分段治理在邊坡加固工程施工中的應(yīng)用

胡勵(lì)耘，黃亮，文家剛

（中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司，武漢 430081）

1 引言

邊坡加固是巖土工程中危險(xiǎn)系數(shù)較高的工程項(xiàng)目。有學(xué)者吸取國(guó)內(nèi)多個(gè)邊坡治理工程經(jīng)驗(yàn)，分別從巖土體性質(zhì)、節(jié)理裂隙發(fā)育特征、地下水埋藏條件、施工區(qū)域地質(zhì)地貌、氣候變化等層面分析影響邊坡穩(wěn)定性的因素，為邊坡治理安全提供重要參考[1-2]。有學(xué)者列舉防滲膜護(hù)坡加固、抗滑樁支護(hù)、錨桿加固等多項(xiàng)加固技術(shù)方案，明確不同加固方案的適用范圍及其對(duì)邊坡結(jié)構(gòu)的影響。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)分段治理邊坡加固方法進(jìn)行論述。

2 巖土工程實(shí)例

2.1 工程概況

以某邊坡加固工程為例，該項(xiàng)目施工地點(diǎn)位于湖北省武漢市，擬建場(chǎng)地內(nèi)有多棟高層建筑與多層建筑，建筑高度為18~36 m。在場(chǎng)地內(nèi)對(duì)北部原有廠房做整平處理，形成高17 m、長(zhǎng)246 m挖方邊坡，屬土巖結(jié)合邊坡，各土層分布特征及地質(zhì)參數(shù)如表1所示。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、巖土層性質(zhì)等參數(shù)，在該項(xiàng)目中擬將邊坡劃分為4段，安全等級(jí)劃分為二級(jí)，邊坡重要性系數(shù)為1.1，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50 a。

表1 研究區(qū)域巖土層地質(zhì)參數(shù)

2.2 工程設(shè)計(jì)要求

邊坡一側(cè)原有懸臂式混凝土擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，選用C15混凝土，墻頂、墻底厚度分別為400 mm和650 mm，設(shè)有雙層雙向配筋，保護(hù)層厚20 mm；在擋土墻坡底位置為原廠房，沿?fù)跬翂蠓皆O(shè)有φ1 000 mm人工挖孔樁基礎(chǔ)，樁間距為5 m，經(jīng)拉梁與擋土墻連接。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)，擋土墻頂部產(chǎn)生15~30 mm的水平位移，局部裂縫寬度達(dá)1.8 mm，且鄰近擋土墻周圍的4棟建筑分別沿?fù)跬翂Ψ较虍a(chǎn)生不均勻沉降（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2），建筑地下室與擋土墻連接部分出現(xiàn)墻體開(kāi)裂現(xiàn)象。

表2 鄰近擋土墻建筑傾斜測(cè)量結(jié)果

基于上述問(wèn)題，擬采用分段治理方案指導(dǎo)邊坡加固施工，其中Ⅰ段、Ⅲ段為巖石邊坡，切坡最大高度分別為5 m和12 m，采用“掛網(wǎng)噴混凝土”支護(hù)方案；Ⅳ段為土質(zhì)邊坡，切坡最大高度為6 m，選擇在坡腳處設(shè)置“擋土墻支護(hù)”結(jié)構(gòu)，坡面實(shí)施“放坡+生態(tài)防護(hù)”作業(yè)；Ⅱ段為自然巖質(zhì)邊坡，無(wú)須設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)。

3 分段治理施工技術(shù)在邊坡加固中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 掛網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)

在該項(xiàng)目中遵循“修坡→鉆孔放線→安裝錨桿→掛網(wǎng)→噴混凝土→養(yǎng)護(hù)→驗(yàn)收”的基本流程開(kāi)展Ⅰ段、Ⅲ段邊坡加固施工，其具體施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

1）清理坡面。根據(jù)預(yù)先確定的施工位置，采用人工清理方式去除坡面浮土、碎石及其他雜物，檢查坡面平整度，對(duì)表面凹凸不平的巖石實(shí)行打磨、修整，并利用高壓水槍噴射清洗坡面，保證坡面平整度、清潔度達(dá)標(biāo)。

2）鉆孔放線?；阢@機(jī)成孔工藝，按施工方案中設(shè)計(jì)的孔位布局在坡面測(cè)量放線、標(biāo)注孔位，嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)的孔位、孔徑、孔深等參數(shù)按自上而下順序開(kāi)展鉆孔作業(yè)，并逐孔檢查，確認(rèn)孔位偏差≤10 cm、孔深偏差≤5 cm，完成鉆孔驗(yàn)收。

