濕陷性黃土高邊坡支護(hù)施工技術(shù)

魏明越，沈羽臣，張 磊，段 飛，沈益國(guó)

（中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司，北京 100024）

0 引言

高邊坡的處理一直以來(lái)都是工程施工的重點(diǎn)難題，隨著我國(guó)大力推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，高邊坡越來(lái)越多地出現(xiàn)在工程建設(shè)中，尤其在我國(guó)西北地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程中。由于地理?xiàng)l件、水文地質(zhì)條件、氣象特征、周圍自然環(huán)境等因素影響，高邊坡勘察、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維影響著群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全，其穩(wěn)定性直接影響基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的健康發(fā)展。

1 工程概況

西咸新區(qū)第二水廠出廠管道工程施工（第八標(biāo)段）項(xiàng)目位于陜西省咸陽(yáng)市S208省道附近，工程給水管道穿過(guò)北傾溝范圍是開(kāi)闊的U形溝谷，溝底為現(xiàn)狀水系，平均跨度約60m，溝谷上方擬建輸水管道及桁架橋。在北傾溝北岸坡腳約1m處擬建桁架橋橋墩與承臺(tái)，坡頂擬修建6m寬的綠道及副橋墩，北岸邊坡由黃土、古土壤為主要土層，其中，黃土屬于Ⅳ級(jí)自重濕陷性黃土，場(chǎng)地高度30～32m，綜合坡率1∶0.8。

由于北傾溝兩岸邊坡坡腳因水位升降侵蝕已出現(xiàn)部分垮塌，同時(shí)北傾溝河道水系治理單位在修建施工便道時(shí)改變了原有地形地貌，破壞了北岸坡腳覆蓋植被，坡腳裸露高度約8m，坡度70°～80°。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況觀察發(fā)現(xiàn)整個(gè)北傾溝兩側(cè)邊坡存在多個(gè)垮塌的涵洞，邊坡問(wèn)題存在很大安全隱患，需及時(shí)對(duì)工程范圍內(nèi)的高邊坡進(jìn)行防護(hù)，才能保證桁架橋墩及承臺(tái)在建及永久運(yùn)營(yíng)的安全。

2 濕陷性黃土對(duì)邊坡治理的影響

濕陷性黃土高邊坡產(chǎn)生失穩(wěn)的原因主要是其濕陷性特征和弱抗沖刷性對(duì)邊坡的影響，黃土在遇水后其物理性質(zhì)易發(fā)生改變，在受到自重及額外附加力作用時(shí)會(huì)發(fā)生不定向破壞。濕陷性黃土極易受到外界因素影響而產(chǎn)生土體結(jié)構(gòu)破壞，受到雨期強(qiáng)降雨沖刷或雨水浸泡均會(huì)對(duì)濕陷性黃土造成失穩(wěn)破壞；工程施工開(kāi)挖時(shí)對(duì)黃土原狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，或?qū)ζ旅嫔现脖辉斐善茐牡娜祟愋袨?，同樣?huì)造成對(duì)濕陷性黃土結(jié)構(gòu)的破壞，從而對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

3 邊坡支護(hù)方案分析

3.1 削坡減載

削坡減載是通過(guò)削坡減小滑坡體上的荷載，消除不穩(wěn)定的巖土體，放緩邊坡，增加平臺(tái)寬度，借此提高邊坡穩(wěn)定性的一種邊坡處理方法。適用于絕大多數(shù)邊坡，通常和其他邊坡支護(hù)方式結(jié)合使用。濕陷性黃土邊坡極易在雨水的潛蝕下產(chǎn)生濕陷，因此在削坡前要密切注意加強(qiáng)邊坡坡頂至坡腳的排水系統(tǒng)是否通暢。本工程坡頂擬修建綠道，可削去的土體非常有限，因此僅靠削坡不能起到使邊坡穩(wěn)定的作用。

