地下连续墙槽壁中加固方案设计与效果分析

摘要：地下连续墙槽壁坍塌困扰施工，高压旋喷桩可以对软弱地基进行加固。通过对上海市铜山街某项目的分析，说明高压旋喷桩可以对槽壁进行加固，加固效果良好。高压旋喷桩施工参数的选择和开挖时间的控制对于槽壁加固效果具有决定性的作用。

关键词：槽壁加固阳角高压旋喷桩

中图分类号： TU74文献标识码：A

地下连续墙由于其抗渗性好、强度高、适宜城市施工等优点而得到了广泛应用，而槽孔的坍塌问题一直困扰着地下连续墙的施工和墙体质量的保证。上海地区工程地质条件较差，第四纪沉积土大面积覆盖，地下水位埋深浅，造成了在该地区开挖的地下连续墙槽孔较高比例的坍塌。

为了保证施工的顺利进行和建成后墙体的质量，专业技术人员采用多项措施对槽壁进行保护。主要可分为两类：（1）改变外部因素，即增加泥浆重度，改善施工环境，减少机械扰动等；（2）改变土体性质，通过一定的软弱地基加固技术，将一定范围内的原土体进行加固，人为的增加其强度。以上两种方法都能提高槽壁的稳定性，后者的投入往往能够取得较好的加固效果。

1 工程概况

1.1项目简介

上海市铜山街旧改南块项目，南临浦东大道，东至民生路，西至桃林路中欧地块，北至昌邑路。本工程设置两层地下室，基坑挖深为10.20—12.70m，地下连续墙部分共47幅槽段，墙厚分800mm与1000mm，高度从25.0m—46m，槽孔深度为25.6—46.6m。

1.2工程地质条件

工程场地位于长江三角洲入海口东南前缘，其地貌属于上海地区四大地貌单元中的滨海平原类型。场地地基土均属第四纪松软沉积物。为方便分析与计算，将土层性质均值化，等效土体重度取 KN/m3，等效内聚力 kPa，等效摩擦角。上海市地下水位埋深常年在0.5-1.5米之间。

2槽孔坍塌情况

在槽孔开挖期间，针对不同形状和厚度的槽段，出现了不同情况的坍塌。坍塌判断依据主要为：在开挖过程中，上提抓斗需要较大拉力，在进行新的回次抓土时不能下放到底；在灌注水下混凝土阶段，充盈系数过大，这都表明槽壁土体已经坍落。

以下是该地层坍塌的几个特点：

（1）坍塌现象普遍存在。在所有槽段中，在开挖过程47个不同形状的槽段，按照混凝土灌注充盈系数（以下简称充盈系数，确定方法为实际混凝土浇筑量除以理论量）大于102%来判定，有32个槽段出现了坍塌；22个槽段坍塌较严重，充盈系数超过了105%；6个槽段坍塌十分严重，超过了120%。

（2）坍塌的深度大致在相同的埋深上。通过坍塌槽段的超声波检测图像分析可以发现，一般坍塌的位置处在2-4米之间，另外在下部12到14米处也出现了局部垮塌。

图1-1其中一矩形槽段的超声波检测图

（3）其他形状的槽段比矩形槽段坍塌程度更加严重。根据形状可以将项目中槽段分为T形、偏T形、钝角形和矩形，经过统计各个形状槽段的充盈系数可以发现，T形和偏T形槽段坍塌最为严重，钝角其次，矩形稳定性最好。

槽壁加固前各形状槽段

混凝土浇筑充盈系数统计表

（4）在T形槽段呈现阳角面槽壁坍塌更为严重，对应面相对较好。分析T形超声波深度及垂直度检测图像可以发现，槽壁坍塌面都在阳角附近。如图5-2为T形槽段E3-1的超声波检测图像，右边图像为阳角面，2-4米出现了较大面积的坍塌，12-14米也出现了垮塌，对应的另一面在12-14米没有出现坍塌现象。

图5-2T形槽段E3-1的超声波检测图

总结以上几大特点和现场情形分析可以得出这样的结论：（1）地下连续墙在泥浆护壁的条件下开挖仍然有一定程度的坍塌，坍塌位置相近；（2）在外界条件相同的状况下，坍塌程度与槽段形状有关