3）安裝錨桿。該項(xiàng)目中選用規(guī)格為φ22 mm的Ⅱ級(jí)螺紋鋼筋作為原材料，將鋼筋沿坡面垂直方向打入巖體內(nèi)部2 m左右深度，在錨桿安裝前預(yù)先利用高壓風(fēng)槍吹洗孔底，將錨桿布設(shè)規(guī)格控制在2 m×2 m左右，在巖體表面預(yù)留長(zhǎng)度約0.5 mm，將露出部分彎起后掛接規(guī)格為φ6.5 mm@250 mm×250 mm的鋼筋網(wǎng)，以矩形形態(tài)完成鋼筋網(wǎng)與螺紋鋼筋的綁扎。根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸安裝錨桿，以2 m間隔在錨桿之間焊接支架，保證錨桿中心線恰好與孔位中心重合，并檢驗(yàn)錨桿安裝質(zhì)量。在注漿環(huán)節(jié)，將注漿管伸入孔中，在伸至距孔底0.5 m左右時(shí)以0.2 MPa以上壓力向孔內(nèi)注漿，選用原料為P·O42.5普通硅酸鹽水泥、水灰比為0.4，待觀察到漿液填滿孔洞、孔口有水泥漿溢出后，完成封孔處理。

4）掛網(wǎng)，沿坡面鋪設(shè)φ6.5 mm@250 mm×250 mm鋼筋網(wǎng)，利用鋼絲將鋼筋網(wǎng)與螺紋鋼筋綁扎固定，采用點(diǎn)焊法將φ10 mm加強(qiáng)筋與錨桿頭部牢固連接，并完成俯角的微調(diào)，使坡面鋼筋網(wǎng)呈正方形。

5）噴混凝土與養(yǎng)護(hù)，將C20混凝土按設(shè)計(jì)配合比拌和后，按由下至上的順序分2次開(kāi)展坡面混凝土噴射作業(yè)，將噴嘴對(duì)準(zhǔn)坡面連續(xù)不間斷旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)，使噴嘴與坡面距離約保持在1.0 m，將首層噴射厚度控制在4~5 cm，待將表層乳膜、灰塵清理干凈，確認(rèn)第一層混凝土合格后，再次開(kāi)展第二層混凝土噴射作業(yè)，將混凝土層厚度控制在80 mm以內(nèi)，保證混凝土面平整度達(dá)標(biāo)。待掛網(wǎng)噴混凝土結(jié)束后，在坡面以2 m×2 m為間距、呈梅花形布設(shè)直徑40 mm的泄水孔。在坡面混凝土終凝2 h后，及時(shí)開(kāi)展噴水養(yǎng)護(hù)作業(yè)，并落實(shí)對(duì)坡面混凝土施工質(zhì)量驗(yàn)收。

6）質(zhì)量驗(yàn)收，在質(zhì)量驗(yàn)收環(huán)節(jié)主要需檢查坡面平整度、線性流暢度，是否存在漏噴、鋼筋網(wǎng)外露等問(wèn)題，并注意檢查坡面排水是否順暢、有無(wú)漏水或滲水等問(wèn)題，確認(rèn)上述檢查項(xiàng)目均合格后，即可完成坡面質(zhì)量驗(yàn)收。

3.2 設(shè)置擋土墻+生態(tài)防護(hù)

3.2.1 擋土墻支護(hù)

由于該項(xiàng)目中邊坡原有擋土墻表面存在開(kāi)裂問(wèn)題，抗彎承載力安全系數(shù)、抗滑移安全系數(shù)均不符合設(shè)計(jì)要求，因此，需對(duì)坡腳處擋土墻實(shí)行加固處理。根據(jù)項(xiàng)目施工區(qū)域周圍分布建筑物、回填土較厚等情況，擬采用預(yù)應(yīng)力錨索加固施工方案，沿坡腳處距墻底3 m和6 m處分別布設(shè)1排錨索，將錨索水平方向間距設(shè)置為3 m，與水平面夾角度數(shù)為15°。在錨索施工環(huán)節(jié)，預(yù)先將樁基中心線沿垂直方向投影至擋土墻表面，按前期測(cè)量放線結(jié)果控制鉆孔位置與鉆進(jìn)路線，對(duì)填土施工段選用依照設(shè)計(jì)配合比制成的水泥砂漿執(zhí)行注漿作業(yè)，配合下鋼套管方式抑制工程塌孔問(wèn)題。選用錨索自由段長(zhǎng)5 m，將錨索打入原狀土層深度控制在20 m以上，經(jīng)預(yù)應(yīng)力張拉法完成錨索加固處理后，測(cè)得邊坡安全系數(shù)由1.0提高至1.3以上，且錨索總抗滑力大于擋土墻后主動(dòng)土壓力，符合規(guī)范要求。

3.2.2 生態(tài)防護(hù)