3.2 預(yù)應(yīng)力錨索錨固

預(yù)應(yīng)力錨索是指一種可在巖土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部通過(guò)預(yù)應(yīng)力將錨索錨固的支架。錨頭工程主要是利用巖體變形的薄弱結(jié)合空間，將錨頭錨索緊固于巖塊中，將滑坡混凝土體和穩(wěn)定的巖體有效組合在一起，進(jìn)而改變巖石整體的受力情況，整體安全性得以改善，錨頭施工也是邊坡保護(hù)施工中最常見(jiàn)的支護(hù)方法，可應(yīng)用于絕大多數(shù)邊坡，在預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)施工完成后能快速改善邊坡的整體安全性。本項(xiàng)目中，由于邊坡預(yù)應(yīng)力錨索孔內(nèi)密封困難，以及鋼絞網(wǎng)的外部砂漿不夠嚴(yán)密，錨頭自由段淺部易受空氣接觸和土壤浸泡等因素引起腐蝕，導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力逐漸損失。澆筑時(shí)，為減少因濕陷的黃土作用所引起的錨頭對(duì)混凝土澆筑破壞，并加強(qiáng)阻止入滲地表水和空氣以減少對(duì)自由段淺部的侵蝕，主要采用了下列方法：增加鋼絞線及受電設(shè)備部分的水泥密實(shí)性；增加單層波紋套管防腐能力；使用高抗硫酸鈉混凝土。

3.3 擋土墻

邊坡?lián)跬翂χ赣糜谥温坊奶钔梁托逼律匣炷馏w的結(jié)構(gòu)措施，避免填筑物變形和混凝土體不平衡，其構(gòu)造類型有懸臂結(jié)構(gòu)型擋土墻、重力型擋土墻穩(wěn)定性、扶墻型擋土墻穩(wěn)定性等，一般用磚、塊石、混凝土以及鋼筋水泥等材料進(jìn)行施工，其優(yōu)點(diǎn)是外形簡(jiǎn)單，施工方便，具有良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。本工程邊坡坡腳裸露高約8m，擋土墻能夠很好地保護(hù)坡腳土體坍塌，但邊坡整體體量過(guò)大，邊坡上部仍有滑落的危險(xiǎn)，因此單純靠擋土墻不能保證邊坡的穩(wěn)定性。

3.4 抗滑樁

抗滑樁是一類對(duì)坡度所采用的防滑處理技術(shù)，利用在滑動(dòng)體中深入滑床的樁柱，作為抗滑動(dòng)土體的滑力，以提高滑動(dòng)安全性。在邊坡滑動(dòng)過(guò)程中承擔(dān)反滑力樁的摩擦力，使樁的滑動(dòng)到達(dá)平衡位置，在滑坡體滑動(dòng)中承擔(dān)抗滑樁的摩擦力，使樁的滑體到達(dá)平衡狀態(tài)?；诒竟こ痰墓こ痰刭|(zhì)條件，抗滑樁施工時(shí)極有可能會(huì)對(duì)濕陷性黃土邊坡造成擾動(dòng)，造成邊坡更不穩(wěn)定，且抗滑樁施工所需工作面較大，對(duì)于施工也是一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)，雖然可行但風(fēng)險(xiǎn)性較大且施工不便。

3.5 格構(gòu)梁+生態(tài)袋護(hù)坡

格構(gòu)梁補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)一般是通過(guò)現(xiàn)澆鋼筋大直徑混凝土對(duì)坡面結(jié)構(gòu)加以支護(hù)，或通過(guò)錨桿或錨索加以緊固。生態(tài)護(hù)坡是對(duì)邊坡實(shí)施保護(hù)，建立由植被或工程結(jié)構(gòu)組成的邊坡綜合保護(hù)系統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)，生態(tài)護(hù)坡的種類一般有人工植樹(shù)種草護(hù)坡方式、液壓噴播植草護(hù)坡、客土植生植物護(hù)坡、生態(tài)袋護(hù)坡等。本工程一般是通過(guò)格構(gòu)梁內(nèi)置生態(tài)袋實(shí)施護(hù)坡，生態(tài)袋有通風(fēng)、透氣、不透土顆粒的特性，對(duì)高水環(huán)境和潮濕環(huán)境均有良好的適應(yīng)作用，對(duì)工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不能形成滲水壓力，適合應(yīng)用于濕陷性黃土邊坡。格構(gòu)梁的生態(tài)護(hù)坡系統(tǒng)能夠?qū)碌谋砻婕右苑雷o(hù)與強(qiáng)化，不僅可達(dá)到對(duì)滑坡表層的穩(wěn)定要求，而且能起到美化生態(tài)環(huán)境、綠化環(huán)境的作用。

