土質高邊坡治理技術研究★

王沙洲 付 茜 楊 棟

(1.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077； 2.西安長安大學工程設計研究院有限公司，陜西 西安 710064)

在我國，煤炭行業作為經濟發展的重要基礎，即使在2018年占一次能源消費比例第一次小于了60%[1-4]，然其仍占主體地位。煤礦工業廣場選址時受地形限制常位于滑坡地段等不良地質條件地段。通常來說，滑坡是指斜坡上的土體或巖體在一定條件下變形、破裂、向坡下運動的自然物理地質現象[5-8]，具有影響范圍廣、誘發因素多、危害后果重等特點[9-13]。

邊坡的穩定性研究一直以來都是國內外學者研究的重要課題。分析方法分為定性分析法和定量分析法兩大類，定性分析法包括歷史成因法、工程類比法、圖解法，定量分析法包括極限平衡法、數值分析法、可靠度評價法、人工神經網絡分析法等。目前，主要的研究方法為極限平衡法和不平衡推力法兩種。其中，極限平衡法基于Mohr-Coulomb強度準則，采用條分法通過分析受力平衡狀態計算邊坡的穩定性。不平衡推力法是我國獨創的邊坡穩定性分析方法，在國家規范和行業規范中都將其列為推薦方法在使用，其適用于圓弧或非圓弧滑面，在建立滑塊模型時所采用的簡化假定是土條間的條間力的合力與上一土條底面平行。

目前，國內外邊坡失穩的防治措施主要有各類擋土墻、抗滑樁、錨桿(錨索)、排水法、植被防護、改變滑帶土法、刷方減重、反壓土方等綜合治理方法。然而，專門針對煤礦工業廣場建于土質高邊坡上的研究較少，并且高邊坡破壞后引發的后果更為嚴重[14-16]。因此，開展土質高邊坡治理技術研究，具有重要的現實意義。

1 工程概況

沁水龍港煤炭加工配送中心工業場地位于山谷谷坡的下部，場地最上方有陡坎，地貌區劃屬剝蝕中山區，斜坡沖溝發育，地形切割嚴重，呈南高北低之勢，坡體東西兩側均為沖溝，西側沖溝走向近于北東15°方向，東側沖溝走向向近于北東20°方向，沖溝及陡坎將山體切割為近似圈椅形，呈現出較為明顯的古滑坡形態，坡腳為東西走向的季節性河流。

擬建場址位于古滑坡的前舌部位，從上到下呈臺階狀分布，場地左右為沖溝，屬于典型的滑坡雙溝同源現象，該古滑坡前后縱深約1 000 m，其后緣距離場地約800 m，左右寬約300 m～500 m。場址范圍前后縱深約350 m，左右寬400 m，標高從1 110.0 m～1 177.00 m，高差67 m。

2 高邊坡治理

根據總圖設計，整個場地從下到上依次分為三個平臺。設計等級按一級邊坡進行，使用年限不小于50年。

2.1 第三平臺段邊坡

第三平臺為場地最高平臺，標高為1 163.0 m～1 164.0 m。根據平場要求，需要削挖山體，將形成人工高邊坡。擬建場地位于古滑坡前緣，開挖坡體形成臨空面，破壞了原先的應力平衡狀態，坡體可能將沿易滑帶進行滑移(前期山體局部開挖已經出現滑塌)，因此須進行超前支護，有序開挖坡體。該地段形成人工高邊坡長度約327 m，高度為0 m～13 m左右，坡體介質上部為8.0 m左右的粉土，下部為泥巖層，滑面為土巖結合面，滑帶為薄層的鋁土質泥巖。

因此，在第三平臺段邊坡坡頂設置一排抗滑樁，直徑1.5 m，間距4.5 m，樁長16 m～20 m，保證樁端進入灰巖層內不少于2.0 m。樁頂冠梁連接，并設一道預應力錨索，錨索角度內傾20°，長度25.0 m。坡面以1∶0.75放坡，高8.0 m錯一平臺，平臺寬度4.0 m，坡面采用土釘(錨桿)+錨索+掛網噴射混凝土面層支護。坡腳設置一道矮擋墻，坡頂、坡腳均設有截水溝和排水溝，如圖1所示。

