邊坡支護工程設計和施工階段關鍵技術分析

湯敏捷TANG Min-jie

（婁底職業技術學院，婁底 417000）

0 引言

隨著國內工程方面相關技術和材料的不斷推陳出新，工程建設的規模也在不斷擴大，尤其是在項目的建設過程中，不可避免地會出現大規模的邊坡開挖情況，在地質較差且安全等級較高的地段，需對邊坡進行及時的處理和防護。但邊坡防護的形式多樣化，因此如何在設計和施工過程中，對關鍵技術指標進行把控，合理地選擇邊坡防護形式，從而節約造價，獲得較好的項目收益，是邊坡防護工作所希望達到的目的[1]。

本文以婁底市某邊坡工程開挖為例，該項目周邊環境較為簡單，但在坡腳位置處有一混凝土生產站，同時結合地質條件以及建設單位對于項目工程的預期目標，對兩種較為典型的邊坡進行相關技術計算，并對其在施工過程中的相關關鍵性技術進行分析，最終結果表明，在施工完成后，該邊坡情況良好[2]。擬為相關類似工程提供參考。

1 工程概況

擬建工程場地位于湖南省婁底市，項目區周邊市政路網較通達，交通較為便利，各類中小型車輛均可直達項目區內。場地屬丘陵地貌區，原場區地形為山間沖溝及局部坡地，場地表層部分為回填土覆蓋，現地面標高（以孔口標高為準）介于145.89～163.18m 之間，最大相對高差約18.71m。根據場地勘察報告及實地踏勘，場地主要由第四系全新統雜填土、第四系殘積粉質黏土（Qel+d）l及泥盆系石灰巖（D）組成。建筑場地抗震設防烈度為6 度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第一組，特征周期為0.35s。本次勘察場地巖土層力學性質穩定，無巖溶發育帶、構造破碎帶，土洞等不良地質作用；該擬建場地及附近無活動斷裂通過，場地內及附近無可利用的礦產資源，且場地內及周邊無人為地下工程及大面積開采地下水與采礦活動。工程主要由本項目開發場地平整及開挖形成，根據項目規劃總圖，本次擬建項目位于其自身場區內，紅線附近平整及開挖后將形成邊坡體。由于場地用地范圍有限，無法直接放坡進行處理，故需采取工程措施對挖方邊坡進行支護[3]。工程安全等級為一級。邊坡支護結構上部布置1 排截水溝，下部布置1 排排水溝，長度與邊坡同長，下部截水溝處每隔25～35m 布置1 座集水井。其邊坡防護設計總圖如圖1 所示。

圖1 邊坡防護設計總圖

2 場地條件與設計方案

2.1 場地條件

本邊坡工程位于湖南省婁底市，場地為丘陵地貌區，原場區地形為山間沖溝及局部坡地，場地表層部分為回填土覆蓋，周邊環境較為簡單，現敘述如下：

2.1.1 邊坡周邊建（構）筑物

邊坡周邊受影響的建（構）筑物包括坡腳擬建3#商混攪拌站生產線用房（最近處距設計邊坡坡腳約5.0m）及4#建筑裝修垃圾生產線用房（最近處距設計邊坡坡腳約7.0m），基礎形式為獨立基礎。以上擬建建（構）筑物設計使用年限均為50 年。坡腳擬建建（構）筑物基礎形式不得與邊坡支護施工的支護樁及排水系統相沖突，基礎邊緣應保證與支護樁間距不小于1.5m。

2.1.2 水文地質

根據勘察報告，該場地的地下水總體流向為南東—西北。根據場區地下水的含水特征，粉質黏土為相對隔水層，一般不含水，填土層為稍密狀，弱透水層，一般不含水。本次勘探未揭露地下水。雨季，上部雜填土層可能會存在上層滯水，一般水量較貧乏。地下水呈管狀、帶狀分布，接受大氣降水和地下徑流的補給，一般無統一的地下水位，總體上呈從南東向西北低洼處方向徑流排泄。①雜填土層本次勘察未揭露有上層滯水，但在雨季，易變成上層滯水的賦存巖土，主要由大氣降水、地表水下滲補給。②粉質黏土層為相對隔水層。③石灰巖層節理裂隙較發育，但一般呈封閉狀態，含水極貧乏。