3.6 坡體排水

濕陷性黃土邊坡極易在雨水沖刷和地面水潛蝕作用下產(chǎn)生濕陷，因此，在邊坡治理中，排水措施是必不可少的一環(huán)，在邊坡頂部、邊坡平臺(tái)處及坡腳分別設(shè)置排水溝，邊坡排水溝應(yīng)結(jié)合工程整體排水系統(tǒng)，并根據(jù)工程整體排水系統(tǒng)對(duì)位置作相應(yīng)調(diào)整。

綜上，本工程擬采用預(yù)應(yīng)力錨索配合格構(gòu)梁的方式來(lái)進(jìn)行支護(hù)，施工風(fēng)險(xiǎn)小，既能保證邊坡的穩(wěn)定性又能保證美觀，達(dá)到對(duì)坡腳橋墩承臺(tái)及墩身的永久保護(hù)作用，保證工程運(yùn)營(yíng)安全。

4 錨索支護(hù)施工技術(shù)

4.1 測(cè)量放點(diǎn)

嚴(yán)格地依據(jù)測(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)條件，按照先總體后局部的勘測(cè)原則，首先確定施工區(qū)域的平面控制網(wǎng)，而后通過(guò)平面控制網(wǎng)進(jìn)行局部位置的中軸線定向施測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，把控制點(diǎn)和水準(zhǔn)基點(diǎn)引至較不易損壞的地方，開(kāi)工前對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核后應(yīng)對(duì)控制點(diǎn)及水平基點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，并且在施工中應(yīng)經(jīng)常復(fù)測(cè)。

4.2 成孔

1）鉆孔前應(yīng)選取適配的鉆機(jī)，鉆機(jī)就位前應(yīng)由技術(shù)人員對(duì)鉆孔的垂直度、定位進(jìn)行復(fù)核，經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收確認(rèn)后開(kāi)始鉆孔。

2）鉆孔轉(zhuǎn)進(jìn)的初期需減緩速度，當(dāng)鉆進(jìn)量達(dá)到1.5m后，檢查無(wú)異常則恢復(fù)正常速度。鉆孔不能對(duì)周圍地層造成擾動(dòng)。施工過(guò)程中，工作人員需加強(qiáng)對(duì)鉆機(jī)的定位、鉆桿的方位進(jìn)行檢查，保證轉(zhuǎn)進(jìn)誤差在合理范圍以內(nèi)。

3）鉆機(jī)的直徑不得低于設(shè)備直徑50cm，鉆進(jìn)至設(shè)置深度后要穩(wěn)鉆3～5min，以免設(shè)置的錨固長(zhǎng)度端的直徑不合格；不同土層的錨固性能段長(zhǎng)度要按照工程設(shè)計(jì)圖紙和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定。

4.3 清孔

成孔后，孔內(nèi)易殘留不利于后續(xù)施工的雜物，若清理不到位則對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索錨固和孔壁巖土體的黏結(jié)強(qiáng)度有影響，導(dǎo)致錨固力下降。因此必須加強(qiáng)清孔質(zhì)量，并檢查注漿管和排氣筒是否堵塞或通暢，給錨索施工提供質(zhì)量層面的保障。

