濕陷性黃土高邊坡支護施工技術

魏明越，沈羽臣，張 磊，段 飛，沈益國

（中建一局集團第五建筑有限公司，北京 100024）

0 引言

高邊坡的處理一直以來都是工程施工的重點難題，隨著我國大力推進基礎設施建設，高邊坡越來越多地出現在工程建設中，尤其在我國西北地區的基礎設施建設工程中。由于地理條件、水文地質條件、氣象特征、周圍自然環境等因素影響，高邊坡勘察、設計、施工及運維影響著群眾的生命和財產安全，其穩定性直接影響基礎設施建設的健康發展。

1 工程概況

西咸新區第二水廠出廠管道工程施工（第八標段）項目位于陜西省咸陽市S208省道附近，工程給水管道穿過北傾溝范圍是開闊的U形溝谷，溝底為現狀水系，平均跨度約60m，溝谷上方擬建輸水管道及桁架橋。在北傾溝北岸坡腳約1m處擬建桁架橋橋墩與承臺，坡頂擬修建6m寬的綠道及副橋墩，北岸邊坡由黃土、古土壤為主要土層，其中，黃土屬于Ⅳ級自重濕陷性黃土，場地高度30～32m，綜合坡率1∶0.8。

由于北傾溝兩岸邊坡坡腳因水位升降侵蝕已出現部分垮塌，同時北傾溝河道水系治理單位在修建施工便道時改變了原有地形地貌，破壞了北岸坡腳覆蓋植被，坡腳裸露高度約8m，坡度70°～80°。同時根據現場情況觀察發現整個北傾溝兩側邊坡存在多個垮塌的涵洞，邊坡問題存在很大安全隱患，需及時對工程范圍內的高邊坡進行防護，才能保證桁架橋墩及承臺在建及永久運營的安全。

2 濕陷性黃土對邊坡治理的影響

濕陷性黃土高邊坡產生失穩的原因主要是其濕陷性特征和弱抗沖刷性對邊坡的影響，黃土在遇水后其物理性質易發生改變，在受到自重及額外附加力作用時會發生不定向破壞。濕陷性黃土極易受到外界因素影響而產生土體結構破壞，受到雨期強降雨沖刷或雨水浸泡均會對濕陷性黃土造成失穩破壞；工程施工開挖時對黃土原狀結構產生破壞，或對坡面上植被造成破壞的人類行為，同樣會造成對濕陷性黃土結構的破壞，從而對邊坡的穩定性產生影響。

3 邊坡支護方案分析

3.1 削坡減載

削坡減載是通過削坡減小滑坡體上的荷載，消除不穩定的巖土體，放緩邊坡，增加平臺寬度，借此提高邊坡穩定性的一種邊坡處理方法。適用于絕大多數邊坡，通常和其他邊坡支護方式結合使用。濕陷性黃土邊坡極易在雨水的潛蝕下產生濕陷，因此在削坡前要密切注意加強邊坡坡頂至坡腳的排水系統是否通暢。本工程坡頂擬修建綠道，可削去的土體非常有限，因此僅靠削坡不能起到使邊坡穩定的作用。

3.2 預應力錨索錨固

預應力錨索是指一種可在巖土結構的內部通過預應力將錨索錨固的支架。錨頭工程主要是利用巖體變形的薄弱結合空間，將錨頭錨索緊固于巖塊中，將滑坡混凝土體和穩定的巖體有效組合在一起，進而改變巖石整體的受力情況，整體安全性得以改善，錨頭施工也是邊坡保護施工中最常見的支護方法，可應用于絕大多數邊坡，在預應力錨索支護施工完成后能快速改善邊坡的整體安全性。本項目中，由于邊坡預應力錨索孔內密封困難，以及鋼絞網的外部砂漿不夠嚴密，錨頭自由段淺部易受空氣接觸和土壤浸泡等因素引起腐蝕，導致錨索預應力逐漸損失。澆筑時，為減少因濕陷的黃土作用所引起的錨頭對混凝土澆筑破壞，并加強阻止入滲地表水和空氣以減少對自由段淺部的侵蝕，主要采用了下列方法：增加鋼絞線及受電設備部分的水泥密實性；增加單層波紋套管防腐能力；使用高抗硫酸鈉混凝土。

3.3 擋土墻

邊坡擋土墻指用于支撐路基的填土和斜坡上混凝土體的結構措施，避免填筑物變形和混凝土體不平衡，其構造類型有懸臂結構型擋土墻、重力型擋土墻穩定性、扶墻型擋土墻穩定性等，一般用磚、塊石、混凝土以及鋼筋水泥等材料進行施工，其優點是外形簡單，施工方便，具有良好的經濟效應。本工程邊坡坡腳裸露高約8m，擋土墻能夠很好地保護坡腳土體坍塌，但邊坡整體體量過大，邊坡上部仍有滑落的危險，因此單純靠擋土墻不能保證邊坡的穩定性。