綜上所述，在做好坡頂、坡面排水通暢及面層封閉嚴密的設計要求下，邊坡工程使用期內可不考慮地下水對邊坡工程的影響，只需考慮邊坡系統截排水即可。

2.2 設計方案

根據本工程周邊環境、開挖高度、工程地質與水文地質、施工作業設備和施工季節等條件，進行方案選擇時應著重考慮的因素包括：綜合考察現場的周邊環境、地下管網及巖土層組合等條件，根據建設單位對邊坡支護工程的具體要求，為盡可能避免邊坡對坡頂、坡腳建（構）筑物的影響，本著“安全可靠，經濟合理，技術可行，方便施工”的原則，經過細致分析、計算和方案比較[4]，最終確定采用的支護設計方案如表1。

表1 各支護段設計方案一覽表

3 關鍵技術分析

3.1 設計關鍵技術

根據建設單位提供的規劃條件及現有地形、地質條件，本工程邊坡支護安全等級取Ⅰ級，結構重要性系數取1.1，使用年限為50 年。根據勘察報告及現場踏勘得出計算模型，為了保證邊坡工程的安全，計算斷面選取最不利剖面圖及鉆孔參數。設計所需地層物理力學參數是參考相關勘察報告。巖土物理力學參數見表2。

表2 設計選用的巖土參數表

為更具有代表性，本文選取A-B 段和G-H 段進行相關設計關鍵技術分析。

3.1.1 A-B 段關鍵技術分析

A-B 段防護措施采用重力式擋土墻和截排水相結合的措施。其墻高3.650m，墻頂寬0.870m，面坡傾斜坡度為1：0.206。采用1 個擴展墻址臺階。其結構示意如圖2 所示。

圖2 A-B 段支擋結構示意圖

計算高度為4 處的庫侖主動土壓力，按實際墻背計算得到：第1 破裂角：33.120 （度），Ea=43.166kN，Ex=40.023kN，Ey=16.170kN，作用點高度Zy=1.333m，墻身截面積=4.945m2，重量=113.738kN。

①滑動穩定性驗算。基底摩擦系數為0.3，基底傾斜角度=11.31 度，其中Wn=111.529kN；En=23.705kN；Wt=22.306kN；Et=36.074kN。

滑移力=36.074-22.306=13.768kN。抗滑力=（111.529+23.705）×0.300=40.570kN。Kc=2.947＞1.300，其抗滑移驗算滿足規范要求。

②傾覆穩定性驗算。相對于墻趾點，墻身重力的力臂Zw=1.093m；相對于墻趾點，Ey 的力臂Zx=1.75m；相對于墻趾點，Ex 的力臂Zy=0.983m；驗算擋土墻繞墻趾的傾覆穩定性：傾覆力矩=39.356kN·m，抗傾覆力矩=152.607kN·m，K0=3.878＞1.600，其傾覆驗算滿足規范要求。

3.1.2 G-H 段關鍵技術分析

G-H 段防護措施采用排樁錨桿擋土墻+噴射砼+截排水的措施。嵌固點以上立柱高14m，立柱截面形狀為圓形，錨索設置道數為4 道。墻后穩定地面角度數為53 度[5]。其結構示意如圖3 所示。

圖3 G-H 段支擋結構示意圖

按假想墻背計算朗肯主動土壓力：

Ea=704.186kN；Ex=704.186kN；Ey=0。作用點高度Zy=3.729m。

經計算，最不利滑動面圓心位于（-2.54545，-4），其半徑R=20.35743m。總的下滑力為2714.782kN，總的抗滑力為5275.425kN；土體部分下滑力為2714.782kN，土體部分抗滑力為5207.732kN，筋帶的抗滑力為67.693kN。

其最小安全系數=1.943≥1.250，整體穩定驗算滿足。

3.2 施工關鍵技術

3.2.1 支護樁施工

①本次支護樁建議采用旋挖鉆機成孔，支護樁直徑為1200mm。

②支護樁和冠梁混凝土強度均為C30。

③成樁采用間隔2-3 個樁跳挖的方式，倒出的土距樁孔的最小距離應大于6m，并應及時清除，相鄰樁應在澆注混凝土24h 后，再進行成孔施工。

④支護樁成孔施工偏差應滿足下列要求：1）樁位的允許偏差：±50mm；2）樁徑的允許偏差：±50mm；3）樁垂直度允許偏差：±0.5%；4）預埋件位置的允許偏差應：±20mm。

