失穩(wěn)邊坡及擋土墻的綜合治理研究

邱 崗

(信陽職業(yè)技術學院建筑工程學院，河南 信陽 464000)

1 工程概況

山西煤銷集團三元微子鎮(zhèn)煤礦位于山西省潞城市，屬于在建礦。該礦聯(lián)建樓和辦公樓于2011年年初開始建設，2012年年底投入使用。兩棟建筑均為框架結(jié)構獨立柱基礎，位于垂直邊坡的坡頂處，該邊坡南北傾向東西走向，邊坡從西向東高度遞減，坡頂與坡底的最大高差為10 m,兩棟建筑物位于坡邊的正南方向，距離坡邊大概有15 m，坡邊建有重力式擋土墻，擋墻沿著邊坡的走向布置，擋土墻最高處為10 m,最低處大概有3 m，擋土墻采用片石砌筑。2013年5月辦公樓前邊坡處擋土墻開始變形開裂，且墻體向外傾斜，擋墻伸縮縫處變形開裂最為嚴重，坡頂處的混凝土路面大面積開裂下沉，聯(lián)建樓和辦公樓墻體出現(xiàn)不同程度的裂縫，影響到了建筑物的正常使用。

2 工程地質(zhì)條件

3 事故原因分析

通過查閱資料，兩棟建筑所處的黃土坡當時的最大坡高遠大于10 m，考慮到整體的建筑布局，將坡高削減為10 m，在挖運土方的過程中對坡體土體擾動較大。根據(jù)辦公樓和聯(lián)建樓內(nèi)的墻體裂縫分布以及發(fā)展情況分析，可以得出由于地基土的不均勻沉降導致墻體產(chǎn)生斜裂縫，同時通過對建筑物的連續(xù)沉降觀測數(shù)據(jù)分析，得出辦公樓和聯(lián)建樓主要是北側(cè)柱基產(chǎn)生較大沉降，而南側(cè)柱基基本不產(chǎn)生沉降，兩棟建筑物的基礎類型均為獨立柱基礎，地基土不均勻沉降更易導致墻體的開裂。辦公樓和聯(lián)建樓門前的路面開裂原因也是因為土體的沉降導致，路面鋪筑前僅是用機械將場地簡單推平，在做水穩(wěn)層以前場地土體受到雨水的浸泡，土體含水量增大，土體壓縮性增大，施工時并未嚴格按照分層碾壓分層夯實，最終在路面鋪設完成以后，土體繼續(xù)固結(jié)，沉降加大，導致路面開裂。擋墻開裂的原因，主要是因為邊坡有失穩(wěn)跡象，內(nèi)側(cè)土體的沉降給擋墻施加了過大的側(cè)壓力，導致?lián)鯄﹂_裂。

4 加固方案及設計參數(shù)

根據(jù)對事故原因的詳細分析，制定出合理的加固方案。聯(lián)建樓和辦公樓的柱基、擋墻內(nèi)側(cè)主動區(qū)土體以及片石擋土墻都需要加固。1)對于柱基和擋墻基礎的加固，采用單管高壓旋噴樁加固技術[1-3]，該技術利用鉆機將帶有特殊噴嘴的注漿管插入設計處理深度后，用高壓泥漿泵等裝置，以22 MPa～40 MPa的高壓流，把漿液從噴嘴中噴射出去沖擊破壞土體，同時鉆桿以一定速度向上提升，漿液與土粒混合，待漿液凝固后，在土體中形成一個具有較高強度的水泥土柱狀固結(jié)體，每米水泥用量180 kg左右，水灰比1.0，施工場地整體布樁形式見圖1。2)擋土墻則采用土釘墻加固方式[4]，土釘體的錨固力是“點力”，通過擋墻表面編網(wǎng)噴錨后，可以將“點力”轉(zhuǎn)換為“面力”，以維持整個墻體的穩(wěn)定。土釘采用成孔灌漿工藝，孔徑100，傾角15°。土釘體采用HRB335D22螺紋鋼筋，長度10 m～12 m，梅花形布置，坡面噴射100 mm厚C20混凝土，混凝土中配置φ8@200×200鋼筋網(wǎng)片，土釘孔內(nèi)灌注水泥漿，每米注漿水泥用量為30 kg左右，水灰比0.45～0.55，注漿壓力0.4 MPa～1.0 MPa，采用孔底式注漿。3)對于坡頂路面下土體加固則采用鉆孔注漿加固[5-7]，垂直鉆孔注漿加固的目的是將擋土墻內(nèi)側(cè)的主動土區(qū)土層進行注漿充填固結(jié)，提高土層的密實度，內(nèi)摩擦角，粘聚力和變形模量，改善土層物理力學性能，提高抗變形能力。注漿孔采用梅花形布置，孔徑為60 mm～90 mm,孔深8 m,注漿管采用32鋼管或PVC管，前端部位設注漿孔，直徑8 mm,間距0.5 m，注漿每米所用水泥量約60 kg，注漿壓力0.2 MPa～1.0 MPa,水灰比0.4～0.5，注漿采用跳孔注漿施工，對于多排布孔方式，先注外排孔后注內(nèi)排孔，以減少跑漿。整體加固設計見圖2。

