邊坡支護(hù)工程設(shè)計(jì)和施工階段關(guān)鍵技術(shù)分析

湯敏捷TANG Min-jie

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，婁底 417000）

0 引言

隨著國內(nèi)工程方面相關(guān)技術(shù)和材料的不斷推陳出新，工程建設(shè)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，尤其是在項(xiàng)目的建設(shè)過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)大規(guī)模的邊坡開挖情況，在地質(zhì)較差且安全等級(jí)較高的地段，需對(duì)邊坡進(jìn)行及時(shí)的處理和防護(hù)。但邊坡防護(hù)的形式多樣化，因此如何在設(shè)計(jì)和施工過程中，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行把控，合理地選擇邊坡防護(hù)形式，從而節(jié)約造價(jià)，獲得較好的項(xiàng)目收益，是邊坡防護(hù)工作所希望達(dá)到的目的[1]。

本文以婁底市某邊坡工程開挖為例，該項(xiàng)目周邊環(huán)境較為簡(jiǎn)單，但在坡腳位置處有一混凝土生產(chǎn)站，同時(shí)結(jié)合地質(zhì)條件以及建設(shè)單位對(duì)于項(xiàng)目工程的預(yù)期目標(biāo)，對(duì)兩種較為典型的邊坡進(jìn)行相關(guān)技術(shù)計(jì)算，并對(duì)其在施工過程中的相關(guān)關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行分析，最終結(jié)果表明，在施工完成后，該邊坡情況良好[2]。擬為相關(guān)類似工程提供參考。

1 工程概況

擬建工程場(chǎng)地位于湖南省婁底市，項(xiàng)目區(qū)周邊市政路網(wǎng)較通達(dá)，交通較為便利，各類中小型車輛均可直達(dá)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)。場(chǎng)地屬丘陵地貌區(qū)，原場(chǎng)區(qū)地形為山間沖溝及局部坡地，場(chǎng)地表層部分為回填土覆蓋，現(xiàn)地面標(biāo)高（以孔口標(biāo)高為準(zhǔn)）介于145.89～163.18m 之間，最大相對(duì)高差約18.71m。根據(jù)場(chǎng)地勘察報(bào)告及實(shí)地踏勘，場(chǎng)地主要由第四系全新統(tǒng)雜填土、第四系殘積粉質(zhì)黏土（Qel+d）l及泥盆系石灰?guī)r（D）組成。建筑場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，特征周期為0.35s。本次勘察場(chǎng)地巖土層力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無巖溶發(fā)育帶、構(gòu)造破碎帶，土洞等不良地質(zhì)作用；該擬建場(chǎng)地及附近無活動(dòng)斷裂通過，場(chǎng)地內(nèi)及附近無可利用的礦產(chǎn)資源，且場(chǎng)地內(nèi)及周邊無人為地下工程及大面積開采地下水與采礦活動(dòng)。工程主要由本項(xiàng)目開發(fā)場(chǎng)地平整及開挖形成，根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃總圖，本次擬建項(xiàng)目位于其自身場(chǎng)區(qū)內(nèi)，紅線附近平整及開挖后將形成邊坡體。由于場(chǎng)地用地范圍有限，無法直接放坡進(jìn)行處理，故需采取工程措施對(duì)挖方邊坡進(jìn)行支護(hù)[3]。工程安全等級(jí)為一級(jí)。邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)上部布置1 排截水溝，下部布置1 排排水溝，長(zhǎng)度與邊坡同長(zhǎng)，下部截水溝處每隔25～35m 布置1 座集水井。其邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)總圖如圖1 所示。

圖1 邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)總圖

2 場(chǎng)地條件與設(shè)計(jì)方案

2.1 場(chǎng)地條件

本邊坡工程位于湖南省婁底市，場(chǎng)地為丘陵地貌區(qū)，原場(chǎng)區(qū)地形為山間沖溝及局部坡地，場(chǎng)地表層部分為回填土覆蓋，周邊環(huán)境較為簡(jiǎn)單，現(xiàn)敘述如下：