4.4 錨索制作

1）錨頭鋼絞線應(yīng)選用防銹油脂，物理化學(xué)安全性較好的無(wú)黏結(jié)鋼絞線，不含有害物質(zhì)，涂敷用量不應(yīng)低于50g/m；PE護(hù)套厚度為1.0～1.2mm，應(yīng)具有一定的強(qiáng)度緩和韌性，并具有抗老化性和抗腐蝕性，在施工各階段避免沖撞、受損，并應(yīng)伴隨有防曬、防雨、防污染、防腐蝕等措施。

2）錨頭編束時(shí)必須保證每根鋼絞線的順直與外觀整齊，不宜產(chǎn)生扭曲及分叉，同時(shí)要確保鋼絞線的排列均勻。錨頭制造時(shí)用切割機(jī)截取下來(lái)，其下材尺寸為：錨固長(zhǎng)度段+自由段+1.0m的外露張拉段；應(yīng)保證完整度，不可做接長(zhǎng)處理。鋼絞線首先應(yīng)經(jīng)除灰，在除銹加工后再與導(dǎo)向帽、對(duì)中支架、固定環(huán)以及注漿管道等根據(jù)實(shí)際需要結(jié)合在一起。

4.5 下放錨索

安放錨頭時(shí)首先對(duì)錨頭進(jìn)行編碼，每個(gè)編號(hào)對(duì)應(yīng)一條孔位，錨頭放置時(shí)，首先對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的編碼和孔位進(jìn)行核實(shí)，確定錨頭編碼和孔位相符后由人、機(jī)器將錨頭均勻順推送入洞中。錨頭施工中需注意維持錨頭的狀態(tài)，不得出現(xiàn)錨索的屈曲扭轉(zhuǎn)，錨頭進(jìn)洞應(yīng)根據(jù)錨孔的高度和大小進(jìn)行分權(quán)化，不得在進(jìn)洞后出現(xiàn)抖動(dòng)、扭曲，避免進(jìn)洞后發(fā)生鋼絞線散束的卡阻。錨筋體進(jìn)洞直徑應(yīng)不低于設(shè)計(jì)直徑，且與孔底間隙不宜超過(guò)500mm。

4.6 注漿

1）錨頭的注漿材料經(jīng)常使用二次加壓注漿材料、洞底返漿材料，錨頭注漿的材質(zhì)為水灰比為0.45～0.50的水泥漿，注漿水壓為0.6～0.8MPa；當(dāng)首次注漿材料所產(chǎn)生的水泥結(jié)石體硬度超過(guò)5MPa時(shí)采用二次注漿材料，兩次的注漿方法均為水灰比0.45～0.50的水泥漿，注漿方法控制在2～5MPa。第一次注漿管在編索時(shí)設(shè)置于對(duì)中支架外側(cè)，二次注漿管居中，并同時(shí)伸入導(dǎo)向帽內(nèi)。

2）首次注漿材料一般采取正常的壓力注漿方式，通過(guò)注漿料管或自孔底注漿方法，待泥漿回流到孔口后進(jìn)行二次注漿材料，而二次注漿方式為通過(guò)加壓注漿材料，注漿壓力值一般為2.0～5.0MPa，當(dāng)首次注漿材料強(qiáng)度高達(dá)5MPa后再進(jìn)行二次注漿材料，一般為首次注漿材料后的12～24h完成。二次灌漿一般采取注漿及加壓控制，當(dāng)水壓高達(dá)5MPa后，以穩(wěn)壓注漿材料2min為宜或總混凝土用量控制不小于80kg/m。

4.7 張拉鎖定

1）張拉施工應(yīng)隔根跳開(kāi)進(jìn)行，并當(dāng)所注漿漿體抗拉強(qiáng)度超過(guò)20MPa或超過(guò)設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度的80%，即可進(jìn)行張拉施工鎖定。錨索張拉前先要按荷載1/10的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)預(yù)加拉力預(yù)張拉，然后整體張拉施工1～2次將錨頭整體拉直，預(yù)張拉1～2次之后將其各部位密切聯(lián)系，以保持鋼絞線的完整水平。