3.4 抗滑樁

抗滑樁是一類對坡度所采用的防滑處理技術，利用在滑動體中深入滑床的樁柱，作為抗滑動土體的滑力，以提高滑動安全性。在邊坡滑動過程中承擔反滑力樁的摩擦力，使樁的滑動到達平衡位置，在滑坡體滑動中承擔抗滑樁的摩擦力，使樁的滑體到達平衡狀態。基于本工程的工程地質條件，抗滑樁施工時極有可能會對濕陷性黃土邊坡造成擾動，造成邊坡更不穩定，且抗滑樁施工所需工作面較大，對于施工也是一項很大的挑戰，雖然可行但風險性較大且施工不便。

3.5 格構梁+生態袋護坡

格構梁補強技術一般是通過現澆鋼筋大直徑混凝土對坡面結構加以支護，或通過錨桿或錨索加以緊固。生態護坡是對邊坡實施保護，建立由植被或工程結構組成的邊坡綜合保護系統的護坡技術，生態護坡的種類一般有人工植樹種草護坡方式、液壓噴播植草護坡、客土植生植物護坡、生態袋護坡等。本工程一般是通過格構梁內置生態袋實施護坡，生態袋有通風、透氣、不透土顆粒的特性，對高水環境和潮濕環境均有良好的適應作用，對工程結構基礎不能形成滲水壓力，適合應用于濕陷性黃土邊坡。格構梁的生態護坡系統能夠對滑坡的表面加以防護與強化，不僅可達到對滑坡表層的穩定要求，而且能起到美化生態環境、綠化環境的作用。

3.6 坡體排水

濕陷性黃土邊坡極易在雨水沖刷和地面水潛蝕作用下產生濕陷，因此，在邊坡治理中，排水措施是必不可少的一環，在邊坡頂部、邊坡平臺處及坡腳分別設置排水溝，邊坡排水溝應結合工程整體排水系統，并根據工程整體排水系統對位置作相應調整。

綜上，本工程擬采用預應力錨索配合格構梁的方式來進行支護，施工風險小，既能保證邊坡的穩定性又能保證美觀，達到對坡腳橋墩承臺及墩身的永久保護作用，保證工程運營安全。

4 錨索支護施工技術

4.1 測量放點

嚴格地依據測量相關標準條件，按照先總體后局部的勘測原則，首先確定施工區域的平面控制網，而后通過平面控制網進行局部位置的中軸線定向施測。根據現場狀況，把控制點和水準基點引至較不易損壞的地方，開工前對控制點進行復核，復核后應對控制點及水平基點進行保護，并且在施工中應經常復測。

4.2 成孔

1）鉆孔前應選取適配的鉆機，鉆機就位前應由技術人員對鉆孔的垂直度、定位進行復核，經監理驗收確認后開始鉆孔。

2）鉆孔轉進的初期需減緩速度，當鉆進量達到1.5m后，檢查無異常則恢復正常速度。鉆孔不能對周圍地層造成擾動。施工過程中，工作人員需加強對鉆機的定位、鉆桿的方位進行檢查，保證轉進誤差在合理范圍以內。

3）鉆機的直徑不得低于設備直徑50cm，鉆進至設置深度后要穩鉆3～5min，以免設置的錨固長度端的直徑不合格；不同土層的錨固性能段長度要按照工程設計圖紙和標準來定。

4.3 清孔

成孔后，孔內易殘留不利于后續施工的雜物，若清理不到位則對預應力錨索錨固和孔壁巖土體的黏結強度有影響，導致錨固力下降。因此必須加強清孔質量，并檢查注漿管和排氣筒是否堵塞或通暢，給錨索施工提供質量層面的保障。

4.4 錨索制作

1）錨頭鋼絞線應選用防銹油脂，物理化學安全性較好的無黏結鋼絞線，不含有害物質，涂敷用量不應低于50g/m；PE護套厚度為1.0～1.2mm，應具有一定的強度緩和韌性，并具有抗老化性和抗腐蝕性，在施工各階段避免沖撞、受損，并應伴隨有防曬、防雨、防污染、防腐蝕等措施。

2）錨頭編束時必須保證每根鋼絞線的順直與外觀整齊，不宜產生扭曲及分叉，同時要確保鋼絞線的排列均勻。錨頭制造時用切割機截取下來，其下材尺寸為：錨固長度段+自由段+1.0m的外露張拉段；應保證完整度，不可做接長處理。鋼絞線首先應經除灰，在除銹加工后再與導向帽、對中支架、固定環以及注漿管道等根據實際需要結合在一起。

