土釘墻在某邊坡支護中的應用

張永坤 裴慶夏

0 引言

土釘墻是在原位土中設置細長、較為密集的金屬桿件(土釘)、與土坡表面鋼絲網噴射混凝土面層以及被加固土體共同作用形成的可起重力式擋墻作用的輕型支擋結構。在工作機理上土釘墻是通過在土體內設置一定密度的高強的土釘體、與面層及土體三者共同作用，以此來提高土體的整體穩定性、彌補土體抗拉、抗剪強度低的弱點;在施工工藝上采用邊開挖邊支護、不單獨占用工期、施工迅速，土坡易于穩定。因此在基坑及邊坡支護中得到廣泛的應用。

1 工程實例

1.1 工程概況

該邊坡位于某變電站西側，因需要修進站道路，人工切坡而成，滑坡前為自然邊坡，未采取支護措施。由于受持續強降雨的影響，進站道路上下邊坡均產生滑塌，危及到了進站道路安全。現擬對進站道路產生滑塌處的邊坡進行加固。

1.2 場地工程地質條件

1.2.1 地形地貌及地質構造

場地屬剝蝕丘陵地貌，山體自然坡度約25°～35°，斜坡較陡處坡度達55°～65°，坡體上坡殘積土覆蓋，植被較發育。道路上方局部邊坡表層產生滑移、崩塌現象，滑塌區長度約65 m，寬度約30 m，滑塌體厚度約0.5 m～1.5 m，巖性多為殘積土。本區域位于閩東火山斷拗帶中部，區域地質構造主要為早期斷裂構造，后期脈體所充填，根據區域地質資料，場地無較大的構造通過，屬于地質構造相對穩定區，未見有活動性斷裂。

1.2.2 場地巖土體分布特征

根據野外鉆探成果分析，在鉆探深度范圍內地層主要有以下分布:①雜填土:厚度0.40 m～0.80 m。②殘積砂質粘性土:厚度為2.00 m～9.90 m。③全風化石英片巖:厚度為 1.30 m～11.30 m。④-1砂土狀強風化石英片巖:厚度為2.30 m～34.00 m。④-2碎塊狀強風化石英片巖:厚度為1.30 m～16.80 m。⑤中風化石英片巖:厚度為1.00 m～3.40 m。

1.3 邊坡穩定性分析

擬修復場地邊坡巖性中的全、強風化巖以堅硬為主，依據坡殘積砂質粘性土土工試驗成果，結合野外地質調查及臨近工程施工經驗綜合考慮，本工程采用圓弧滑動法對各控制界面進行計算，本文取一個典型剖面進行計算(采用北京理正邊坡穩定計算軟件，場地地下水位埋藏較深，因此計算時未考慮動水壓力)。根據GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范表5.3.1中的規定，本邊坡為二級邊坡，邊坡穩定系數K按圓弧滑動法不小于1.25。從計算結果分析:不考慮大氣降水作用下安全系數為1.28～1.34，可認為邊坡處于穩定狀態，但在考慮大氣降水作用下，其安全系數為1.02～1.05，小于1.25，應對邊坡進行處理。經過計算本工程最危險截面安全系數為天然狀態1.024，飽和狀態0.783，地震狀態0.743。明顯小于規范，必須進行加固支護設計。

2 設計方案

根據場地巖土特征及鄰近邊坡治理經驗，采用土釘墻支護方案。坡面高度按14 m考慮，坡頂荷載q0按30 kPa考慮，土釘墻按60°放坡，各土層計算高度依次為②殘積砂質粘性土7 m，③全風化石英片巖2 m，④強風化石英片巖5 m。土釘按矩形布置，水平間距2 m，垂直間距第一排土釘距開挖面1 m，其余垂直間距為2 m，土釘桿經初步計算采用直徑20 mm的HRB335級鋼筋，共設8道，與水平面夾角 20°，第 4，5，6道選用土釘長度為 9 m，其余5道選用8 m。首層開挖深度為3 m，其余各層超土釘位置0.5 m。

2.1 土釘墻內部穩定設計驗算

2.1.1 土釘抗拔力驗算

按畢肖普條分法確定潛在滑裂面，根據土釘墻設計原理和《建筑基坑支護技術規程》的規定計算如下:以坡腳為計算原點，深度方向為y軸向上為正，水平方向為x軸水平向右為正，潛在滑裂面的圓心在(42.671，49.788)。

土釘抗拔力計算公式:

其中，eajk為第j個土釘位置處主動土壓力強度值，kPa(按朗肯主動土壓力計算);sxj，syj分別為第j個土釘相鄰其他土釘的平均水平、垂直間距，m;αj為第j個土釘與水平面的夾角;ζ為荷載折減系數。

其中，β，φ分別為邊坡坡角和內摩擦角。

2.1.2 土釘承載力設計值

土釘承載力設計值計算公式:

其中，γs為土釘抗拔力分項系數，一般取1.3;dnj為第j個土釘直徑，m;qsjk為土釘與巖土體極限粘結強度值，kPa(采用表2提供的巖土體與錨固體粘結特征值);lj為第j個土釘破裂面外穩定土體內土釘長度，破裂面與水平面的夾角取(β+α)/2。

每根土釘應滿足:

其中，γ0為基坑重要性系數。

2.1.3 土釘自身抗拉強度驗算

土釘自身抗拉強度驗算公式:

2.2 土釘墻整體穩定性分析

采用圓弧滑裂面條分法進行土釘墻整體穩定性分析:

其中，φ，c分別為土層內摩擦角、內聚力;q0為地面施工荷載;w為土條重量;L為土條在滑裂面處的長度;b為土條寬度;θ為土條的滑裂面中點切線與水平向的夾角;α為土釘水平傾角;dx為推定水平間距;Tn為土釘在滑裂面外的極限抗拉力，Tn=π·dn·qs·lj，參數意義同上。

土釘墻的抗傾覆、抗滑移穩定與重力式擋墻抗傾覆、抗滑移穩定類似，但墻體的寬度和高度由土釘的分布決定，一般是根據最下一道土釘來確定的，將土釘的末端作為墻體的一個角點從而確定了墻體的寬度和高度。

經計算各層土釘開挖的安全系數為 2.20，1.774，1.581，1.539，1.537，1.578，抗滑移安全系數為 3.847，抗傾覆安全系數為10.822。由以上計算的數據均大于規范值，因此該土釘墻支護方案是合理安全的。

3 結語

通過土釘墻支護對邊坡的加固，增強了加固范圍內巖土體的整體穩定性，對巖土體的滑移起到了很強的約束作用。土釘墻與其他邊坡支護方案相比較具有以下優點:能合理利用土體的自承能力;結構輕、柔性大，具有良好的抗震性和延性;施工便捷、安全;施工時不需單獨占用場地，對于施工場地狹小、放坡困難、有鄰近建筑以及大型設備難以進入的地區，該技術具有獨特的優越性;穩定可靠，支護后邊坡位移小，支護能力強;費用低，與其他深基坑支護類型相比可降低造價10%～40%。在較陡土質邊坡中，土體自身往往無法維持穩定，當無法放緩邊坡土釘墻不失為一種較好的支護方式。

［1］閆莫明，徐禎祥，蘇自約.巖土錨固技術手冊［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程［S］.

［3］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009.

［4］GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規范［S］.

［5］陳忠漢，程麗萍.深基坑工程［M］.北京:機械工業出版社，1999.

［6］陳 巖.土釘墻支護技術在實際工程中的應用［J］.中國煤炭地質，2010，8(22):56-59.

［7］程功文.土釘墻法在邊坡支護中的應用［J］.小水電，2010(3):76-78.