其中阳角为槽壁主要破坏区域。

3.加固方案设计

3.1加固位置确定

在泥浆护壁条件下仍然不能满足槽壁稳定的情况下，就需要对槽壁进行加固，根据上海地区已有项目的经验，项目组决定采用高压旋喷桩对槽壁进行加固。鉴于T形和偏T形槽段坍塌程度严重，决定重点对这样形状的槽段进行加固，加固面主要为阳角面。下面为高压旋喷桩在地下连续墙地区的加固分布图。

图5-3项目场地东侧地下连续墙加固图

图5-4项目场地西侧地下连续墙加固图

3.2桩身参数选择

桩体形成后的参数决定了其加固的范围，要选定高压旋喷桩的工艺参数，就必须先对槽壁坍塌的范围进行确定。根据经典的槽壁坍塌计算理论，槽壁坍塌范围的确定可以按照下面的力学模型图来进行计算。

取单位长槽壁进行计算，令坍塌体的高度为，地下水位取1米，泥浆水位为0，为坍塌体上表面受到的超载，经计算取为5。

坍塌体自重为：

，

其中：——土的天然重度，——水的重度。

坍塌面上受到的压力：

，

其中：——泥浆重度。

超载：。

根据受力平衡条件可得：

根据库伦定理，滑动面上能够提供的最大抗剪力为：

其中: ——土体的内摩擦角，——土体内聚力。

将该项目工程参数代入计算：

；

;

根据高压旋喷注浆法的加固原理，结合在上海地区槽壁加固和软地基处理经验，采用双重管法进行施工。相应的参数确定为：0.8的水灰比，水泥浆压力为20MPa，空气压力为0.8MPa。对于土体性质进行分析，第三大层主要为淤泥质砂土，粘聚力和摩擦角均较小，为相对软弱层，集合超声波坍塌图像坍塌的深度范围在2米-14米，综合这些因素将旋喷桩的加固深度控制为桩顶埋深2米，桩底埋深12.5米。

4.加固效果分析

在高压旋喷桩施工完成后，为了使桩体强度有较高的强度，决定在一个星期后才开始对加固槽段进行开挖。给予固结体一定的时间主要考虑到三点因素：（1）固结体的水化作用比较缓慢，需要时间达到较高的强度；（2）水泥浆在桩体中会有部分渗透至周围土体，有助于周围土体强度的提升；（3）成槽机所使用的挖斗具有较高的掘进能力，在工期内，挖斗能够正常掘进具有一定强度的桩体。

虽然高压旋喷桩的桩径由于土体性质不同桩体在不同的深度具有不同的桩径，但由于本地区软土层性能差别不是太大，根据双重管高压旋喷桩在上海第四纪软土层中的施工经验，并文献【李粮刚】中对于桩体直径的取值范围，桩体加固范围（桩径）取为800mm，作为加固计算的依据。

经过加固取得了较好的槽壁稳定效果，土体坍塌情况得到了一定程度的改善，施工过程较顺利。加固的偏T形槽段中部分效果明显，另一部分效果一般，主要与开挖时间有关。下表是在不同加固完成时段开挖的偏T形槽段充盈系数的对比情况：

表5-4偏T形槽段加固前后后充盈系数对照表

偏T形槽段的主要特点为在开挖后，槽孔具有两个阳角槽壁，但其中一个距离横边缘较近，一定程度上缓解了应力集中。对于T形槽段，两个阳角槽壁对称，采用加固方案时，也是对称设计的，由于工期原因在加固7天后进行开挖加固效果不明显，加固前的充盈系数为1.20，加固后为1.18，没有取得较好的加固效果。

通过总结以上两点不难得出这样的结论：（1）高压旋喷桩在此地区应用到槽壁加固中是可行的，加固方案中所选取的参数也是合理的；（2）达到能维护槽壁稳定强度的固结体需要一定的水化反应时间，这个时间在15天左右。

5.结论

高压旋喷桩处理软弱地基的机理成熟和实践经验丰富，对于槽壁加固具有较强的实际应用意义。本文结合具体项目加固实例，通过计算和对比分析，说明了此种加固方法能够实现槽壁加固，取得良好的经济和质量效益。

通过进一步的分析，发现高压旋喷桩的参数选择对于土体加固范围和强度起着决定性的作用。同样，开挖时间关系到水泥土的发育，进而影响加固土体的强度。

参考文献：

[1] 黄小峰.夹层土采用高压旋喷桩防渗止水与强度指标的对比分析[J].水运工程，2008(8):178- 181[2] 龚贵林，王凤荣.高压旋喷注浆法在处理高速公路软土地基的应用[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2011,10（3）：13- 17