高速公路工程軟巖邊坡土釘墻支護(hù)施工技術(shù)

摘要：針對高速公路工程中軟巖邊坡穩(wěn)定性較差的問題，開展關(guān)于軟巖邊坡支護(hù)施工技術(shù)的研究。采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)作為主要的支護(hù)措施，以提高邊坡的穩(wěn)定性。在具體施工方面，首先進(jìn)行邊坡支護(hù)施工準(zhǔn)備工作，包括孔位的放線等操作。然后根據(jù)施工規(guī)程，進(jìn)行土釘?shù)闹谱骱妥{操作，以增加土釘與軟巖邊坡之間的牽引力和摩擦力。最后進(jìn)行混凝土噴射施工，進(jìn)一步加固邊坡，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，以確保其穩(wěn)定性和持久性。并將這一技術(shù)應(yīng)用于某高速公路工程的軟巖邊坡支護(hù)中，驗(yàn)證了在天然工況和降雨工況下，邊坡各個(gè)位置的穩(wěn)定性系數(shù)均符合規(guī)定要求。

關(guān)鍵詞：高速公路；邊坡；支護(hù)；軟巖；工程；施工

中圖分類號：U416.1+4 """""""""文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A """""""""""""""文章編號：

Construction Technology of Soil Nailing Wall Support for Soft Rock Slopes in Expressway Engineering

SUN Zongbo

（Fengxian Shuntong Traffic Integrated Services Co.， Ltd.，Xuzhou Jiangsu 221700，China）

Abstract： Aiming at the problem of poor stability of soft rock slope in expressway engineering， the research on soft rock slope supporting construction technology is carried out. Soil nailing wall supporting structure is used as the main supporting measure to improve the stability of slope. In the aspect of concrete construction， the preparation work of slope support construction is carried out first， including the operation of hole setting. Then， according to the construction rules， soil nails are made and grouting operation is carried out to increase the traction force and friction between soil nails and soft rock slope. Finally， concrete spray construction is carried out to further strengthen the slope， and maintenance work is carried out to ensure its stability and durability. The technique is applied to the soft rock slope support of a highway project， and it is verified that the stability coefficients of each position of the slope meet the requirements under natural conditions and rainfall conditions.

Keywords： expressway; side slope; support; soft rock; engineering; construction

0 引言

在軟巖地區(qū)進(jìn)行高速公路工程建設(shè)時(shí)，軟巖邊坡的穩(wěn)定性問題常常成為施工過程中的一大挑戰(zhàn)，直接關(guān)系到施工的安全性和可靠性。軟巖邊坡的不穩(wěn)定性主要表現(xiàn)為土體容易滑動(dòng)、坍塌或產(chǎn)生變形等問題，給工程施工帶來了很大的困擾[1]。為了解決這一問題，針對軟巖邊坡開展了土釘墻支護(hù)施工技術(shù)的研究。土釘墻支護(hù)作為一種有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過在軟巖邊坡上安裝土釘，并利用土釘與軟巖之間的相互作用力，增加邊坡的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的支護(hù)方式相比，土釘墻支護(hù)具備施工方便、成本低廉、效果顯著等優(yōu)勢，取得了良好的效果[2]。本文根據(jù)邊坡的情況設(shè)計(jì)出合理的土釘墻支護(hù)方案，解決軟巖邊坡在施工過程中遇到的穩(wěn)定性問題，提高施工過程的安全性和可靠性。

1 工程概況

在開展此次研究前，對依托高速公路工程項(xiàng)目所在軟巖邊坡及周圍基本概況進(jìn)行勘測。此次研究的工程實(shí)例名稱為“金陽高速公路軟巖邊坡支護(hù)工程”，該工程位于金陽河畔，所在邊坡位于中、低丘陵地帶，防護(hù)工程的位置主要集中在邊坡的中部和上部，金陽河從這里流過，河曲在斜坡的西面向東彎曲，長度約為24 m，斜坡的斜角約40°?？辈閰^(qū)的最低水位在涇洋河附近，其最高水位約403.8 m，該高速公路工程軟巖邊坡簡化后的2D斷面如圖1所示。

采用鉆探的方式[3]，得出該區(qū)域地層巖性大部分為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組基巖，以塊狀紫色泥巖為主，除此之外，該施工區(qū)域其他地層巖體記錄如表1所示。