2.1.1 邊坡周邊建（構(gòu)）筑物

邊坡周邊受影響的建（構(gòu)）筑物包括坡腳擬建3#商混攪拌站生產(chǎn)線用房（最近處距設(shè)計(jì)邊坡坡腳約5.0m）及4#建筑裝修垃圾生產(chǎn)線用房（最近處距設(shè)計(jì)邊坡坡腳約7.0m），基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)。以上擬建建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)使用年限均為50 年。坡腳擬建建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)形式不得與邊坡支護(hù)施工的支護(hù)樁及排水系統(tǒng)相沖突，基礎(chǔ)邊緣應(yīng)保證與支護(hù)樁間距不小于1.5m。

2.1.2 水文地質(zhì)

根據(jù)勘察報(bào)告，該場(chǎng)地的地下水總體流向?yàn)槟蠔|—西北。根據(jù)場(chǎng)區(qū)地下水的含水特征，粉質(zhì)黏土為相對(duì)隔水層，一般不含水，填土層為稍密狀，弱透水層，一般不含水。本次勘探未揭露地下水。雨季，上部雜填土層可能會(huì)存在上層滯水，一般水量較貧乏。地下水呈管狀、帶狀分布，接受大氣降水和地下徑流的補(bǔ)給，一般無統(tǒng)一的地下水位，總體上呈從南東向西北低洼處方向徑流排泄。①雜填土層本次勘察未揭露有上層滯水，但在雨季，易變成上層滯水的賦存巖土，主要由大氣降水、地表水下滲補(bǔ)給。②粉質(zhì)黏土層為相對(duì)隔水層。③石灰?guī)r層節(jié)理裂隙較發(fā)育，但一般呈封閉狀態(tài)，含水極貧乏。

綜上所述，在做好坡頂、坡面排水通暢及面層封閉嚴(yán)密的設(shè)計(jì)要求下，邊坡工程使用期內(nèi)可不考慮地下水對(duì)邊坡工程的影響，只需考慮邊坡系統(tǒng)截排水即可。

2.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)本工程周邊環(huán)境、開挖高度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、施工作業(yè)設(shè)備和施工季節(jié)等條件，進(jìn)行方案選擇時(shí)應(yīng)著重考慮的因素包括：綜合考察現(xiàn)場(chǎng)的周邊環(huán)境、地下管網(wǎng)及巖土層組合等條件，根據(jù)建設(shè)單位對(duì)邊坡支護(hù)工程的具體要求，為盡可能避免邊坡對(duì)坡頂、坡腳建（構(gòu)）筑物的影響，本著“安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可行，方便施工”的原則，經(jīng)過細(xì)致分析、計(jì)算和方案比較[4]，最終確定采用的支護(hù)設(shè)計(jì)方案如表1。

表1 各支護(hù)段設(shè)計(jì)方案一覽表

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)建設(shè)單位提供的規(guī)劃條件及現(xiàn)有地形、地質(zhì)條件，本工程邊坡支護(hù)安全等級(jí)?、窦?jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1，使用年限為50 年。根據(jù)勘察報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)踏勘得出計(jì)算模型，為了保證邊坡工程的安全，計(jì)算斷面選取最不利剖面圖及鉆孔參數(shù)。設(shè)計(jì)所需地層物理力學(xué)參數(shù)是參考相關(guān)勘察報(bào)告。巖土物理力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 設(shè)計(jì)選用的巖土參數(shù)表

為更具有代表性，本文選取A-B 段和G-H 段進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析。

3.1.1 A-B 段關(guān)鍵技術(shù)分析

A-B 段防護(hù)措施采用重力式擋土墻和截排水相結(jié)合的措施。其墻高3.650m，墻頂寬0.870m，面坡傾斜坡度為1：0.206。采用1 個(gè)擴(kuò)展墻址臺(tái)階。其結(jié)構(gòu)示意如圖2 所示。

圖2 A-B 段支擋結(jié)構(gòu)示意圖

計(jì)算高度為4 處的庫侖主動(dòng)土壓力，按實(shí)際墻背計(jì)算得到：第1 破裂角：33.120 （度），Ea=43.166kN，Ex=40.023kN，Ey=16.170kN，作用點(diǎn)高度Zy=1.333m，墻身截面積=4.945m2，重量=113.738kN。

①滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算?；啄Σ料禂?shù)為0.3，基底傾斜角度=11.31 度，其中Wn=111.529kN；En=23.705kN；Wt=22.306kN；Et=36.074kN。

