地下连续墙槽孔稳定性分析及护壁预防措施研究

王霁旭

摘要：指出了地下连续墙在施工的过程中，经常会有槽壁发生坍塌的现象，尤其是在砂性较重或者粘聚力较差的地层中，槽孔的安全稳定成为了影响地下连续墙施工质量的一个重要因素。对地下连续墙槽孔稳定性影响因素进行了分析，对槽孔开挖过程中的预防措施进行了探讨，以期为工程施工提供指导。

关键词：地下连续墙；槽孔；稳定性；预防措施

中图分类号：TU476.3

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）16016903

1引言

高铁时代的到来以及我国的建筑市场的发展，促使地下连续墙越来越多的被应用于实际工程中[1]。地下连续墙在施工的过程中，往往会出现槽壁坍塌的情况，尤其是在砂性较重的不稳定地层中，这种情况相对严重，易导致混凝土绕流，大大降低了连续墙的施工质量。因此，确保槽孔的稳定性就成为了地下连续墙施工成功的关键因素之一[2]。

为此，基于水力学、土力学和泥浆胶体化学原理，对地下连续墙槽孔稳定的影响因素进行分析，以及施工过程中稳定性整体与局部分析。同时对于槽孔开挖过程中如何防止孔壁坍塌给出相应的预防措施，以期为现场施工提供指导。

2槽孔稳定性影响因素分析

影响槽孔稳定性的因素可从内因和外因两个角度来看，其中泥浆重度、土层条件、单位槽段尺寸的大小及形状及地下水位条件构成了内因；而外因主要由场地施工荷载、槽段的开挖顺序、施工机械及施工时间组成[3]。

泥浆护壁的机理是在孔壁表面上形成一层泥皮，泥浆压力作用在泥皮上，在压力差的作用下，可以抵消失稳作用力，有效防止槽壁坍塌，保证其稳定性。

2.1影響稳定性内部因素

地层土体的颗粒级配及粒径对槽壁的稳定性会产生一定影响，这主要是由于不同的土层颗粒泥浆的渗透及泥皮的形成厚度不同。在颗粒较大的土层中，泥浆的渗透路径较长，容易导致泥浆的大量流失，影响泥皮的形成，不利于维持槽壁的稳定性。

在地下连续墙成槽的过程中，泥浆发挥着重要作用。泥浆的护壁效果受两方面的影响：一方面是需要泥浆液柱具有一定的高度差；另一方面是要在泥浆的渗透作用下形成泥皮。在施工的时候应控制好泥浆的密度和高度，同时做好补浆工作，从而维持槽壁的稳定。此外，薄而韧以及抗渗好的泥皮护壁效果最好，所以对泥浆的含砂量、粘度、失水量有一定的要求，若泥浆的失水量较小，则能在槽壁表面形成质量较高的泥皮，达到的护壁效果也较好。

地下水位的高度决定着泥浆在槽壁表面的作用力，在压力差较小时，泥浆的渗透速度较慢，需时较长，阻碍了泥皮的形成，影响了槽壁的稳定性。相反，若压力差较大，则有助于泥皮的形成，能有效保持槽壁的稳定。通过一些试验证明，地下水位的降低可以有效帮助槽壁保持一定的稳定性。

单位槽段的形状多种多样，有矩形、圆形、L 型、T 型。在这些形状中，圆形的稳定性要高于其他形状，由于圆形形成环形的封闭应力拱，土体的环向应力向径向转移。然而，对于矩形槽来说，当槽段尺寸超过 5m时，矩形槽往往会出现失稳的情况，这主要是由于槽段长度较长会削弱土拱效应，以至于接近平面应变的情况。

2.2影响稳定性外部因素

影响地下连续墙孔壁的外部因素通常有开挖机械、地面超载、开挖时间和施工顺序等。

（1）开挖机械。开挖机械的撞击在成槽过程中对槽壁的稳定性有影响，且用抓斗法对槽壁的撞击作用要大于潜水电钻等钻孔方法。

（2）地面超载。当场地上有施工荷载时，槽壁的稳定性将面临挑战。一方面负孔隙水所形成的压力要大于无施工荷载时的负孔隙水压力；另一方面施工荷载对槽壁附近的土体尤其是浅层较显著，会增大土体的剪应力值，有可能超过临界破坏值，造成槽壁失稳。

（3）开挖时间。成槽施工时间越长，则整个过程暴露的时间就越长，会增大槽壁的土体位移，造成变形的进一步加大，对周围环境也会造成一定的影响，所以要控制成槽时间以保证槽壁的稳定性。

（4）施工顺序。槽段的施工顺序应尽量错开，以避免相邻槽段连续施工的相互影响，降低槽段的稳定性。

3槽孔施工过程中稳定性分析

在地下连续墙成槽施工过程中槽壁的稳定性起着关键作用，如果发生失稳，周围地表将发生较大的沉降，且有可能造成临近管线的破坏。当在吊钢筋笼时出现塌方现象，则会使墙体夹泥，影响墙体质量。槽壁的失稳主要有整体失稳和局部失稳[4]。

