流动性，不断流动的泥浆会冲刷周边槽壁上的泥土颗粒，破坏槽壁引起失稳。同时地下连续墙周边的大型施工设备超载会造成槽壁压力的增加，不同的槽段施工顺序也会影响槽壁的稳定性，一般采用跳仓法进行施工，能够提高土体的拱效应，提高开挖稳定性，但是如果开挖后静止时间太长，也会发生泥浆沉淀，造成压力下降。

2 槽壁在施工过程中的失稳

通常对于地下连续墙设施的施工深度都等于或者大于40m，但是发生失稳现象的范围却固定在5~10m 的范围，失稳破坏在地表呈现矩形或者圆形，通过调查分析表明深层土体的安全稳固性最差，浅层失稳主要是泥浆护壁发生失稳现象的关键因素。

地下连续墙槽壁的失稳可以采用平面滑动模型进行分析模拟，如图1 所示。

其中q 为地面均布荷载；rb为泥浆的重度；Fb为泥浆对槽壁的压力；r 为土体的有效重度；rsat为土体的饱和重度，W 为滑动体的重力；带eqv 的均为等效值；c 为土体的粘聚力。

分析可以发现土体的粘聚力越大，槽壁的稳定临界深度就越大；地面均布荷载越大，槽壁的稳定临界深度就越小；泥浆的等效重度越大，槽壁的稳定临界深度就越大；土体的等效饱和重度越大，槽壁的稳定临界深度就越小。特定深度下的地下连续墙则临界深度越大，稳定性越好。

图1 槽壁稳定分析模型

因此，槽壁的稳定度与临界深度，与地面荷载、槽壁土体的重度、粘聚力、泥浆标高均有关系，适当增加泥浆重度和提高液面等都能够提高泥浆槽壁的稳定性，但是降低地下水位会引起土体的固结引起附加沉降，故实际工程中一般不采用。研究表明：浅层有软土进行成槽施工，会引起泥浆变化过大，造成槽壁失稳，导致后续的混凝土充盈系数变大，增加混凝土用量，见图2。

图2 混凝土充盈系数过大

3 槽壁土体的应力传递

地下连续墙开挖是连续的，对于槽壁的土体单元，受力状态时刻在发生变化，应力分析图见图3，计算假定与图1 相同。

图3 槽壁土体应力状态

开挖前土体处于应力平衡状态，开挖后土体单元应力有逐渐向着破坏线过度的趋势，但是开挖时会产生负孔压以及拱效应，维护孔壁的安全。但是随着时间的推移，负孔压逐渐消失，槽壁开始不稳定，因此开挖后应当尽早浇筑混凝土。

图4 槽壁土体应力传递路径

4 维护槽壁稳定的措施

槽壁坍塌往往由于泥浆液面较低、发生漏浆现象或者施工不当造成泥浆液面下降；泥浆护壁的参数不当，压力过小；软土开挖过快；成槽后浇筑时间太晚；地面荷载过大等。为了维护槽壁稳定，防止坍塌，可以采用下面措施：①在软土地层中应当减慢钻进速度，不要空钻过长；②泥浆应当选用合格的材料并且控制比重不低于1.05，并注意调整液面标高；③钢筋笼的下放不能太晚，一般成槽清空后要立即下放，并浇筑混凝土，缩短槽段的空置时间；④结合导墙施工并对周边土体进行预加固。

5 结语

槽壁的稳定机制与开挖深度关系不明显，主要失稳形式是浅层失稳，局部多为软土或者砂性较重的土质，泥浆波动较大也会引起槽壁坍塌。泥浆压力是影响槽壁是否稳定的重要因素，在施工时应当严格控制泥浆液面与地下水的高差。槽壁一开挖时有负压力能够维持孔壁稳定性，但是时间过长负压力会消失，降低槽壁的稳定性，因此应当早放钢筋笼并浇筑混凝土。