多形式支護體系在高邊坡支護工程中的應(yīng)用

張保利，羊建業(yè)

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

0 引言

高邊坡的地質(zhì)構(gòu)造往往比較復(fù)雜，影響滑坡的因素也很多，而一般的高邊坡防護大多又是臨時結(jié)構(gòu)，投資太大易造成浪費，但支護結(jié)構(gòu)不安全又勢必會造成工程事故。因此，必須安全、合理地選擇合適的支護結(jié)構(gòu)并根據(jù)工程的特點進行科學的施工?，F(xiàn)以嘉陵江草街航電樞紐船閘工程為例，闡述多形式支護體系在高邊坡支護工程中的綜合應(yīng)用。

1 工程概況

草街船閘是嘉陵江草街航電樞紐工程的主要建筑物之一，其安全關(guān)系到嘉陵江水道的暢通。根據(jù)總體布置規(guī)劃，船閘需在嘉陵江左岸深切山體開挖修建，最大開挖深度達62m，開挖形成的巖質(zhì)垂直邊坡將成為船閘結(jié)構(gòu)的組成部分。

草街船閘邊坡防護主要集中在左岸岸坡，該地區(qū)地層巖性較單一，為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組砂巖與砂質(zhì)黏土巖，地層產(chǎn)狀緩傾坡外偏下游，平行層面軟弱夾層較發(fā)育，且?guī)r體總的邊坡開挖將挖斷坡角，致使巖層臨空。經(jīng)赤平投影分析，整個左岸邊坡穩(wěn)定性較差，特別是上閘首及部分上游引航道內(nèi)側(cè)邊坡巖體內(nèi)還分布有C2軟弱夾層，其邊坡穩(wěn)定性更差。沙溪廟組在樞紐區(qū)分為8層，單數(shù)層以長石細砂巖為主，雙數(shù)層以砂質(zhì)黏土巖為主，其砂質(zhì)黏土巖具有失水崩解，遇水易軟化的工程特性，強度較低，而砂巖強度較高，抗變形能力強。因此，需要根據(jù)巖石開挖揭露的實際情況，有針對性地采取不同的支護形式。

2 影響高邊坡穩(wěn)定的成因

影響高邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)在因素主要包括地質(zhì)構(gòu)造、巖石性質(zhì)、地應(yīng)力等；外在因素主要包括振動作用、氣候條件、水的作用、邊坡形態(tài)、人為活動[1]。

從近兩年的施工情況分析，影響船閘工程高邊坡穩(wěn)定的主要因素有兩個：一是爆破震動；二是水的作用。其中水的影響因素最大，因此有“無水不滑坡，治坡先治水”的說法。

3 高邊坡防護原則及措施

3.1 高邊坡防護原則

治水與治坡相結(jié)合的原則；遵循邊開挖、邊防護的原則；在條件許可時，宜盡量采用格構(gòu)或其他有利于生態(tài)環(huán)境保護和美化的護面措施。

3.2 高邊坡防護措施

目前邊坡防護的類型很多，經(jīng)常采用的工程防護有：減載；截水、排水；錨噴支護（素噴、錨桿+素噴、錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土）；砌石防護；框架防護；護面墻防護；擋土墻防護；抗滑樁防護；土釘防護；預(yù)應(yīng)力錨索（束）。

4 邊坡防護施工工藝

由于草街船閘工程地質(zhì)情況復(fù)雜，邊坡高度高，因此，根據(jù)不同的工況對高邊坡防護采取了減載、排水、素噴、錨噴、砌石防護、框架防護等措施，綜合治理邊坡工程。下面就施工中采取的幾種主要支護形式進行重點介紹。

4.1 菱形方格護坡

菱形方格護坡屬于框架護坡中的一種類型，適用風化較嚴重的巖質(zhì)邊坡和坡面穩(wěn)定的較高土質(zhì)邊坡。本工程采用混凝土菱形方格，框格間距2.5 m，框格及橫肋寬0.3 m，嵌入坡面0.15 m，框格內(nèi)植草。菱形方格的具體結(jié)構(gòu)形式見圖1。

施工方法：對邊坡進行修整，坡度與設(shè)計相符，平整度要求達到±5 cm。測量人員施放菱形方格的關(guān)鍵點，如：混凝土格構(gòu)的交點、混凝土格構(gòu)與馬道、段間混凝土格構(gòu)的交點等。上述工作完成后，進行溝槽開挖、支立模板、混凝土澆筑。