斜坡的平面布置形式為“口袋”型，為連續(xù)的高陡型斜坡。該邊坡的坡面方位角為228°、寬220 m、高170 m。斜坡的前側(cè)斜坡為75°～80°，中間斜坡為50°～60°，后側(cè)斜坡為40°，斜坡的最大變形厚度為36 m，斜坡的體積約28萬m3，斜坡的整體特征是一種軟巖蠕滑-拉裂的中型滑坡，其后側(cè)為蠕滑-拉裂類型，張開裂紋多。斜坡南側(cè)和北側(cè)的斷層呈雁列型[4]。斜坡前緣具有拖曳型滑坡體失穩(wěn)的特點(diǎn)，且已經(jīng)出現(xiàn)了多次小規(guī)模崩塌，在斜坡上形成了多條環(huán)狀裂隙。

2 軟巖邊坡支護(hù)施工技術(shù)

綜合上述工程概況信息和巖層情況，并根據(jù)軟巖邊坡特點(diǎn)和地質(zhì)環(huán)境，選擇土釘墻作為支護(hù)措施，其具有以下合理性和有效性[5]。

1） 邊坡的特點(diǎn)：由于斜坡高且坡度陡，存在較大的自然失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，容易發(fā)生滑坡或拉裂等地質(zhì)災(zāi)害[6]。土釘墻能夠增加邊坡的整體穩(wěn)定性和抗滑能力，有效防止邊坡的進(jìn)一步滑動(dòng)和破壞。

2） 軟巖地層：軟巖邊坡的主要巖層為泥巖，具有較低的強(qiáng)度和較大的變形能力。土釘墻可以通過鋼筋土釘和注漿操作增加土釘與軟巖之間的粘結(jié)力，提高其抗拉和抗剪強(qiáng)度，增強(qiáng)邊坡的整體穩(wěn)定性[7]。

3） 環(huán)境影響：軟巖邊坡位于金陽河河曲附近，可能受到河流水位變化和水力作用的影響。土釘墻作為柔性的支護(hù)結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)邊坡的變形和水力力學(xué)作用，避免對邊坡結(jié)構(gòu)的不利影響。

通過對軟巖邊坡進(jìn)行土釘墻的構(gòu)建和注漿加固，可以增加邊坡的穩(wěn)定性和抗滑能力，確保施工過程中和工程使用中的安全性，并減少地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)

采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)作為其軟巖邊坡支護(hù)的主體結(jié)構(gòu)。在軟巖邊坡工程中，邊坡土體的滑動(dòng)和變形是主要的穩(wěn)定性問題，因此需要土釘具備足夠的抗拉能力來抵抗施加在邊坡上的拉力[8]。R32型土釘?shù)闹睆綖?2 mm，粗細(xì)適中，既能提供足夠的抗拉能力，又能在邊坡鉆孔時(shí)形成合適的孔洞尺寸，方便施工操作。因此，選用R32型高強(qiáng)度、低合金鋼材作為土釘材料。

通過將邊坡的厚度與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行對比，確定合適的土釘長度。通常情況下，土釘?shù)拈L度會略大于邊坡的厚度。經(jīng)過測量，邊坡厚度為10 m，在確定土釘?shù)拈L度時(shí)，主要參考《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）第5.2.11條規(guī)定，土釘墻設(shè)計(jì)應(yīng)滿足整體穩(wěn)定性及抗傾覆穩(wěn)定性要求。其中，土釘長度應(yīng)穿過潛在滑裂面，并應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)定土層的錨固長度≥潛在滑裂面深度的0.5倍，且≥600 mm。在施工前，根據(jù)詳細(xì)的工程地質(zhì)勘測結(jié)果，該邊坡主要由中風(fēng)化泥巖組成，具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。同時(shí)，邊坡的地下水位較低，不會對土釘?shù)姆€(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。因此，可以在土釘長度設(shè)計(jì)中增加適當(dāng)?shù)某鲩L度作為地下埋置部分。綜合考慮以上規(guī)范、勘測依據(jù)，增加了1.5 m～2 m的長度作為地下埋置部分。則土釘長度約為12 m～13 m左右，為便于操作，確定土釘長度為12 m。

以此土釘為基礎(chǔ)，制作土釘主體結(jié)構(gòu)[4]。圖2為土釘框架的基本結(jié)構(gòu)示意圖。

鋼筋網(wǎng)片是由多個(gè)小規(guī)格土釘結(jié)構(gòu)組成，搭接時(shí)要求土釘長度≥300 mm。為了增強(qiáng)鋼筋網(wǎng)的效果，選擇直徑為φ10 mm的HRB335鋼筋，并以十字布筋的形式焊接到鋼筋網(wǎng)中。土釘墻的布置應(yīng)按照15 m為1單元，在其構(gòu)造上設(shè)置伸縮縫。膨脹縫板采用2 cm厚的柏油板材，寬度設(shè)定為15 cm。在墻板上開設(shè)排水口，排水口采用梅花形狀排列，2個(gè)泄水孔之間的間隔設(shè)置為2.5 m，進(jìn)口位置可設(shè)置無砂混凝土板反濾層，以避免雨水在降雨工況下流入。

