深基坑围护结构地下连续墙槽壁稳定性控制措施

叶登

摘 要：地下连续墙施工中的槽壁稳定性控制是地下连续墙施工的关键，直接关系到基坑施工的安全。首先探讨了地下连续墙槽壁失稳机理，分析了影响槽壁稳定的土体抗剪强度、土层地质条件、护壁泥浆性能、泥浆液面超高等关键因素。

关键词：深基坑围护；结构地下连续；墙槽壁；稳定性；控制措施

1 引言

地下连续墙作为深基坑围护结构，因其突出的整体性和抗渗漏性等优点而得到广泛应用，特别对于紧邻建构筑物的深基坑围护，更倾向于采取地下连续墙形式。但是，地下连续墙施工中须重点关注成槽槽壁稳定性的控制。自地下连续墙推广应用以来，因槽壁坍塌而导致围护结构侵界、地下压力管线爆裂、临近建构筑物产生不可逆破坏等质量安全事故时有发生，尤其在周边环境复杂的软弱地层进行地下连续墙施工，成槽过程中的槽壁稳定性控制更为关键。

2 槽壁失稳机理

地下连续墙成槽施工，由于土体卸载，导致地层的原有应力平衡受到破坏，应力场发生重新分布，进而将引起周边环境的随动变化，故最大限度地保持成槽阶段土体的应力平衡至关重要。槽段开挖前土层的水平应力为

[σ土]=[γ][i=1nγiHi]

式中：K为土层水平侧压力系数；γ为各层土体容重；H为各层土体厚度。

槽段开挖后，地层的水平应力如果未得到平衡，在水平应力作用下，土体将会发生向槽段内的位移并持续发展，最终导致槽壁坍塌失稳。因此，地下连续墙成槽时，必须保证槽壁的应力平衡，施工中一般采用护壁泥浆来平衡地层的水平应力。护壁泥浆压力为

[σ泥]=[γ泥h]

式中：γ泥为泥浆重度；h为泥浆面深度。

在护壁泥浆作用下，作用于槽壁的水平应力差为

[Δσ=][σ土]-[σ泥]=[K][i=1nγiHi]-[γ泥h]

在应力差的作用下，将导致槽壁产生位移。如果Δσ为正值，槽壁将向槽段内位移；如果Δσ为负值，槽壁将向槽段外位移。槽壁向槽段内位移时，土体压力将由静止状态转变为主动状态，有效降低了土体的侧向压力，并最终与护壁泥浆压力平衡。

3 影响槽壁稳定性主要因素分析

根据槽壁坍塌的位置，项目部从微承压水、含砂层埋深以及厚度、施工超载、泥浆液面高度以及泥浆质量密度、地下连续墙形状等几个方面来分析坍塌的原因。由于开挖的长度大于槽壁宽度，因此在槽开挖过程中，采用平面应变问题对成槽开挖过程进行模拟。采用Mohr-Coulomb模型作为土体的主要模型，在整个模拟期间，计算公式见式

P=γZ

式中：

Z——深度；

γ——泥浆重度，并使用换算等效荷载代替泥浆压力。

3.1 来自微承压的具体影响

粉质黏土夹粉土层中，局部含有大量粉土粉砂。在所有地层当中，该层显得较为薄弱；在模拟过程中，泥浆的整体质量密度为1.20kg/m3，泥浆液面高度应为地面标高-0.20m。对比不同微承压水水头高度以及有无微承压水时，地表和连续墙槽壁的变化特征如图1所示。从图1可分析得出，槽壁水平出现较为明显的变形，主要是因为微承压水水头高度加大。当微承压水水头高度出现了变化，上升为6m的时候，槽壁水平发生的变形变化也比较明显；当微承压水水头高度继续上升为10m的时候，土体遭受到不同程度的破坏，要想平衡由于水土压力所造成的损失，增加泥浆的质量密度以及促使液面高度不断提升是2個主要的解决措施。

3.2 施工超载的影响

在整个施工进程当中，受到来自施工机械的影响，地表会出现超载的现象。由于微承压水会产生一定的作用，所以一定要对其进行充分考虑之后，再把施工超载在0、20、40、60、80kN/m2等状态下槽壁的具体变形计算出来。

在超载值从小到大的变化过程中，槽壁水平变形也跟随变大。如果超载小于60kN/m2，即使超载值增加，也不会给槽壁水平方向带来明显变形；如果超载处在大于60kN/m2状态下，那么槽壁水平变形情况较为明显；如果超载处在100kN/m2状态下，土体则会出现遭受破坏的现象，槽壁的稳定性将会遭受到不同程度的影响；如果超载位置发生改变，超载位置距离槽壁越远，槽壁的水平变形越小。

4 工程应用实例

4.1 工程概况

某车站位于某市两主干道交汇处，为地下三层岛式车站，基坑形状类似于马蹄形。主体结构外包尺寸为143.4m（长）×25.4m，异形区宽度大，最大外包宽度54.55m，围护结构全部为地下连续墙，地下连续墙共75幅，钢筋笼吊装长度最浅为43.11m，最深52.81m。

4.2 槽壁稳定性控制措施

（1）泥浆配制。泥浆是平衡地层压力、维持槽壁稳定的重要措施。施工中基于地层情况和槽段设计情况，配制专用优质泥浆，设定适度的泥浆重度，平衡地层水平压力；同时，控制泥浆在砂性较重的层的失水特性，充分发挥护壁泥浆的胶凝作用和泥浆失水而形成的泥皮对稳定槽壁的有利作用，确保槽段施工全过程槽壁稳定性得到有效控制。

（2）泥浆液面超高。考虑到地下水位较高。且杂填土层较厚的不良地质条件，施工中采用泥浆超高措施，确保泥浆液面高于地下水位2m～3m，以降低泥浆液面因漏失而导致槽壁失稳的风险，从而提高护壁泥浆稳定槽壁的可靠性。

5 结语

地下连续墙的成槽稳定，受多因素影响，施工中需予以重视。一般的黏性地层，通过优化护壁泥浆性能、提高泥浆液面超高等措施，对槽壁的稳定具有良好效果；对砂性较重地层，尤其是地下水位以下的砂性地层，则应谨慎对待，采用三轴搅拌桩进行成槽前的主动土体改良是行之有效的措施。

参考文献：

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[2] 李小青，潘鸿宝.成槽作业中泥浆的护壁作用分析[J].探矿工程，2001（4）：21～23.

[3] 李会民，邓士川.地下连续墙槽壁稳定模型试验及极限平衡状态的研究[J].陕西建筑，1992（3）.