滑移力=36.074-22.306=13.768kN。抗滑力=（111.529+23.705）×0.300=40.570kN。Kc=2.947＞1.300，其抗滑移驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

②傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。相對(duì)于墻趾點(diǎn)，墻身重力的力臂Zw=1.093m；相對(duì)于墻趾點(diǎn)，Ey 的力臂Zx=1.75m；相對(duì)于墻趾點(diǎn)，Ex 的力臂Zy=0.983m；驗(yàn)算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定性：傾覆力矩=39.356kN·m，抗傾覆力矩=152.607kN·m，K0=3.878＞1.600，其傾覆驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

3.1.2 G-H 段關(guān)鍵技術(shù)分析

G-H 段防護(hù)措施采用排樁錨桿擋土墻+噴射砼+截排水的措施。嵌固點(diǎn)以上立柱高14m，立柱截面形狀為圓形，錨索設(shè)置道數(shù)為4 道。墻后穩(wěn)定地面角度數(shù)為53 度[5]。其結(jié)構(gòu)示意如圖3 所示。

圖3 G-H 段支擋結(jié)構(gòu)示意圖

按假想墻背計(jì)算朗肯主動(dòng)土壓力：

Ea=704.186kN；Ex=704.186kN；Ey=0。作用點(diǎn)高度Zy=3.729m。

經(jīng)計(jì)算，最不利滑動(dòng)面圓心位于（-2.54545，-4），其半徑R=20.35743m。總的下滑力為2714.782kN，總的抗滑力為5275.425kN；土體部分下滑力為2714.782kN，土體部分抗滑力為5207.732kN，筋帶的抗滑力為67.693kN。

其最小安全系數(shù)=1.943≥1.250，整體穩(wěn)定驗(yàn)算滿足。

3.2 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 支護(hù)樁施工

①本次支護(hù)樁建議采用旋挖鉆機(jī)成孔，支護(hù)樁直徑為1200mm。

②支護(hù)樁和冠梁混凝土強(qiáng)度均為C30。

③成樁采用間隔2-3 個(gè)樁跳挖的方式，倒出的土距樁孔的最小距離應(yīng)大于6m，并應(yīng)及時(shí)清除，相鄰樁應(yīng)在澆注混凝土24h 后，再進(jìn)行成孔施工。

④支護(hù)樁成孔施工偏差應(yīng)滿足下列要求：1）樁位的允許偏差：±50mm；2）樁徑的允許偏差：±50mm；3）樁垂直度允許偏差：±0.5%；4）預(yù)埋件位置的允許偏差應(yīng)：±20mm。

⑤對(duì)填土等容易塌孔或流動(dòng)的軟弱土層，可采用鋼護(hù)筒護(hù)壁。

⑥鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)進(jìn)行清孔，沉渣厚度應(yīng)少于100mm。

⑦當(dāng)成孔過程中遇到不明障礙物時(shí)，應(yīng)查明其性質(zhì)，且在不會(huì)危害既有建筑物，地下管線、地下構(gòu)筑物的情況下方可繼續(xù)施工。

⑧對(duì)混凝土灌注樁，其縱向受力鋼筋的接頭不宜設(shè)置在內(nèi)力較大處。同一連接區(qū)段內(nèi)，縱向受力鋼筋的連接方式和連接接頭面積百分率應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)梁類構(gòu)件的規(guī)定。

⑨當(dāng)滲水量過大時(shí)，應(yīng)采取場(chǎng)地截水、降水或水下灌注混凝土等有效措施。嚴(yán)禁在樁孔中邊抽水邊開挖邊灌注，包括相鄰樁的施工。

⑩支護(hù)樁施工后應(yīng)及時(shí)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，其質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)滿足下列規(guī)定：1）應(yīng)采用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢測(cè)樁身完整性，應(yīng)全部進(jìn)行檢測(cè)。2）當(dāng)根據(jù)低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法判定的樁身完整性為Ⅲ類或Ⅳ類時(shí)，應(yīng)采用鉆心法進(jìn)行驗(yàn)證。

1○冠梁、連梁施工時(shí)應(yīng)將樁頂浮漿、低強(qiáng)度混凝土及破碎部分清除。冠梁混凝土澆筑采用土模時(shí)，土面應(yīng)修理平整。

