土钉墙在淠史杭灌区滑坡治理中的应用

2015-02-10王同如

水利建设与管理 2015年7期

王同如

(安徽省淠史杭灌区管理总局，安徽六安 237005)

1 概述

土钉墙支护是一种利用经加固后的原位土体来维护主体稳定的边坡加固方法，应用于深基坑支护和各类边坡支护，是一项经济实用的原位土体加筋技术，在我国城市建筑物基坑支护、公路边坡滑坡治理中应用广泛。本文结合淠史杭灌区淠河总干渠五里墩滑坡治理工程实践，浅谈土钉特点、作用机理以及运用于滑坡治理中的设计和施工方法。

1.1 土钉的特点

土钉墙支护能最大限度地利用边坡土体固有的力学强度，它将土体内部荷载变为边坡支护体系的一部分;土钉的控压注浆可使被加固土体的物理力学性能大为改善，将边壁不稳定的倾向转移到内固段及其附近并消除，达到稳定基坑或边坡的目的。与其他支护类型相比，它具有工期短、造价低、施工操作方便等特点。

1.2 土钉的作用机理

土钉墙和挡墙、护坡对土体作用机理不同。土体抗剪强度很低，抗拉强度极小，但土体具有一定的结构整体性。土钉墙构造是在土体内放置土钉，相当于土体加筋，土体与土钉共同工作，构成复合加筋土体;在边坡的一定范围内形成一个加固区，使滑移面后移，达到边坡加固的目的。土钉墙主要通过以下几方面的作用来达到边坡支护的目的。

1.2.1 土钉锚固

土体中的土钉与砂浆柱体相结合，可对加固区土体产生锚固作用，限制了砂浆柱体周边的土体变性。加固土钉在土体中分布较密，起到了对土体进行加筋的作用，增强了土体的整体性和强度。

1.2.2 挤密作用

土钉孔内注浆对土体的挤密作用，由于土钉孔的密度比较大，注浆挤密作用的影响大，使加固区的土体比非加固区的土体密度有显著提高。密集的土钉与土钉之间的土形成复合土体，结构类似宽度很大的重力式挡墙，可有效支撑边坡，且单个土钉的破坏对整体功能的发挥影响有限。

1.2.3 坡面变形的约束作用

在坡面上设置与土钉连在一起的外部面板，它将限制土体的变形，并能保持土体的局部稳定性，是发挥土钉墙有效作用的重要组成部分。

2 工程实例

2.1 工程概况

淠史杭灌区位于安徽省中西部和河南省东南部，设计灌溉面积1198万亩，是新中国成立后兴建的全国最大灌区，是全国三个特大型灌区之一。淠河总干渠为淠史杭灌区两大总干渠之一，全长104.5km，设计流量300m3/s，灌溉面积660万亩，同时担负着向六安、合肥两大城市供水任务。本次治理的五里墩滑坡位于淠河总干渠五里墩大桥下游30m处，桩号28+320～28+370段，滑坡滑动范围长50m。本段渠道堤防为深切岭段，切岭深15m左右，堤防坡度为1∶2.5，滑坡体位于坡面中间，上部已经实施完成市政绿地，重型机械难以进场，施工难度较大。

2.2 工程地质

滑坡工程所在地土层分布描述如下:

a层滑动土，成分主要为黏性土，少量碎块石，湿，稍密～中密，局部松散。

b层滑床土，成分主要为黏性土，褐黄、灰黄色，硬塑状，具弱膨胀潜势，底部局部为残积土。

c层强风化泥质砂岩，褐黄、褐红色，风化呈土状、碎块状，稍湿～湿，密实。

d层中风化泥质砂岩，属软岩～较软岩，岩芯较完整，岩石强度较高。

2.3 滑坡治理方案的确定

根据本工程滑坡体深度，滑坡体位置以及滑坡段周边的施工环境，在“经济、安全、方便施工”的原则下，确定采用土钉墙支挡的方案。滑坡治理剖面简图如下图所示。

滑坡治理剖面简图

2.4 土钉墙的设计

2.4.1 土钉结构设计

本工程土钉墙设计采用钻孔注浆型土钉，钻孔直径120mm，钻孔与水平面倾角为20°，土钉纵向设4排，排距0.9m，横向间距 2.0m，土钉长度为 9.0 ～12.0m。本工程滑坡体治理长度50.0m，设计土钉总计80根，土钉杆件采用直径25的螺纹钢筋。