4.5 下放錨索

安放錨頭時首先對錨頭進行編碼，每個編號對應一條孔位，錨頭放置時，首先對預應力錨索的編碼和孔位進行核實，確定錨頭編碼和孔位相符后由人、機器將錨頭均勻順推送入洞中。錨頭施工中需注意維持錨頭的狀態，不得出現錨索的屈曲扭轉，錨頭進洞應根據錨孔的高度和大小進行分權化，不得在進洞后出現抖動、扭曲，避免進洞后發生鋼絞線散束的卡阻。錨筋體進洞直徑應不低于設計直徑，且與孔底間隙不宜超過500mm。

4.6 注漿

1）錨頭的注漿材料經常使用二次加壓注漿材料、洞底返漿材料，錨頭注漿的材質為水灰比為0.45～0.50的水泥漿，注漿水壓為0.6～0.8MPa；當首次注漿材料所產生的水泥結石體硬度超過5MPa時采用二次注漿材料，兩次的注漿方法均為水灰比0.45～0.50的水泥漿，注漿方法控制在2～5MPa。第一次注漿管在編索時設置于對中支架外側，二次注漿管居中，并同時伸入導向帽內。

2）首次注漿材料一般采取正常的壓力注漿方式，通過注漿料管或自孔底注漿方法，待泥漿回流到孔口后進行二次注漿材料，而二次注漿方式為通過加壓注漿材料，注漿壓力值一般為2.0～5.0MPa，當首次注漿材料強度高達5MPa后再進行二次注漿材料，一般為首次注漿材料后的12～24h完成。二次灌漿一般采取注漿及加壓控制，當水壓高達5MPa后，以穩壓注漿材料2min為宜或總混凝土用量控制不小于80kg/m。

4.7 張拉鎖定

1）張拉施工應隔根跳開進行，并當所注漿漿體抗拉強度超過20MPa或超過設計抗拉強度的80%，即可進行張拉施工鎖定。錨索張拉前先要按荷載1/10的標準設計預加拉力預張拉，然后整體張拉施工1～2次將錨頭整體拉直，預張拉1～2次之后將其各部位密切聯系，以保持鋼絞線的完整水平。

2）對預應力錨索進行張拉安裝之后，根據對錨頭的預加拉力數值的25%，50%，75%，100%，110%五級分級補償，按分層方式合理進行調整。在張拉過程中，壓力值每提高一層均要保持5min，并記下定位讀數。最后一層張拉荷載可保持在10～20min，每一層平衡后測讀錨頭位置最少3次。當張拉施工至110%強度時可實現鎖定，如出現拉伸應力丟失情況，可及時進行補張拉措施，保證設計圖紙錨索鎖定值要求。

3）預應力錨索鎖緊后宜通過拉伸檢測，如預應力錨索鎖緊后48h內發生了強烈的應力松弛，則須通過補充張拉；張拉施工完畢后，應按照錨索軸向力監測情況繼續進行補張拉施工，待內部力量平穩后再剪除多余鋼絞線，并用鋼筋混凝土作為密封錨頭。

5 穩定性分析

該項目邊坡結構采取兩級預應力錨索+格構梁支護方法，預應力錨索為直徑15.2mm高強度低松弛預應力鋼絞線（1×7標準型，抗拉強度標準值fptk=1860N/mm2），對錨索支護后的邊坡進行穩定性分析。通過計算，在自然工況下安全等級為F＞1.35，在地震工作情況下F＞1.15，均滿足GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術規范》要求，錨索支護設計合理。

6 施工問題處理

6.1 施工環境及場地處理

由于邊坡坡底存在水系，工作面狹小，不利于現場施工，通過經濟、技術等多方面因素考慮，建議采取土圍堰加硬化路面的方式，作為現場工作的基礎場地，同時應注重場地的排水措施，以防坡腳積水，影響邊坡的穩定性。本工程坡體周圍存在多個由于地下水或地表水滲透造成的土洞，不利于邊坡穩定，因此在邊坡支護前，采用混凝土灌注的方式處理周圍土洞，以免土洞垮塌造成邊坡失穩。

6.2 工序交叉影響

本工程邊坡的坡頂及坡腳都存在其他構筑物的施工，影響邊坡支護施工及后期邊坡的穩定性。在進行工序安排時，應以保證邊坡的穩定性為主，并避免擾動邊坡周邊土體，因此在制定工序計劃時，原則上應將邊坡支護放在首位，在邊坡未達到穩定前應禁止邊坡周圍的工程施工。故本工程考慮安全因素，工序安排應是優先進行邊坡支護，其次施工坡頂副支墩和綠道，最后施工坡腳的承臺及橋墩。經濟層面也是防止工序交叉引起不必要的返工導致成本增加。

7 結語

1）在高邊坡支護過程前應確定高邊坡的破壞形式，分析邊坡坡體產生變形的原因，結合地質條件、水文環境等情況，最終制定針對性治理方案。

2）高邊坡支護往往采用多種支護形式結合的方式，考慮因地制宜，確保支護設計的安全性及合理性，在保證邊坡穩定及美觀的基礎上，還要考慮經濟效益。