其擋土墻施工示意如圖4 所示。

圖4 擋土墻施工示意圖

3.2.2 樁間混凝土檔板及腰梁施工

①腰梁及擋土板均采用C30 混凝土澆筑，腰梁及擋土板應(yīng)分層分段整體澆筑，擋土板一次澆筑高度不宜大于2m。

②下一層擋土板施工應(yīng)在上一排預(yù)應(yīng)力錨索鎖定后進(jìn)行。

③腰梁施工工藝。

1）土方開挖：待支護(hù)樁及上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，方可開挖至腰梁底下0.5m，每次土方開挖厚度不宜超過2m，應(yīng)分層分段跳挖，分段長(zhǎng)度不大于24m[6]。

2）測(cè)量放線：用平水儀按施工圖紙的腰梁梁底標(biāo)高進(jìn)行放線，支護(hù)樁樁身上打上鋼釘做好標(biāo)記，鋼釘間距不大于15m 一個(gè)，在鋼釘上拉水平線便于腰梁植筋及安裝模板。

3）植筋：根據(jù)設(shè)計(jì)的孔徑和深度要求，用重型電錘在支護(hù)樁上鉆孔，用硬毛刷刷孔壁再用干凈無油的壓縮空氣吹出灰塵，如此反復(fù)進(jìn)行不少于3 次。應(yīng)保證孔壁完全干燥后方可施工。施工后應(yīng)留有足夠的時(shí)間（不少于一天）讓JN-Z 固化，固化期間避免擾動(dòng)。25℃時(shí)，固化1-2 天即可受力使用。

4）鋼筋加工、綁扎：鋼筋制作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙和規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)圖集下料，保證鋼筋的規(guī)格、錨固長(zhǎng)度、箍筋尺寸、間距等符合要求。鋼筋綁扎時(shí)，先劃好鋼筋位置線，以確保鋼筋位置準(zhǔn)確，鋼筋綁扎應(yīng)全數(shù)綁扎，不得跳扎、漏扎，鋼筋綁扎連接長(zhǎng)度符合規(guī)范及圖約要求，對(duì)于采用雙面搭接焊的，應(yīng)在鋼筋工程施工前進(jìn)行工藝檢測(cè)，并按每一施工階段不同類型鋼筋進(jìn)行送檢，焊接時(shí)應(yīng)保證焊綘飽滿，不損害鋼筋筋體，雙面搭接長(zhǎng)度不小于5d。鋼筋綁扎完成后應(yīng)在主筋兩側(cè)綁好混凝土墊塊，沿箍筋間距方向每4 跨綁扎1 塊，豎向綁2 塊，以確保保護(hù)層厚度及鋼筋位置。

5）模板安裝及拆除：腰梁采用18mm 膠合板安裝，用方條支撐加固。待梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到50%，且在24 小時(shí)后方可進(jìn)行側(cè)模的拆除，模板拆除時(shí)應(yīng)小心不要破壞梁表面混凝土。

6）澆筑混凝土：待鋼筋工程、模板工程驗(yàn)收通過后，由監(jiān)理方簽字后，方可進(jìn)行混凝土澆筑工作，混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)振搗密實(shí)，但不得過振。在腰梁施工縫處，新舊混凝土交界面處應(yīng)做好鋼筋的預(yù)留，保證鋼筋搭接長(zhǎng)度，在后續(xù)混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)清除交界處混凝土浮漿、松動(dòng)的石子，以確保混凝土的連接。

7）澆水保養(yǎng)：混凝土澆筑完成后12 小時(shí)內(nèi)澆水保養(yǎng)，保證混凝土面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 天。

其錨索施工示意如圖5 所示。

圖5 錨索施工示意圖

4 結(jié)論

本文以婁底市某邊坡工程開挖為例，首先從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，對(duì)其各個(gè)不同地質(zhì)條件以及現(xiàn)場(chǎng)狀況等情況分別進(jìn)行受力的抗滑移和抗傾覆分析，從而確定其最佳經(jīng)濟(jì)性的支護(hù)形式，隨后對(duì)其在施工過程中，各個(gè)不同支護(hù)形式的施工工序的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行分析。最終結(jié)果表明，在施工完成后，該邊坡情況良好。擬為相關(guān)類似工程提供參考。