2）對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行張拉安裝之后，根據(jù)對(duì)錨頭的預(yù)加拉力數(shù)值的25%，50%，75%，100%，110%五級(jí)分級(jí)補(bǔ)償，按分層方式合理進(jìn)行調(diào)整。在張拉過(guò)程中，壓力值每提高一層均要保持5min，并記下定位讀數(shù)。最后一層張拉荷載可保持在10～20min，每一層平衡后測(cè)讀錨頭位置最少3次。當(dāng)張拉施工至110%強(qiáng)度時(shí)可實(shí)現(xiàn)鎖定，如出現(xiàn)拉伸應(yīng)力丟失情況，可及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)張拉措施，保證設(shè)計(jì)圖紙錨索鎖定值要求。

3）預(yù)應(yīng)力錨索鎖緊后宜通過(guò)拉伸檢測(cè)，如預(yù)應(yīng)力錨索鎖緊后48h內(nèi)發(fā)生了強(qiáng)烈的應(yīng)力松弛，則須通過(guò)補(bǔ)充張拉；張拉施工完畢后，應(yīng)按照錨索軸向力監(jiān)測(cè)情況繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)張拉施工，待內(nèi)部力量平穩(wěn)后再剪除多余鋼絞線，并用鋼筋混凝土作為密封錨頭。

5 穩(wěn)定性分析

該項(xiàng)目邊坡結(jié)構(gòu)采取兩級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索+格構(gòu)梁支護(hù)方法，預(yù)應(yīng)力錨索為直徑15.2mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線（1×7標(biāo)準(zhǔn)型，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1860N/mm2），對(duì)錨索支護(hù)后的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。通過(guò)計(jì)算，在自然工況下安全等級(jí)為F＞1.35，在地震工作情況下F＞1.15，均滿足GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》要求，錨索支護(hù)設(shè)計(jì)合理。

6 施工問(wèn)題處理

6.1 施工環(huán)境及場(chǎng)地處理

由于邊坡坡底存在水系，工作面狹小，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工，通過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多方面因素考慮，建議采取土圍堰加硬化路面的方式，作為現(xiàn)場(chǎng)工作的基礎(chǔ)場(chǎng)地，同時(shí)應(yīng)注重場(chǎng)地的排水措施，以防坡腳積水，影響邊坡的穩(wěn)定性。本工程坡體周圍存在多個(gè)由于地下水或地表水滲透造成的土洞，不利于邊坡穩(wěn)定，因此在邊坡支護(hù)前，采用混凝土灌注的方式處理周圍土洞，以免土洞垮塌造成邊坡失穩(wěn)。

6.2 工序交叉影響

本工程邊坡的坡頂及坡腳都存在其他構(gòu)筑物的施工，影響邊坡支護(hù)施工及后期邊坡的穩(wěn)定性。在進(jìn)行工序安排時(shí)，應(yīng)以保證邊坡的穩(wěn)定性為主，并避免擾動(dòng)邊坡周邊土體，因此在制定工序計(jì)劃時(shí)，原則上應(yīng)將邊坡支護(hù)放在首位，在邊坡未達(dá)到穩(wěn)定前應(yīng)禁止邊坡周圍的工程施工。故本工程考慮安全因素，工序安排應(yīng)是優(yōu)先進(jìn)行邊坡支護(hù)，其次施工坡頂副支墩和綠道，最后施工坡腳的承臺(tái)及橋墩。經(jīng)濟(jì)層面也是防止工序交叉引起不必要的返工導(dǎo)致成本增加。

7 結(jié)語(yǔ)

1）在高邊坡支護(hù)過(guò)程前應(yīng)確定高邊坡的破壞形式，分析邊坡坡體產(chǎn)生變形的原因，結(jié)合地質(zhì)條件、水文環(huán)境等情況，最終制定針對(duì)性治理方案。

2）高邊坡支護(hù)往往采用多種支護(hù)形式結(jié)合的方式，考慮因地制宜，確保支護(hù)設(shè)計(jì)的安全性及合理性，在保證邊坡穩(wěn)定及美觀的基礎(chǔ)上，還要考慮經(jīng)濟(jì)效益。