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地下连续墙槽壁稳定性影响因素的分析
地下连续墙槽壁稳定性影响因素的分析 一、引言 地下连续墙成槽过程中,仅仅依靠槽段内的液态膨润土护壁泥浆来维持槽 壁的稳定性并控制槽段外土体的变形,施工中稍有不慎极有可能产生槽壁失稳坍 塌,引起墙体混凝士超方或结构尺寸超出允许界限,导致槽段外土体的过大变形, 甚至引起灾害性地面坍陷,当槽段距建筑物或管线较近时,也可能会造成管线断裂、 建筑物倾斜等更严重的不良后果。此外,在基坑开挖阶段,槽壁坍塌造成的混凝土 超出允许界限将影响内部结构施工,超方混凝土的凿除不仅增加工程成本,还会延 长基坑开挖时间,从而加大基坑变形。二、槽壁稳定影响因素简介 泥浆护壁成槽过程中维持槽壁稳定的有利因素主要包括:(1)泥浆对槽壁的 静水侧压力;(2)泥浆阻止槽壁土颗粒移动的涂抹作用;(3)槽壁膨润土滤饼产生的 结构膜效应;(4)泥浆渗入到槽壁土颗粒间隙间产生的胶凝作用;(5)电渗力;(6)槽段 内泥浆的被动抗力;(7)三维作用效应。鉴于此,维护槽壁稳定的施工技术措施:(1) 尽可能使槽段内护壁泥浆液面保持较高的高度;
(2)适当增加泥浆的容重;(3)适当 降低槽段外地下水位;(4)避免槽段外地面超载;(5)成槽开挖前进行槽壁地基处理, 提高土体的强度。
三、护壁泥浆的性质对槽壁稳定影响分析 膨润土泥浆的这种弱胶结性质有两个作用:首先,可以悬浮部分土颗粒,减 少槽段底部的沉渣;其次,当泥浆液面高度高于地下水位,泥浆在内外压力差的作 用下可向槽壁周围土体内渗入,土颗粒间的孔隙被填充封堵后,很快就可以在槽壁 上形成一层类似于不透水薄膜的泥皮,以保证泥浆的静液压力能够作用在槽壁上, 抵抗槽壁周围土体的土压力和水压力。在普通液体流速范围内,膨润土泥浆呈现 出粘滞流体的特征。因此,膨润土泥浆与理想流体不同,它的粘性不能仅用一个参 数表示,而是必须由塑性粘度及屈服值两个参数表示。这两个参数值随着粘土浓 度的增加而急剧增加。泥浆失水量的大小与形成泥浆质量的好坏有密切关系,失 水量小的泥浆所形成的泥皮薄而韧,截水性强;失水量大的泥浆所形成的泥皮厚而 脆,截水性差。疏松透水的泥皮不但没有护壁作用,还会阻碍成槽机械的上下运动, 造成槽壁表面土体的剥落或槽壁坍塌。因此,了解泥浆中膨润土的浓度与质量,是 调整泥浆性能指标的重要依据之一。四、场地条件对槽壁稳定影响分析 泥浆具有护壁作用的一个重要原因是泥浆能够渗入槽壁周围土体孔隙内, 并在槽壁面上形成的凝胶层,即泥皮。泥皮形成的必要条件是泥浆渗入地层并能 在壁面上产生滤饼,也就是地层必须具有一定的渗透性。因此,在砂性土层内容易 形成泥皮,而在粘土中则比较困难。泥浆向槽壁周围地层中渗透而形成的泥皮对 槽壁稳定是有利的。如果地层的渗透系数很大,泥浆的触变性能很差,那么泥浆就 会渗入到砂砾卵石地层中很远的地方而不能形成凝胶,从而使泥浆大量流失,这就 会造成槽段内泥浆液面迅速下降。因施工场地的地层分布是自然沉积形成的,施 工中无法选择,工程中常采用地基加固的措施来改善槽壁两侧土体的地质条件,确 保施工过程中槽壁的稳定性、槽壁竖向垂直度、墙体的施工质量以及墙竖向接缝 的防渗性能。槽壁加固常采用水泥土搅拌桩、高压旋喷桩或注浆的方法对地下连 续墙槽段两侧一定范围内的土体进行预加固。
五、地下水位对槽壁稳定影响分析 从静力平衡角度来看,护壁泥浆压力必须大于地下水压力并平衡掉部分土 压力,泥浆的护壁作用才能有效发挥。泥浆液面与地下水位之间的相对高差因此 成为工程实施的控制条件之一。施工中一般均要求泥浆液面高出地下水位0.5m 以上。一些槽壁失稳的实例有时是由于地下断层、裂隙或岩溶发育造成漏浆或跑 浆引起泥浆液面下降到地下水位以下导致的,或是由于突发洪水引起地下水位上 升高于泥浆液面而产生的。因此,提高对场地水文地质条件的认识,可以提高槽壁 失稳的科学预见性,提前或及时采取有效措施,预防突发失稳事件的发生。
六、开挖槽段的形状与尺寸对槽壁稳定影响分析 泥浆护壁成槽开挖工程中槽段的平面形状主要有圆形(如灌注桩)和矩形 (如地下连续墙),有时也有“T”形开挖。
七、开挖机械对槽壁稳定影响分析 显然,开挖机械的重量和施工中的振动对槽壁的稳定是不利的。因此地下 连续墙在成槽前必须先修筑导墙,一方面维护表土层的稳定,避免发生槽口坍塌, 另一方面作为地下连续墙按设计要求进行施工的准绳,控制槽段开挖的垂直度。
在开挖过程中,挖斗的形状、循环往复的提升和下降速度会影响挖槽中泥浆的流 动,使槽壁周围地基土体中的孔隙水压力上升,当泥浆的流动从层流转变为湍流时,槽壁上的泥皮或土颗粒将会受到冲蚀,增加局部破坏甚至可能整体失稳的风险。
从成槽机械对槽壁泥皮的影响来看,如果用回转式成槽机进行挖土则不会有太大 的影响,若使用冲击式或抓斗式的成槽机,则由于机具在槽段内需要上下移动,容 易把槽壁面上的泥皮碰落。因此,为了保护槽壁面的泥皮,也必须注意施工机械的 选择问题。
八、施工工艺对槽壁稳定影响分析 不同槽段成槽的先后顺序对槽壁的稳定也有一定的影响。一般采用间隔施 工(跳仓法)比顺序施工更有利于地基土拱效应的发挥,从而提高开挖的稳定性。此 外,开挖时间或成槽后的静置时间如果过长,泥浆会发生絮凝和沉淀,上部泥浆的 容重将减小,降低槽壁的稳定性。因此,泥浆护壁成槽开挖后应及时下放钢筋笼并 浇筑混凝土。