在該項(xiàng)目中針對(duì)Ⅳ段坡面采取生態(tài)防護(hù)施工方案，待完成坡面清理、放樣鉆孔后，沿坡面水平方向每間隔1 m設(shè)置1條植生帶，起到導(dǎo)水、蓄水作用。隨后沿坡面鋪設(shè)規(guī)格為5 cm×5 cm的鍍鋅鐵絲網(wǎng)，將鋼絲網(wǎng)與坡面底部搭接部分壓入平臺(tái)20 cm左右長(zhǎng)度，保證鋼筋網(wǎng)表面平整、無(wú)褶皺，并將相鄰鋼筋網(wǎng)搭接寬度控制在10 cm以上，與坡面之間借助墊塊預(yù)留充足空隙。待完成掛網(wǎng)施工后，選用有機(jī)基材在坡面噴射3 cm厚保護(hù)層，基于液壓噴播工藝向坡面噴射草籽，并在后期根據(jù)坡面草坪長(zhǎng)勢(shì)定期修剪、施肥、播灑農(nóng)藥、清理雜草，優(yōu)化坡面養(yǎng)護(hù)管理效果。

4 邊坡加固效果評(píng)價(jià)

4.1 邊坡穩(wěn)定性分析

基于抗剪強(qiáng)度折減有限元法測(cè)算邊坡穩(wěn)定性，假設(shè)折減系數(shù)為F，已知邊坡材料的黏聚力為c，摩擦角為φ，由此建立待施工邊坡的黏聚力c′與內(nèi)摩擦角φ′計(jì)算公式：

根據(jù)獲取的邊坡材料強(qiáng)度參數(shù)與摩爾-庫(kù)倫屈服準(zhǔn)則，在折減系數(shù)逐漸增大至臨界值時(shí)，該邊坡將進(jìn)入臨界失穩(wěn)狀態(tài)，此時(shí)將折減系數(shù)取值為F1，用于揭示邊坡的滑移路徑[3]。而在邊坡加固施工過(guò)程中，諸如外部施加荷載、地下水水位變動(dòng)等因素均有可能影響邊坡土石料的強(qiáng)度參數(shù)，將邊坡填筑施工時(shí)長(zhǎng)記為t，土石料黏聚力為c，土石料圍壓產(chǎn)生的壓力為σ3，大氣壓力pa作用下土石料的內(nèi)摩擦角度數(shù)為φ0，伴隨土石料圍壓增大內(nèi)摩擦角降幅為Δφ，由此建立土石料內(nèi)摩擦角與圍壓的關(guān)系式：

通過(guò)將邊坡加固施工過(guò)程劃分為n個(gè)階段，綜合考慮斷面滲流、應(yīng)力等因素，計(jì)算出不同施工階段的邊坡強(qiáng)度參數(shù)φi（i=1，2，…，n），其公式為：

將該項(xiàng)目中邊坡土石料的黏聚力、摩擦系數(shù)等強(qiáng)度參數(shù)代入有限元模型中完成應(yīng)力分析，根據(jù)獲取的圍壓值計(jì)算不同施工階段對(duì)應(yīng)的邊坡強(qiáng)度參數(shù)，判斷是否符合i＜n標(biāo)準(zhǔn)。在該項(xiàng)目中計(jì)算得出邊坡竣工期安全系數(shù)為1.375~1.635，證明邊坡穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 基坑沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

在該項(xiàng)目施工期間嚴(yán)格執(zhí)行基坑沉降量監(jiān)測(cè)，分別圍繞鄰近擋土墻建筑、邊坡裂縫、地下水等區(qū)域設(shè)置水平位移與沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)位共計(jì)425個(gè)。通過(guò)獲取施工期間110次監(jiān)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)表3）可知，臨近建筑傾斜基坑處10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的累計(jì)傾斜量為0~4.0 mm，變化速率均為0，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均未超過(guò)允許范圍，證明邊坡加固施工結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

表3 鄰近建筑傾斜第110次監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

通過(guò)引入巖土工程實(shí)例，采用分段治理工藝落實(shí)“掛網(wǎng)噴混凝土”“設(shè)置擋土墻支護(hù)”與“生態(tài)護(hù)坡”等邊坡加固處理措施，可有效改善邊坡土石的黏聚力與摩擦角等強(qiáng)度參數(shù)，并依托基坑沉降監(jiān)測(cè)工作保證基坑沉降量、鄰近建筑傾斜度等指標(biāo)均符合安全設(shè)計(jì)要求，順利完成邊坡加固施工任務(wù)。然而受巖土工程項(xiàng)目所在場(chǎng)區(qū)地質(zhì)環(huán)境、巖層性質(zhì)等因素的影響，不同邊坡治理方案在實(shí)施環(huán)節(jié)仍可能存在一定主觀性，在施工過(guò)程中及完工后可能會(huì)誘發(fā)邊坡失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞等安全事故，因此，未來(lái)還需引入余弦決策等理論實(shí)現(xiàn)邊坡治理可行性論證的前置及優(yōu)化設(shè)計(jì)，聯(lián)系有限元分析、仿真分析等手段檢驗(yàn)治理方案的實(shí)際應(yīng)用效果，為同類工程項(xiàng)目實(shí)施提供示范經(jīng)驗(yàn)。