2.2 邊坡支護(hù)施工與孔位放線

在施工準(zhǔn)備階段，首先應(yīng)利用堆砌的砂袋對斜坡底部進(jìn)行回填，并從斜坡頂部往下刨平，徹底清除滑坡帶土壤。邊坡開挖和圍護(hù)應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，并按階段進(jìn)行。測量和放線施工需根據(jù)孔位設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，確保合理、準(zhǔn)確地布置孔位，并將布置偏差控制在5 cm以內(nèi)。斜坡中部設(shè)有2個(gè)較大的平臺，頂部設(shè)有環(huán)形截水溝、平臺截水溝和急流槽。具體的支護(hù)方案包括：1個(gè)～2個(gè)高度為10.75 m的斜坡，3個(gè)高度為8 m的斜坡和1個(gè)高度為10 m的斜坡。土釘長度為9 m，用于第13至15級斜坡；土釘長度為12 m，用于第9至11級斜坡臺；錨管長度為24 m，用于第5至6級和第3至4級斜坡；15 m高的預(yù)應(yīng)力錨索用于第2至3級坡面；30 m長的預(yù)應(yīng)力錨索用于第1至11級坡面；24 m長的錨管用于第6至24級邊坡，并且在第2至3級中使用預(yù)應(yīng)力為8 001 N的設(shè)計(jì)土釘、錨管和錨索夾角為25°。在平臺頂部安裝30 mm鋼管樁梁架，并在下一個(gè)平臺上安裝框架護(hù)坡。斜坡底部安裝2個(gè)臨時(shí)反壓土袋。在原有斜坡上，使用1個(gè)8 m高的1：1廢棄土袋進(jìn)行修整。

2.3 土釘制作與注漿

土釘注漿的材料選用32.5級水泥，且將水灰比控制在0.45～0.55。采用沖擊式土釘機(jī)進(jìn)行打樁。在施工過程中需要逐一檢查洞口和角度，對于不能滿足施工要求的材料應(yīng)該更換。本項(xiàng)目選擇ZSNS型灌漿泵作為主要的注漿設(shè)備，并采用回填灌漿法。為了有效控制灌漿壓力，應(yīng)將其控制在0.4 MPa～0.6 MPa。水灰比的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為0.4～0.45，以確保有效控制[9]。注漿前必須精確計(jì)算漿液的體積，并與實(shí)際使用量進(jìn)行比較，確?？變?nèi)漿體充盈系數(shù)＞1。在注漿過程中，可采用鉆孔注漿或打入注漿的施工方式。使用鉆機(jī)和其他機(jī)械設(shè)備在土壤中鉆孔，然后在孔內(nèi)放入一根土釘（通常用HRB335加筋），再沿全長注入水泥漿。鋼管的中段和尾段開一個(gè)注漿孔，將其轉(zhuǎn)化為鋼花管，并直接注入土壤中，隨后注入水泥漿液，形成土釘。采用制作的鋼花管注漿土釘可直接插入土層，具有較高的抗拔力，特別適用于淤泥、淤泥質(zhì)土等軟弱土層、各種填土和砂土，有利于坡面的穩(wěn)定。

2.4 混凝土噴射施工與養(yǎng)護(hù)

鋼筋網(wǎng)的綁扎工作必須在灌漿完成后進(jìn)行。在焊接過程中，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)匿摻畈⒋_保搭接的長度和間距符合施工要求。采用HPZU-5B型混凝土噴淋機(jī)作為主控機(jī)械，控制混凝土噴淋表面的厚度在8 cm以內(nèi)。粗集料的最大顆粒直徑lt;15 cm。水泥的水灰比不超過0.45。噴淋作業(yè)應(yīng)分階段自下而上進(jìn)行。噴淋完成后應(yīng)立即進(jìn)行噴灑。在7 d內(nèi)，要保持混凝土濕潤。在施工過程中，應(yīng)盡量避免惡劣的氣象條件，以確保施工質(zhì)量。

針對高速公路工程軟巖邊坡支護(hù)的施工特點(diǎn)，需要進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)，并采取以下措施：首先，坑口外側(cè)的地面堆積重量lt;10 kN/m2，并禁止貨車通行。其次，當(dāng)邊坡出現(xiàn)局部突水時(shí)，應(yīng)立即采取特殊止水劑，縮小突水區(qū)域，埋設(shè)導(dǎo)流管道，并對突水部位進(jìn)行灌漿處理[10]。再次，對于存在偏移和下沉過大的區(qū)域，增加注漿量以控制偏移和沉降。最后，針對坑道底部的局部管涌或突涌問題，可采取黏土或水泥進(jìn)行封堵，迅速控制突涌發(fā)展，在需要時(shí)利用現(xiàn)場土堆進(jìn)行擠壓或鋪設(shè)木板，并使用鋼筋或其他密度較大的建材設(shè)備進(jìn)行擠壓，防止突涌進(jìn)一步惡化。根據(jù)具體情況采取相應(yīng)措施。