3.1槽孔整体稳定性分析

近年来通过现场观测及试验研究，连续墙的开挖深度虽然一般都超过20 m，但其失稳的深度却主要发生在表层或浅层5～15 m左右。破坏面沿着整个槽长分布，形状主要为椭圆形或者矩形。可见，在槽壁的整体失稳中，以浅层失稳为主（图1）。

3.2槽孔局部稳定性分析

在成槽的整个过程中，泥皮对槽壁的稳定性起着重要作用。在成槽初期，由于泥皮尚未形成，槽壁的稳定性主要依靠于泥浆的渗透力。此时，当局部存在软弱土层或砂性较重的土层，槽壁的泥浆很可能由于液面波动较大或者标高的急降，难以维持与土压力的平衡，导致局部失稳和引起超挖（图2）。

4槽孔稳定性预防措施

地下连续墙槽孔在开挖的过程中，经常会受到地基土、地下水和泥浆质量等影响，从而导致槽孔内侧槽壁发生坍塌现象。为了保证地下连续墙施工能够顺利的开展，槽孔开挖需考虑以下预防措施[5]。

（1）区分不同地层的特性，在施工中区别对待，有针对性地制定施工方案。对于不同的地层，在施工中考虑的因素也不尽相同，比如砂性地层，在这种地层中泥浆对土层的渗透不易形成较厚的泥皮，无法维持槽壁的稳定性，存在一定的安全隐患，因此在砂性地层的施工中，应充分考虑时效稳定因素。除此以外，对于地下水位的高度应予以重视，关注其变化情况，并根据情况对地下水头进行相应的调整。endprint

（2）对挖土机械进行恰当的选择，并正确操作以减轻施工中的振动。挖土机械是开挖过程中必不可少的工具，其本身的质量和重量都会对施工产生直接的影响，在施工前，应当结合施工地点的实际情况对机械的重量进行分析，同时选择质量较好的机械，为工程施工提供良好的基础设备。在实际施工中，机械的运动是一个循环往复的过程，机械的上升及下降速度以及挖斗的形状都会对槽中泥浆的流动产生一定的影响。一旦这种流动转变成湍流，便会冲蚀槽壁上的泥皮或土颗粒，槽壁的稳定性将受到破坏，加大施工难度。为此，在机械操作中，要保持匀速运动，控制好槽段的存储量及泥浆的注浆量，掌控好工程进度。

（3）对地面超载状况进行合理规划，尤其是超载的分布形式和重量大小。在施工中，通常都会用到大型的机械设备，而对于施工中的槽孔来说，地面承受压力过大，很有可能会影响槽壁的稳定性，影响施工的顺利进行。因此，考虑到地面的承载能力有限，在槽段附近应尽量避免使用大型的机械设备，以减少地面的振动。但若无法避免，则可采取一定的方法来增强对地面的保护，如选择刚性地面或在地面上铺设钢板。此外，地面的超载情况也与施工材料的放置有关。对此，在选择材料的放置地点时，应远离槽段，同时对放置点的材料重量进行限制，合理安排分布状况，不得将施工材料置于一处。

（4）开槽时，在最大程度上减少扰动次数，以保证施工质量、提高施工效率。在开挖槽段附近，应尽量避免重车的走动。开槽完成后，应在确保工程质量的前提下，提高施工效率，尽快完成各项施工工序，减少对施工的扰动。

（5）考虑到施工顺序的先后对槽孔的稳定性具有不同的影响，施工中应合理安排施工序。地下连续墙工程在施工的过程中，一般可以用间隔方法来施工，尽可能地发挥地基的土拱效应，从而保证开挖的稳定性，使其满足规范的要求。另外，在施工过程中，若开挖工期过长或将槽孔长时间的静置，则会影响泥浆的质量，产生沉淀、絮凝等反应，随着泥浆质量密度的减小，槽孔稳定性也随之下降。为了尽可能地保证开挖的稳定性，减少槽孔的静置时间，在完成泥浆护壁、成槽施工阶段后，应充分利用时间，将所需的施工材料进行合理安置。

5结语

通过对目前国内常用的地下连续墙槽孔稳定影响因素以及施工过程中稳定性整体与局部分析。结果表明地基土、地下水和泥浆是影响槽孔开挖稳定性最为重要的因素。对于如何保证地下连续墙导墙稳定性，从槽孔开挖过程中给出相应的预防措施，以期对实际工程有所指导。

参考文献：

[1]

丛蔼森. 地下连续墙的设计施工与应用[M].北京： 中国水利水电出版社， 2001.

[2]陈怀伟. 杭州地区地下连续墙施工工艺研究[D]. 上海：同济大学， 2008.

[3]卢鑫. T型地下连续墙槽壁稳定性及变形研究[D].广州：华南理工大学， 2013.

[4]王革. 地下连续墙施工中的槽壁稳定性影響因素及控制措[J].地基基础， 2015，38（1）：4～6.

[5]陈孟红. 地下连续墙局部与整体稳定性分析[J].公路工程， 2013，38（4）：218～221.endprint