2.2 第二平臺段邊坡

第二平臺段邊坡標高為1 136.0 m，坡頂為第三平臺1 163 m～1 164.0 m，中間有一條場內公路。該地段平場后將形成長度約320 m，高度約28 m的人工高邊坡，局部地段需要回填處理。根據地質資料，該地段開挖山體介質主要為碎石土和灰巖，灰巖層下為煤層和泥巖，場地滑坡勘察報告中，推斷該古滑坡有兩個軟弱結構面，分別為土巖結合面和灰巖下部煤層。該地段開挖量較大，大部分為泥巖和灰巖。

因此，第二平臺開挖也需要提前支護，采用抗滑樁進行處理，各參數同第三平臺，并保證樁端穿過灰巖層進入煤層以下泥巖層中。坡面采用土釘(錨桿)+錨索+掛網噴射混凝土面層支護，各參數同第三平臺。局部地段邊坡需回填，采用加筋土擋墻處理，坡率1∶0.75，分層鋪設整體鋼塑格柵，豎向間距0.5 m，素土碾壓至設計邊坡高度，坡面預埋鋼筋掛網，噴錨混凝土面層200 mm厚，如圖2所示。

2.3 第一平臺段邊坡

第一平臺緊鄰場外公路，標高為1 112 m～1 122 m，坡頂標高為1 136.00 m，高差14 m～24 m。地質資料顯示，坡體介質主要為灰巖、煤層和泥巖。

因此，施工采用1∶0.75放坡，邊坡每高8.0 m錯一寬4.0 m平臺。坡體采用土釘或錨桿+錨索+掛網噴射混凝土面層支護，坡面掛雙層鋼筋網片，噴錨混凝土面層200 mm厚。局部地段邊坡需回填，采用加筋土擋墻處理，施工參數同第二平臺，如圖3所示。

3 施工技術要求及注意事項

3.1 施工總體部署

為保證安全，邊坡施工從上向下進行，按照先施工抗滑樁，再開挖坡面，每施工一層土釘(錨桿)，施工一層混凝土面層，最后施工擋墻及排水溝的流程施工。具體順序為：抗滑樁→冠梁→預應力錨索、土釘(錨桿)→掛網→錨噴→施加預應力→封錨→擋墻→截、排水溝。擋土墻及排水溝同一區段的支護工程應在同一連續工期內連續施工及竣工。同時，項目部還建立了安全和質量保證體系，如圖4，圖5所示。

3.2 坡面開挖

坡面開挖采用人工配合機械的方法進行，機械施工時應控制好開挖深度和邊界，以防超挖。人工配合修整坡面，要清理明顯凸起和松動土層，要求坡面基本平整，無探頭土，以保證邊坡平整。

3.3 土釘(錨桿)施工

土釘(錨桿)應按照清坡→定位及成孔→土釘的制作→插筋、注漿→鋪設鋼筋網→噴射混凝土→養護的施工順序進行。

在新開挖的土質坡面上設置注漿土釘，土釘長度9.0 m，成孔深度為9.5 m(錨桿長度4.0 m，成孔深度為4.5 m)，成孔直徑100 mm，角度15°，材料采用φ22螺紋鋼，坡面外露20 cm左右，每隔2 m設置一個對中支架，支架與土釘(錨桿)焊接。注漿采用P.O42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比0.5～0.6，采用一次性注漿工藝。錨噴面層為C20細石混凝土，厚度20 cm。錨桿施工同土釘。

現場放線時，應自上而下確定孔位，并呈梅花狀布置。開孔采用孔口管控制角度。制作土釘前，要檢查鋼筋有無缺陷。土釘外端頭要設置定位筋，土釘搭接長度100 mm，雙面焊接。推送土釘前，應對鉆孔進行檢查；沿鉆孔軸線，將土釘推送入孔內至設計深度；推送過程中，切勿轉動土釘，以防止破壞孔壁，并防止土釘插入孔壁土體中；應使土釘居中位于鉆孔軸線上；推送完畢后，隨即檢查孔中是否有碎土堵孔。注漿采用插管注漿法，注漿應連續進行，并要飽滿，隨后在坡面鋪設鋼筋網片。噴射混凝土要覆蓋坡面，水泥、砂和石屑重量之比1∶2.12∶2.12，水灰比0.5～0.6，速凝劑三乙醇胺摻入量為0.3%；噴射前，在坡面設置厚度標志，噴頭與噴面應垂直，宜保持0.6 m～1.0 m距離；噴射面層時，每隔25 m在坡面上設一道伸縮縫，縫寬20 cm～30 cm，縫內用木板瀝青填塞。噴射混凝土終凝2 h后，要灑水養護，一般為3 d～7 d。