⑤對填土等容易塌孔或流動的軟弱土層，可采用鋼護筒護壁。

⑥鉆孔達到設計深度時，應進行清孔，沉渣厚度應少于100mm。

⑦當成孔過程中遇到不明障礙物時，應查明其性質，且在不會危害既有建筑物，地下管線、地下構筑物的情況下方可繼續施工。

⑧對混凝土灌注樁，其縱向受力鋼筋的接頭不宜設置在內力較大處。同一連接區段內，縱向受力鋼筋的連接方式和連接接頭面積百分率應符合現行國家標準對梁類構件的規定。

⑨當滲水量過大時，應采取場地截水、降水或水下灌注混凝土等有效措施。嚴禁在樁孔中邊抽水邊開挖邊灌注，包括相鄰樁的施工。

⑩支護樁施工后應及時對其質量進行檢測，其質量檢測應滿足下列規定：1）應采用低應變動測法檢測樁身完整性，應全部進行檢測。2）當根據低應變動測法判定的樁身完整性為Ⅲ類或Ⅳ類時，應采用鉆心法進行驗證。

1○冠梁、連梁施工時應將樁頂浮漿、低強度混凝土及破碎部分清除。冠梁混凝土澆筑采用土模時，土面應修理平整。

其擋土墻施工示意如圖4 所示。

圖4 擋土墻施工示意圖

3.2.2 樁間混凝土檔板及腰梁施工

①腰梁及擋土板均采用C30 混凝土澆筑，腰梁及擋土板應分層分段整體澆筑，擋土板一次澆筑高度不宜大于2m。

②下一層擋土板施工應在上一排預應力錨索鎖定后進行。

③腰梁施工工藝。

1）土方開挖：待支護樁及上部結構強度達到設計強度的80%，方可開挖至腰梁底下0.5m，每次土方開挖厚度不宜超過2m，應分層分段跳挖，分段長度不大于24m[6]。

2）測量放線：用平水儀按施工圖紙的腰梁梁底標高進行放線，支護樁樁身上打上鋼釘做好標記，鋼釘間距不大于15m 一個，在鋼釘上拉水平線便于腰梁植筋及安裝模板。

3）植筋：根據設計的孔徑和深度要求，用重型電錘在支護樁上鉆孔，用硬毛刷刷孔壁再用干凈無油的壓縮空氣吹出灰塵，如此反復進行不少于3 次。應保證孔壁完全干燥后方可施工。施工后應留有足夠的時間（不少于一天）讓JN-Z 固化，固化期間避免擾動。25℃時，固化1-2 天即可受力使用。

4）鋼筋加工、綁扎：鋼筋制作時，應嚴格按照圖紙和規范、標準圖集下料，保證鋼筋的規格、錨固長度、箍筋尺寸、間距等符合要求。鋼筋綁扎時，先劃好鋼筋位置線，以確保鋼筋位置準確，鋼筋綁扎應全數綁扎，不得跳扎、漏扎，鋼筋綁扎連接長度符合規范及圖約要求，對于采用雙面搭接焊的，應在鋼筋工程施工前進行工藝檢測，并按每一施工階段不同類型鋼筋進行送檢，焊接時應保證焊綘飽滿，不損害鋼筋筋體，雙面搭接長度不小于5d。鋼筋綁扎完成后應在主筋兩側綁好混凝土墊塊，沿箍筋間距方向每4 跨綁扎1 塊，豎向綁2 塊，以確保保護層厚度及鋼筋位置。

5）模板安裝及拆除：腰梁采用18mm 膠合板安裝，用方條支撐加固。待梁混凝土強度達到50%，且在24 小時后方可進行側模的拆除，模板拆除時應小心不要破壞梁表面混凝土。

6）澆筑混凝土：待鋼筋工程、模板工程驗收通過后，由監理方簽字后，方可進行混凝土澆筑工作，混凝土澆筑時，應振搗密實，但不得過振。在腰梁施工縫處，新舊混凝土交界面處應做好鋼筋的預留，保證鋼筋搭接長度，在后續混凝土澆筑時，應清除交界處混凝土浮漿、松動的石子，以確保混凝土的連接。

7）澆水保養：混凝土澆筑完成后12 小時內澆水保養，保證混凝土面濕潤，養護時間不少于14 天。

其錨索施工示意如圖5 所示。

圖5 錨索施工示意圖

4 結論

本文以婁底市某邊坡工程開挖為例，首先從設計角度出發，對其各個不同地質條件以及現場狀況等情況分別進行受力的抗滑移和抗傾覆分析，從而確定其最佳經濟性的支護形式，隨后對其在施工過程中，各個不同支護形式的施工工序的關鍵性技術進行分析。最終結果表明，在施工完成后，該邊坡情況良好。擬為相關類似工程提供參考。