3 施工效果分析

利用本文上述提出的施工技術(shù)對該高速公路工程軟巖邊坡進(jìn)行支護(hù)施工。在支護(hù)工程施工完成后，進(jìn)行了變形觀測、沉降觀測和應(yīng)力觀測，結(jié)果見表2。

最大變形量的設(shè)計(jì)允許范圍為[-0.1 mm，0.1 mm]，最大沉降量的設(shè)計(jì)允許范圍為[-1 mm，1 mm]，最大應(yīng)力值的設(shè)計(jì)允許范圍為[15 MPa，+∞]，分析表2可知，經(jīng)過支護(hù)工程施工后，各項(xiàng)指標(biāo)均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，其中，邊坡的變形量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許范圍，表明邊坡的穩(wěn)定性得到了有效保障，邊坡的沉降量也非常小，說明土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)對于防止邊坡沉降起到了積極作用，應(yīng)力觀測數(shù)據(jù)顯示，土釘與周圍土體之間的摩擦力較大，符合設(shè)計(jì)要求，能夠有效地支撐邊坡重量并防止其滑動(dòng)。結(jié)果表明，采用土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的防護(hù)工程有效，能夠提高高速公路工程中軟巖邊坡的穩(wěn)定性。

為了驗(yàn)證施工技術(shù)的可行性，對施工后邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行深入分析。在對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)時(shí)，可將其穩(wěn)定情況劃分為4個(gè)等級，分別對應(yīng)不同的穩(wěn)定性系數(shù)，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與對應(yīng)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3中Fst為邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)。由于在該高速公路工程項(xiàng)目中，要求邊坡工程的安全等級為II級，因此Fst的取值應(yīng)為1.30，在地震工況條件下Fst取值應(yīng)為1.10。除此之外，根據(jù)高速公路路基設(shè)計(jì)要求，同時(shí)，對于自然條件下的一級公路路塹邊坡，其邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)Fst為1.20～1.30。所以，對于研究區(qū)域內(nèi)的邊坡來說，最后處理后的穩(wěn)定性系數(shù)必須滿足Fst＞1.30，以此才能夠確保高速公路工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量以及施工安全性。其中，采用直線破裂面法計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù)Fs的數(shù)值，計(jì)算公式如下：

（1）

式（1）中，T表示滑面上由滑體的重量產(chǎn)生的下滑力，kN，T’表示由土的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗滑力，kN。結(jié)合上述公式，分別記錄軟巖邊坡在支護(hù)后滑動(dòng)面整體和前緣在天然工況條件下和降雨工況條件下的穩(wěn)定性系數(shù)Fs，見表4。

對表4中記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出，軟巖邊坡整體和前緣在天然工況條件下的穩(wěn)定性系數(shù)均高于降雨工況條件下的穩(wěn)定性系數(shù)，但保持在始終gt;1.40的水平。根據(jù)上述論述可知，該高速公路工程要求軟巖邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)應(yīng)gt;1.30，而表4中記錄的數(shù)據(jù)充分滿足這一條件。因此，通過上述得出的結(jié)果可以證明，應(yīng)用本文提出的施工技術(shù)后，可以有效促進(jìn)高速公路工程軟巖邊坡穩(wěn)定性的提升，為工程整體施工的安全性提供保障條件。

4 結(jié)語

本研究針對高速公路工程軟巖邊坡的支護(hù)方案進(jìn)行了探討和分析。通過深入了解軟巖邊坡的地質(zhì)條件、地層特征和工程要求，發(fā)現(xiàn)軟巖邊坡存在穩(wěn)定性差、易滑動(dòng)、易裂縫等問題，這對高速公路工程的安全性和可靠性產(chǎn)生了負(fù)面影響。為了解決這些問題，選擇了土釘墻作為主要的支護(hù)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合鋼筋土釘、注漿等加固措施，提高了邊坡的整體穩(wěn)定性和抗滑能力。但在實(shí)際應(yīng)用中，具體的邊坡支護(hù)工程都有其獨(dú)特性和復(fù)雜性，需要根據(jù)具體地質(zhì)條件和工程要求進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和施工計(jì)劃，以確保支護(hù)方案成功實(shí)施。

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