5 加固施工

5.1 旋噴樁施工

1)單管高壓旋噴樁施工的主要設備見表1。

表1 單管高壓旋噴施工的主要設備

2)單管高壓旋噴樁施工工藝流程見圖3。

3)單管高壓旋噴樁施工要點。

a.旋噴鉆機到達指定樁位后，必須將鉆頭對準孔位中心，同時整平鉆機，鉆機的垂直度偏差不大于1%～1.5%。就位后應進行低壓射水試驗，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常；b.在成孔施工中為防止土體堵塞噴嘴，應帶漿下鉆不采用干鉆；c.造漿過程應嚴格按照水泥漿液配合比拌制，每桶漿液的攪拌時間不小于5 min,使水泥充分水化；d.成孔至設計深度后，必須在泵壓不小于25 MPa后才可提升鉆桿，每柱只能旋噴一次，待水泥土凝固后進行下一根樁施工，盡量減少旋噴施工對地基土體的擾動，產(chǎn)生附加變形；e.旋噴施工時嚴格控制鉆桿提升速度和轉(zhuǎn)速，提升速度不大于20 cm/min，轉(zhuǎn)速約20 r/min；f.施工中對于不反漿的樁體應調(diào)整注漿量連續(xù)復噴，使樁體周圍土體孔隙被漿液充分填充，直至有冒漿出現(xiàn)。

5.2 土釘墻施工

擋墻加固的土釘墻施工與基坑土釘墻施工有較大不同。首先擋墻的10 m高度，施工中需要搭設鋼管架，漿砌片石擋墻給土釘成孔帶來很大難度，且在擋墻厚度范圍內(nèi)極易塌孔，成孔設備應選用潛孔錘，在擋墻寬度范圍內(nèi)應選用套管跟進的成孔方法。

1)土釘墻施工的主要設備見表2。

表2 土釘墻施工主要設備

2)土釘墻施工工藝流程。

搭設鋼管架→放孔→鉆設土釘孔→土釘安裝→注漿→初噴2 cm厚底層混凝土→編網(wǎng)并焊接壓網(wǎng)筋→復噴表層混凝土至設計厚度。

3)土釘墻施工控制。

a.鋼管架搭設時步架高度和橫桿間距應與土釘?shù)呢Q向間距和橫向間距保持一致，既方便施工，同時又經(jīng)濟；b.土釘成孔時，對于表層擋墻厚度范圍內(nèi)的土釘孔應加大孔徑，一是防止卡鉆，同時也方便孔內(nèi)的土顆粒被壓縮空氣吹出；c.土釘注漿采用孔底二次注漿方式，第一次注漿直到漿液從孔口溢出為止，在間隔2 h后，進行第二次補漿，補漿時注漿管應盡可能往孔內(nèi)插入，且增大注漿壓力，直到漿液從孔口溢出為止。

5.3 鉆孔注漿

鉆孔注漿施工工藝簡單，本工程采用ZSDL-190全液壓履帶式工程鉆機擠壓成孔，砂漿攪拌機拌制水泥漿，BW-250高壓注漿泵進行注漿成型。

1)鉆孔注漿施工工藝流程。

布孔→鉆機就位→擠壓成孔→下注漿PVC管→注漿。

2)鉆孔注漿施工注意事項。

a.成孔選用擠壓干成孔方式，鉆機直接將光圓鉆桿壓入土體，在成孔的同時產(chǎn)生擠土效應，使土體更加密實；b.成孔后要及時下注漿管以免塌孔，孔口處要采用水泥砂漿封孔；c.注漿要采用多次注漿的方式，第一次注漿壓力應保持在0.5 MPa左右，直到發(fā)現(xiàn)地表有溢漿，或注漿泵壓力表壓力陡增，則應停止注漿，在第一次注漿2 h后，要進行第二次注漿，注漿壓力應保持在1 MPa左右，待注漿泵壓力陡增，則停止注漿，在注漿完成一個星期后，要進行第三次注漿，此處注漿的目的是為了封堵注漿管，此次注漿采用水泥砂漿灌注。

6 結(jié)語

1)高壓旋噴樁在地基加固施工中，它既有通過土體置換形成高強度水泥柱體支擋柱基之功效，同時又具有地基土體高壓注漿的效果，可以減小土體孔隙，改變土的性質(zhì)，提高其抗剪強度，減少沉降，現(xiàn)有建筑物地基通過高壓旋噴樁加固后，有效的消除了地基土體的不均勻沉降。

2)土釘墻對于片石擋墻的加固，通過土釘體的被動受力，阻止了墻后主動區(qū)土體的繼續(xù)變形，減小了墻體承受的側(cè)壓力，從而有效的消除了擋土墻的繼續(xù)變形。

3)鉆孔注漿對于擋墻內(nèi)側(cè)主動區(qū)土層的加固，通過漿液的滲透、擠壓、劈裂作用以及成孔時的擠土作用，提高了土體密實度，有效的消除了土體的沉降變形。