2.4.2 土钉墙面层设计

土钉墙面层通常采用加网状钢筋的喷射混凝土结构，但本工程堤防滑坡治理若采用喷射混凝土面层不利于内部土体排水，本次设计土钉外部采用网状框格梁连接，框格大小为2.1m ×1.7m，梁的尺寸为0.5m ×0.3m(高×宽)。网状框格梁外铺设碎石垫层及混凝土预制块护坡，与堤防上下游护砌保持一致。

2.4.3 土钉抗拔力计算

土钉极限抗拔承载力标准值按照《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012)中公式 5.2.5计算，其值还需要通过土钉抗拔试验进行验证。具体计算公式如下:

计算可得单根土钉极限抗拔承载力标准值为150.72kN。

2.4.4 滑坡体稳定计算

土钉墙整体滑动稳定性采用圆弧滑动条分法进行验算。按照《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012)中5.1.1计算。具体计算公式如下:

计算得土钉墙整体稳定系数Ks为1.39。

2.5 土钉墙的施工

2.5.1 土钉施工

本工程施工工艺主要包括施工准备→脚手架搭设→钻孔→插入土钉钢筋→注浆→框格梁钢筋绑扎→框格梁混凝土浇筑→预制块护坡施工→施工检测。

a.脚手架搭设:边坡要按设计要求严格分层施工，脚手架平台搭设要平整、牢固，保证人员和设备在平台面上施工的安全稳定。

b.钻孔:钻孔前应根据设计要求定位，钻孔时要保证位置正确(上下左右及角度)。防止高低参差不齐和相互交错;钻进时要比设计深度多钻进100～200mm，以防止孔深不够。在进钻和抽钻杆过程中不得引起土体坍孔。

c.插入钢筋:土钉钢筋插入前要进行清孔检查，孔中若出现渗水、塌孔，应先进行处理。钢筋使用前应平直、除锈、涂油。土钉钢筋置入孔中前，首先要在钢筋上安装对中定位支架，以保证钢筋处于孔位中心且注浆后其保护层厚度不小于25mm。支架沿土钉长度方向上间距为2m，支架可为φ8钢筋半圆弧，以不妨碍浆体自由流动为宜。

d.注浆:采用水泥砂浆注浆，水泥砂浆的水灰比宜取 0.40 ～0.45，灰砂比宜取 0.6 ～0.8，宜选用中粗砂，其中按重量计的含泥量不得大于3%;本工程的土钉倾角向下，注浆采用底部注浆方式，注浆导管底端插至距孔底250～300mm处，一边注浆一边缓慢地将导管拔出。注浆时，导管口应始终埋在浆液液面以下，以排除孔内气体。

e.框格梁施工:首先清理边坡坡面松散的土方，并修整边坡，保证边坡的坡度;然后开挖井字梁沟槽，沿着土钉施工纵横方向开挖框格梁沟槽;最后绑扎钢筋浇筑混凝土。钢筋绑扎采用6φ18三级钢筋，混凝土强度等级为C25。土钉钢筋与框格梁纵向受力钢筋需要焊接连接并保证土钉钢筋锚固到框梁中，锚固长度不得小于1.0m。

f.外层预制块铺设:外层预制块铺设仍采用六角形混凝土预制块护砌。预制块铺砌前按设计要求浇筑混凝土隔埂，并将坡面整平压实，均匀铺设碎石垫层。预制块人工进行铺砌，砌筑面应平整，块间相互咬合、嵌紧，预制块与隔埂、勒脚、封顶间的空隙采用现浇混凝土封堵。

2.5.2 施工注意事项

a.土钉墙应分层施工，结合本项目，土钉墙滑坡治理施工时应先施工底层，逐级向上层施工。

b.当工程区存在地下水时，对易产生塌孔的土层，施工前需要通过试验确定土钉墙工艺参数和施工应采取的安全措施。

c.注浆前要验收土钉钢筋安设质量是否达到设计要求。注浆时要采取必要的排气措施。

d.土钉钢筋连接及土钉钢筋与面层框格梁时，应采用焊接连接，并采用双面焊缝;钢筋搭接长度应大于钢筋直径的5倍。

2.6 土钉抗拔试验

淠河总干渠五里墩滑坡治理工程由安徽建筑大学勘测设计研究院对土钉抗拔力值进行检测。采用的设备主要为:穿心张拉AYD-30T型千斤顶，SSYB-2型双油路手动泵，土钉夹具及百分表。受检的3根土钉轴向拉力最大试验荷载值均不小于设计标准值的1.3倍，位移稳定;土钉轴向拉力标准值符合基坑支护侧壁安全等级二级验收标准。其试验成果见下表。