4.2 纖維混凝土噴護施工

混凝土噴護適用于巖性較差、強度較低、易風化或堅硬巖層風化破碎、節(jié)理發(fā)育、其表層風化剝落的巖質(zhì)邊坡；當巖質(zhì)邊坡因風化剝落和節(jié)理切割而導(dǎo)致大面積碎落，以及局部小型坍塌、落石時，可采用局部加固處理后進行大面積噴漿（噴射混凝土）[2]。噴射混凝土的厚度以3～5 cm為宜。本工程采取的是臨時邊坡纖維混凝土素噴6 cm，永久邊坡纖維混凝土素噴10 cm。

圖1 菱形方格網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式（單位：cm）Fig.1 Structural form of rhombusgrid(cm)

由于干法噴射施工對機械設(shè)備的要求比較簡單，故在船閘的支護工程中均采用干法噴射施工。

施工前先對坡面進行清理，主要清理掉開挖面松動的浮石、坡腳的石渣和堆積物，處理好光滑巖面，埋設(shè)控制噴護厚度的標志。

噴護施工對原材料尤其是骨料的要求比較高，細骨料的細度模數(shù)宜大于2.5，且使用時的含水率宜控制在5%～7%；粗骨料應(yīng)采用耐久的卵石或碎石，粒徑不應(yīng)大于15 mm。如細骨料的含水率過大或者粗骨料的粒徑過大，在噴射過程中很容易發(fā)生堵管事故。

干法噴射用的混合水應(yīng)具有足夠的壓力，以保證壓力水穿透料流，使水和水泥均勻混合?？捎伤霉┙o壓力水，噴頭處的水壓0.15～0.20 MPa。當水源較遠或上下高差太大時可以考慮采用在中途增設(shè)水箱或二次加壓等辦法來保證噴頭處的水壓。

4.3 噴錨支護

噴錨支護適用條件為易于噴漿（噴射混凝土）防護的巖質(zhì)邊坡，當巖層風化破碎嚴重、節(jié)理發(fā)育，在破碎巖層較厚的情況下，如果繼續(xù)風化，將導(dǎo)致墜石或小型崩塌，從而影響整個邊坡的穩(wěn)定性。

噴錨支護采用的錨桿類型有樹脂錨桿、全長砂漿錨桿、塑料錨桿、水泥錨桿和縫管錨桿[3]。錨桿錨固深度視邊坡巖層的破碎程度及破碎層的厚度而定。

本工程對開挖出的巖石邊坡采用單、雙層掛網(wǎng)噴錨的支護形式。其掛網(wǎng)錨桿采用φ28 mm鋼筋，間距3m，呈梅花形布置，錨桿長度5 m、8 m。鋼筋網(wǎng)格尺寸為20 cm×20 cm，鋼筋直徑8 mm。噴護厚度15 cm。

4.3.1 鉆孔

錨桿鉆孔前期共選擇了2種鉆機進行比較，為了確切地了解2種鉆機的性能及優(yōu)缺點，分別對其進行了典型施工，2種鉆機詳細比較見表1。

表1 鉆機性能對比表Table1 Performance com parison of drillingmachine

通過對以上兩種鉆孔方式的比較，尤其是考慮到鉆孔效率對整個工期的影響，決定采用地質(zhì)潛孔鉆進行鉆孔。

4.3.2 灌漿

采用先灌漿后插錨桿的工藝，灌漿壓力為0.15～0.3 MPa。

4.3.3 掛鋼筋網(wǎng)

在邊坡的平整度不是很理想的情況下，鋼筋網(wǎng)應(yīng)沿開挖面鋪設(shè)。鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿綁扎牢固，否則噴射混凝土時容易產(chǎn)生顫動，影響混凝土的凝結(jié)，使噴層與鋼筋之間或噴層與圍巖之間的黏結(jié)遭到破壞，甚至造成噴層的脫落。

4.3.4 噴護

控制好噴射水灰比在0.4～0.5之間。要注意巖面起伏情況，調(diào)節(jié)一次噴射厚度，保證噴層厚度，提高層面平整度與均勻性，減少回彈率。

4.4 自鉆式中空注漿錨桿

自鉆式中空注漿錨桿不僅適用于各種工程的基礎(chǔ)及建筑物加固，更適用于松散破碎、成孔困難地層的支護工程。

自鉆式中空注漿錨桿由鉆頭、中空桿體、墊板和螺母組成，見圖2。自鉆式中空錨桿本身兼作鉆桿和注漿管。注漿前可作吹塵管，注漿時漿液通過中空錨桿從鉆頭噴出，填充錨桿周圍的鉆孔和地層裂隙，使錨桿與周圍土質(zhì)凝固成一體，起到加固作用。鉆頭的大小可控制鉆孔的大小，一般鉆孔的尺寸約為錨桿直徑的2~3倍。

