土钉墙在强风化砂岩边坡治理中的应用

张虎伟

（辽宁建筑职业学院， 辽宁 辽阳 111000）

土钉墙在强风化砂岩边坡治理中的应用

张虎伟

（辽宁建筑职业学院， 辽宁 辽阳 111000）

结合辽宁省辽阳县小屯镇第三采石场的强风化砂岩边坡的支护加固工程，介绍了土钉墙支护的原理，详细阐述了土钉墙支护的施工工艺过程，并利用有限元软件ADINA对支护工程进行模型的搭建和后处理分析，通过数值模拟验证了土钉墙的支护效果。

土钉墙；边坡支护；数值模拟

1 工程概况

辽宁省辽阳市小屯镇第三采石场由于采石开挖形成了高陡边坡、坡面裸露，且一直未进行任何有效的防护措施，对周围的地质环境构成了一定的破坏，边坡表面岩体裂隙较发育，在常年累月雨水冲刷及恶劣天气的影响下，容易诱发崩塌、滑坡等地质灾害。为消除采石场存在的地质灾害隐患，该露天边坡急需采用有效方案进行加固支护。

2 边坡现状稳定性评价

边坡经人工开挖后裸露的岩体主要为强风化砂岩，坡顶、坡肩为薄层砂岩风化残积粉质粘土。由于矿山采石开挖山体，形成了陡峭的边坡，坡面未作支护处理，在降雨、风化、应力释放因素影响下，岩体形成了方向、规模各异的结构面，这些结构面的不同组合方式，易形成楔形体，导致崩塌。

3 边坡支护设计

综合以往类似工程及周边的施工经验及本工程现场情况，确定采用土钉墙的加固方式治理该强风化砂岩边坡。土钉的作用是通过锚杆与土体间的粘结力将周围岩体固定为一个整体，通过被动拉力给予岩体约束增强其稳定性，降低边坡岩体的水平和竖向位移。具体的支护措施如下：

（1）坡脚设砌石挡土墙，墙高1.50m，采取M10砂浆砌MU40块石，墙底埋深0.5m，墙后设置反滤层，墙后回填碎石土，回填高度为1.0m；挡土墙内部埋设φ100PVC管，排水管向外倾斜5%，保证坡体排水顺畅。

（2）清理坡面松动块石，坡面挂设镀锌铁丝网，采用14#镀锌铁丝网，网距5×5cm。用锚杆进行固定，锚杆可分为长锚杆和短锚杆，长锚杆长为1.0m，短锚杆长为0.5m，局部较破碎地段，锚杆长度全部扩大为1.5m，横向间距与纵向间距均为2.0m，长短锚杆按梅花型交叉布置。挂网后喷射混凝土，混凝土的标号为C20，利用喷射机将混凝土喷于坡面，喷射的平均厚度为 200mm。

（3）为防止雨水冲刷坡面，坡面修筑排水槽，按高程每10m设置一个排水槽，排水槽宽0.70m，排水槽底板与水平方向呈45°角， 排水槽主筋为C25@1000mm，构造筋采用Φ8@200mm，采用铁丝绑扎。每间隔10-20m应设置一道沉降伸缩缝，缝宽2～3cm，伸缩缝处采用沥青麻筋填塞，填塞深度不小于5cm。

4 ADINA有限元分析

利用大型有限元分析软件ADINA对设计的土钉墙边坡进行仿真分析，土体采用莫尔一库仑屈服准则,土钉采用rear单元 ,相应的本构关系用弹塑性双线形模型，混凝土护坡采用二维实体 8节点单元，对建立后的有限元模型进行开挖与支护的数值模拟分析。经过后处理得到该强风化砂岩边坡的竖向位移云图如图 6所示，水平位置云图如图7所示。

图6 边坡竖向位移云图

图7 边坡水平位移云图

通过竖向位移云图可以看到坡脚处的竖向位移为1.6×10-6m，坡顶处的竖向位移为3.2×10-6m，通过水平位移云图可以看出坡脚出的水平位移为2.0×10-6m，坡顶处的水平位移4.0×10-6m。

5 结论

强风化砂岩边坡治理的关键是将节理裂隙发育的岩体固定为一个整体，减小岩体的水平和竖向位移从而避免了边坡的滑移，土钉墙的力学机理在于混凝土墙封闭了岩体表面的裂隙避免了其继续发育贯通，土钉将多层岩体固定起来，形成整体。通过有限元软件ADINA的数值模拟分析得到了砂岩边坡的水平和竖向位移值，在土钉墙的支护下，其位移量均很小，从而证明了土钉墙支护的加固作用。

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1007-6344（2017）10-0309-01