绿色装配式土钉墙在强风化泥质粉砂岩质边坡中的应用

江微

（中交路桥华南工程有限公司，广东 中山528400）

1 工程概况

1.1 总体概况

项目位于中马钦州产业园区金鼓江北面，东至孔雀湾大道、西至园区规划边界、南至环北大道、北至马莱大道。本项目一期规划用地面积4.54km2，可建设用地面积3.16km2。一期工程总投资472419.09 万元，实施进度期为36 个月。主要建设内容包括：（1）道路桥梁及管线工程。包括配套建设道路照明、绿化、交通设施、雨污管网、管水管网、再生水管网、电力管沟、通信管沟、燃气管道及综合管廊等。（2）绿地广场工程。包括城市片区公园、特色公园、社区公园、街头绿地、广场用地、城市慢行休闲道、自行车租赁驿站及片区标志性雕塑。（3）市政设施工程。（4）学校工程。新建一所小学，建筑面积22800m2，一所初级中学，建筑面积31200m2。（5）金鼓江治理工程。主要包括江岸护堤工程6200m，水系调控设备8 套，水质提升设施12 套，生态群落重建1660000m2，公园绿化景观308000m2，沿河道线性景观123200m2。

1.2 工程地质及水文条件

1.2.1 根据地质调绘及钻探结果，拟建场地内土岩主要由第四系耕植土（Q4pd）、淤泥质土（Q4al+pl）、粉质黏土（Q4 el+dl）及下伏志留系下统连滩组（S1ln3）组成。

1.2.2 根据各岩土层的物理力学性质、地层的沉积时代、成因类型、标准贯入试验（N）及圆锥动力触探试验（N63.5）并结合室内岩土试验，将场地岩土层划分为7 个层组共12 个亚层。

1.2.3 场地所在区域气候湿润、雨量充沛、降水时间长，河流等地表水体与地下水的水力联系较好，在丰水期对地下水有补给作用，对区域地下水的补给起了重要的作用。据区域资料以及本次勘察成果，根据含水层的岩性、埋藏条件和地下水赋存条件、水力特征，可分为上层滞水、基岩裂隙水，预计沿线地下水位年变化幅度约1～3m。

2 绿色装配式坡面防护体系设计

2.1 防护设计

边坡坡面由“绿色装配式坡面防护体系”替代“钢筋网喷”，绿色装配式坡面防护体系包括装配式面层、钢丝绳、卡扣等构件组成。

2.1.1 放坡装配式面层综合抗拉强度30KN/m,面层幅宽6m,复合面层具有防水性能。

2.1.2 坡顶、坡脚均需翻边处理，坡顶翻边宽度不小于0.8m,坡脚翻边宽度不小于0.3m；坡顶坡底采用钢筋地锚锚固。

2.1.3 面层搭接处采用“之”字型搭接，搭接量不小于300mm，坡顶、坡脚均用80mm 厚C20 混凝土覆盖。

2.1.4 面层铺设完成后，在坡面纵横向布置覬6 钢丝绳、钢丝绳缠绕在锚钉外露端并拉紧，锚钉外露端用卡扣或垫片套筒固定。

2.1.5 坡底设排水孔，间距2～3m。

2.2 体系构成

表1 设计主要技术构件及参数

2.3 面层受力分析及选型依据

原设计的注浆土钉或锚杆不变，保证边坡的整体稳定性，以绿色装配式面层替代原有喷射混凝土面层，绿色装配式面层+钢丝绳形成了新的面层受力体系，轻薄的绿色装配式面层具有较好的延展性，受到侧向土压力的情况下在坡面产生局部小变形，依旧保持材料的完好，且与坡面密贴，相对变形小，不像原有的喷射混凝土面层，由于与土体的弹性模量相差很大，变形不一致，且受温度影响往往会出现裂缝，造成安全隐患。通常情况下，绿色装配式面层采用膜理论计算，非垂直的边坡其土压力进行一次折减，然后考虑土钉的土拱效应，对坡面土压力进行二次折减。

2.4 边坡稳定性验算

支护结构重要性系数： 1.000

基坑深度： 7.800（m）

基坑内地下水深度： 16.800（m）

基坑外地下水深度： 14.800（m）

[ 土层参数]

土层层数5

表2

[ 土钉参数]

土钉道数7 土钉材料 钢筋

表3

[ 整体稳定计算条件]

整体稳定计算方法: 瑞典条分法

考虑地下水作用的计算方法： 总应力法

条分法中的土条宽度： 0.500（m）

基坑底面以下的截止计算深度： 2.000（m）

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基坑底面以下滑裂面搜索步长： 1.000（m）

搜索最不利滑裂面是否考虑加筋： 是

施工期整体稳定安全系数折减： 1.000

整体滑动稳定安全系数： 1.300

[绿色装配式土钉墙参数取值]

（1）土压力计算。

根据放坡规律，土压力需坡度采取折减措施，坡面配筋抗拉也采取相应的折减方法。绿色面层所受的侧向平均主动土压力强度Pks可按下式估算：

Pks=η·ξ·pak（1）

ξ——坡面倾斜时的主动土压力折减系数；

pak——土钉间计算单元中点处由支护土体自重及附加荷载共同引起的主动土压力强度标准值（kPa）。

根据剖面情况及土体参数，取最大时，计算侧向平均主动土压力强度如下表：

表4

（2）装配式面层的轴向拉力标准值。

绿色装配式面层的轴向拉力标准值可按下式（2）计算：

式中：

Pks——土钉间计算单元内的平均侧向主动土压力强度（kPa）；

cotβ——边坡坡比之倒数；

λX、λS——分别为作用在装配式面层上的荷载在水平方向每边和坡度方向每边的分配系数，根据计算公式，在土压力取值最大时，当Wx=0.1 时，计算面层的轴向拉力标准值21.6KN/m。所以本项目产品取30KN/m。

3 坡面监测措施

坡顶（桩顶）水平位移和沉降、周边地表沉降，按原设计；同时在沿坡面走向布置摩擦钉观测坡面位移情况，布置间距20m、监测坡面纵向间隔一个单元布置。

监测频次：每周不少于2 次，雨期每天一次。

监测布置：监测单元内采用尼龙绳斜交拉紧锁定在土钉上，并采用摩擦钉（长0.3m），在斜交点插入土体。

预警措施：巡查人员观测摩擦钉是否松动或拔出。

4 结论

本项目将“锚杆+装配式土钉墙”防护技术应用到园区强风化泥质粉砂岩边坡。技术本质上是采用装配式材料取代了传统的网喷混凝土，在边坡整体稳定安全方面未改变传统的受力体系，在坡面防护功能上采用了新技术、新工艺。此类防护面层的应用丰富了边坡临时防护的选择方案，填补了国内绿色装配式坡面防护的空白，同时在环保、工期和造价等方面体现出较大的优势。这项技术更是符合国家倡导“绿色施工”、“装配化施工”的理念，势必会掀起施工应用的热潮，有广阔的市场推广与应用空间。