圖2 自鉆式中空注漿錨桿Fig.2 Self-drilling hollow grouting anchor

使用手持式鑿巖機將安裝好鉆頭的錨桿鉆進至設(shè)計深度（錨桿如需加長，可用聯(lián)結(jié)套聯(lián)結(jié)，然后通過鉆機鉆進）。卸下鉆機，松開墊板和螺母，將20 cm×20 cmφ8的鋼筋網(wǎng)固定在外露（10 cm）的自鉆式錨桿上，再套上墊板和螺母，進行第一次6～8 cm的混凝土噴護施工。達到一定強度后，將止?jié){塞安裝在錨孔內(nèi)離錨孔口25 cm深處，通過快速注漿接頭將錨桿尾端與注漿泵相連進行注漿施工。最后進行第二層掛網(wǎng)及噴護施工，使得錨桿和鋼筋網(wǎng)完全覆蓋。

5 高邊坡安全監(jiān)測

永久船閘邊坡坡頂部位埋設(shè)了20個觀測釘，定時觀測邊坡位移情況，未發(fā)生超過規(guī)范要求的現(xiàn)象。

工程實踐表明，只要嚴格控制爆破對巖體的損傷，對邊坡和局部不穩(wěn)定巖體適時進行加固，切實做好系統(tǒng)排水，加強邊坡安全監(jiān)測和反饋分析，不斷調(diào)整優(yōu)化爆破參數(shù)和支護設(shè)計，永久船閘邊坡穩(wěn)定和變形完全能夠滿足運行安全的要求。

6 結(jié)語

1）邊坡設(shè)計應(yīng)遵循“安全綠色、水土保持、恢復(fù)自然”的設(shè)計原則，使工程對環(huán)境的擾亂程度減少到最小，并謀求人工構(gòu)造物與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。設(shè)計時盡量采用綠色防護，如三維植被網(wǎng)、綠化噴播技術(shù)等。

2）遵循邊開挖、邊防護的原則。每開挖一級平臺應(yīng)及時進行支護，以免邊坡長時間裸露造成巖石風化，增加邊坡清理工程量，也增加腳手架搭設(shè)工程量。同時為保證邊坡安全，按照開挖施工避讓支護施工的原則，嚴格按照開挖與支護施工程序，及時采取噴護、混凝土封閉進行邊坡表面防滲。

3）嚴格控制爆破，避免由于爆破對巖體的損傷而加大支護難度，增加支護費用。

4） 減載：如船0+660～0+900段邊坡，將A線路與船閘開挖邊坡間的巖坎挖除，降低了邊坡的開挖高度，減小了開挖難度。雖然增加部分開挖量，但節(jié)省了較大的支護費用。

5）排水：對于坡體以外山坡上的地表水，采取修建截水溝、排水溝的方法排水。

6）高邊坡支護設(shè)計必須根據(jù)水文、地質(zhì)情況綜合分析，最后確定能確保邊坡安全穩(wěn)定的最優(yōu)方案。

7）纖維混凝土噴護施工分為干法施工和濕法施工兩種施工工藝。干法噴射施工對機械設(shè)備的要求比較簡單，但施工粉塵較多，既污染環(huán)境，對施工人員的身體健康也有損害。

高邊坡防護是一項綜合治理工程，由于工況復(fù)雜，設(shè)計時既要選擇合理、經(jīng)濟、安全、適用的邊坡治理方案，又要考慮施工中的可行性與安全性。施工方案制定中應(yīng)合理確定施工工藝流程，確保施工和運營過程中邊坡的穩(wěn)定，同時也要考慮周圍地區(qū)的環(huán)境情況，以達到邊坡安全穩(wěn)定，節(jié)省造價，縮短工期的目的。

[1] 梅錦煜，黨本立，苗樹青，等.水利水電施工手冊：第二卷[M].北京：中國電力出版社，2002.MEIJin-yu,DANGBen-li,MIAOShu-qing,etal.Water conservancy and hydropower constructionmanual:volume II[M].Beijing:China Electric Power Press,2002.

[2]GB 50086—2001，錨桿噴射混凝土支護施工技術(shù)規(guī)范[S].GB 50086—2001,Specifications forbolt-shotcrete support[S].

[3]YBJ226—91，噴射混凝土施工技術(shù)規(guī)范[S].YBJ226—91,Specifications for shotcrete construction[S].