施工允許誤差：孔位±50 mm，孔徑±20 mm，孔深±200 mm，孔傾角±2°。

3.4 預應力錨索施工

預應力錨索應按照放樣→搭設腳手架→鉆孔(錨索制作)→清孔→錨索入孔(水泥漿拌制)→注漿的施工順序施作。

施工允許誤差：孔位水平方向±100 mm，孔位垂直方向±50 mm，鉆孔偏斜度±2%。

3.5 加筋土擋墻施工

加筋土擋墻施工順序為基礎放線→基礎開挖→回填灰土及夯實→安裝模板→安放綁扎好的鋼筋→澆筑混凝土→鋪設格柵→回填碾壓→鋪設格柵→回填碾壓→…→澆筑帽石→編制鋼筋網→噴混凝土→養護。

施工前必須進行放線定位，施工時按放線位置進行。所用材料(鋼筋、水泥)必須有出廠材質證明。混凝土按設計要求的配合比進行配料，拌合料應隨攪隨用，存放時間不應超過2 h。混凝土終凝20 h后，應噴水養護，養護時間大于7 d。擋土墻施工結束后應視施工條件對墻后空洞進行回填。

加筋土擋墻基底的灰土墊層采用3∶7灰土，壓實系數不小于0.97。基礎及帽石混凝土強度為C20。攤鋪機械施工時應距離面板不小于1.5 m，運行方向與筋材垂直，1.5 m范圍內采用人工攤鋪。筋帶鋪設就位后應盡早用土覆蓋。

3.6 抗滑樁施工

抗滑樁為圓樁，直徑1 500 mm，樁長16.0 m～20.0 m不等，樁間距4.50 m。樁頂設置冠梁，冠梁高1.0 m，寬1.5 m，冠梁上設置一道錨索。樁、冠梁混凝土強度等級C30，樁的鋼筋保護層厚度50 mm，冠梁鋼筋保護層厚度35 mm。樁數為114根。抗滑樁采用機械成孔，鋼筋HPB300級，HRB435級。抗滑樁布置如圖7所示。

3.7 坡面泄水孔

坡面設有泄水孔，豎向間距3.9 m，橫向間距3.0 m，孔深為2.0 m，采用PVC管，直徑2.5寸，管端口采用濾網包裹。

3.8 施工質量檢驗

所有進場材料均應有合格證。進場水泥每200 t進行一次檢驗，每批鋼筋及焊件均應進行抗拉強度試驗；面層每噴射500 m2混凝土須取一組混凝土試塊，每組不少于3塊。漿體強度每30根檢驗一組，每組試塊為3塊，整個工程試塊不少于3組。除常規材質檢驗外，還應進行漿體強度檢驗和錨索抗拔力檢驗。同一地層進行錨索施工時應先進行1根～2根張拉試驗，確認設計的可靠性。最大檢驗荷載為錨索設計軸向拉力的1.2倍，不應超過桿體材料強度標準值的0.8倍。

4 結語

通過加筋土擋墻、預應力錨索、錨桿(土釘)、噴射混凝土等技術對沁水龍港煤炭加工配送中心工業場地邊坡進行治理，達到了坡面永久性支護的目的，滿足一級邊坡的技術規范要求，施工總體質量為優良工程。

1)加筋土擋墻通過筋帶的拉應力、筋帶與填土之間的摩擦力共同抵擋土壓力，其重力小，造價低，方便制作和施工，保證了坡體的穩定。

2)預應力錨索、錨桿(土釘)加噴射混凝土工藝可用于土質高邊坡的治理，但需控制好漿液配合比和注漿壓力、自由端和錨固段的長度、張拉應力以及混凝土的養護。

3)排水孔要控制好仰斜角度，濾水管端部要進行封堵，打眼部分要朝上，管與管之間的連接部位要處理好，確保排水通暢。