分段治理在边坡加固工程施工中的应用

胡励耘，黄亮，文家刚

（中南勘察基础工程有限公司，武汉 430081）

1 引言

边坡加固是岩土工程中危险系数较高的工程项目。有学者吸取国内多个边坡治理工程经验，分别从岩土体性质、节理裂隙发育特征、地下水埋藏条件、施工区域地质地貌、气候变化等层面分析影响边坡稳定性的因素，为边坡治理安全提供重要参考[1-2]。有学者列举防渗膜护坡加固、抗滑桩支护、锚杆加固等多项加固技术方案，明确不同加固方案的适用范围及其对边坡结构的影响。本文结合工程实例对分段治理边坡加固方法进行论述。

2 岩土工程实例

2.1 工程概况

以某边坡加固工程为例，该项目施工地点位于湖北省武汉市，拟建场地内有多栋高层建筑与多层建筑，建筑高度为18~36 m。在场地内对北部原有厂房做整平处理，形成高17 m、长246 m挖方边坡，属土岩结合边坡，各土层分布特征及地质参数如表1所示。根据施工现场地质条件、岩土层性质等参数，在该项目中拟将边坡划分为4段，安全等级划分为二级，边坡重要性系数为1.1，结构设计使用年限为50 a。

表1 研究区域岩土层地质参数

2.2 工程设计要求

边坡一侧原有悬臂式混凝土挡土墙支护结构，选用C15混凝土，墙顶、墙底厚度分别为400 mm和650 mm，设有双层双向配筋，保护层厚20 mm；在挡土墙坡底位置为原厂房，沿挡土墙后方设有φ1 000 mm人工挖孔桩基础，桩间距为5 m，经拉梁与挡土墙连接。在现场测量环节发现，挡土墙顶部产生15~30 mm的水平位移，局部裂缝宽度达1.8 mm，且邻近挡土墙周围的4栋建筑分别沿挡土墙方向产生不均匀沉降（现场测量结果见表2），建筑地下室与挡土墙连接部分出现墙体开裂现象。

表2 邻近挡土墙建筑倾斜测量结果

基于上述问题，拟采用分段治理方案指导边坡加固施工，其中Ⅰ段、Ⅲ段为岩石边坡，切坡最大高度分别为5 m和12 m，采用“挂网喷混凝土”支护方案；Ⅳ段为土质边坡，切坡最大高度为6 m，选择在坡脚处设置“挡土墙支护”结构，坡面实施“放坡+生态防护”作业；Ⅱ段为自然岩质边坡，无须设置支护结构。

3 分段治理施工技术在边坡加固中的应用要点

3.1 挂网喷射混凝土支护

在该项目中遵循“修坡→钻孔放线→安装锚杆→挂网→喷混凝土→养护→验收”的基本流程开展Ⅰ段、Ⅲ段边坡加固施工，其具体施工技术要点如下：

1）清理坡面。根据预先确定的施工位置，采用人工清理方式去除坡面浮土、碎石及其他杂物，检查坡面平整度，对表面凹凸不平的岩石实行打磨、修整，并利用高压水枪喷射清洗坡面，保证坡面平整度、清洁度达标。

2）钻孔放线。基于钻机成孔工艺，按施工方案中设计的孔位布局在坡面测量放线、标注孔位，严格依据设计的孔位、孔径、孔深等参数按自上而下顺序开展钻孔作业，并逐孔检查，确认孔位偏差≤10 cm、孔深偏差≤5 cm，完成钻孔验收。

3）安装锚杆。该项目中选用规格为φ22 mm的Ⅱ级螺纹钢筋作为原材料，将钢筋沿坡面垂直方向打入岩体内部2 m左右深度，在锚杆安装前预先利用高压风枪吹洗孔底，将锚杆布设规格控制在2 m×2 m左右，在岩体表面预留长度约0.5 mm，将露出部分弯起后挂接规格为φ6.5 mm@250 mm×250 mm的钢筋网，以矩形形态完成钢筋网与螺纹钢筋的绑扎。根据设计尺寸安装锚杆，以2 m间隔在锚杆之间焊接支架，保证锚杆中心线恰好与孔位中心重合，并检验锚杆安装质量。在注浆环节，将注浆管伸入孔中，在伸至距孔底0.5 m左右时以0.2 MPa以上压力向孔内注浆，选用原料为P·O42.5普通硅酸盐水泥、水灰比为0.4，待观察到浆液填满孔洞、孔口有水泥浆溢出后，完成封孔处理。

4）挂网，沿坡面铺设φ6.5 mm@250 mm×250 mm钢筋网，利用钢丝将钢筋网与螺纹钢筋绑扎固定，采用点焊法将φ10 mm加强筋与锚杆头部牢固连接，并完成俯角的微调，使坡面钢筋网呈正方形。

5）喷混凝土与养护，将C20混凝土按设计配合比拌和后，按由下至上的顺序分2次开展坡面混凝土喷射作业，将喷嘴对准坡面连续不间断旋转、移动，使喷嘴与坡面距离约保持在1.0 m，将首层喷射厚度控制在4~5 cm，待将表层乳膜、灰尘清理干净，确认第一层混凝土合格后，再次开展第二层混凝土喷射作业，将混凝土层厚度控制在80 mm以内，保证混凝土面平整度达标。待挂网喷混凝土结束后，在坡面以2 m×2 m为间距、呈梅花形布设直径40 mm的泄水孔。在坡面混凝土终凝2 h后，及时开展喷水养护作业，并落实对坡面混凝土施工质量验收。

6）质量验收，在质量验收环节主要需检查坡面平整度、线性流畅度，是否存在漏喷、钢筋网外露等问题，并注意检查坡面排水是否顺畅、有无漏水或渗水等问题，确认上述检查项目均合格后，即可完成坡面质量验收。

3.2 设置挡土墙+生态防护

3.2.1 挡土墙支护

由于该项目中边坡原有挡土墙表面存在开裂问题，抗弯承载力安全系数、抗滑移安全系数均不符合设计要求，因此，需对坡脚处挡土墙实行加固处理。根据项目施工区域周围分布建筑物、回填土较厚等情况，拟采用预应力锚索加固施工方案，沿坡脚处距墙底3 m和6 m处分别布设1排锚索，将锚索水平方向间距设置为3 m，与水平面夹角度数为15°。在锚索施工环节，预先将桩基中心线沿垂直方向投影至挡土墙表面，按前期测量放线结果控制钻孔位置与钻进路线，对填土施工段选用依照设计配合比制成的水泥砂浆执行注浆作业，配合下钢套管方式抑制工程塌孔问题。选用锚索自由段长5 m，将锚索打入原状土层深度控制在20 m以上，经预应力张拉法完成锚索加固处理后，测得边坡安全系数由1.0提高至1.3以上，且锚索总抗滑力大于挡土墙后主动土压力，符合规范要求。

3.2.2 生态防护

在该项目中针对Ⅳ段坡面采取生态防护施工方案，待完成坡面清理、放样钻孔后，沿坡面水平方向每间隔1 m设置1条植生带，起到导水、蓄水作用。随后沿坡面铺设规格为5 cm×5 cm的镀锌铁丝网，将钢丝网与坡面底部搭接部分压入平台20 cm左右长度，保证钢筋网表面平整、无褶皱，并将相邻钢筋网搭接宽度控制在10 cm以上，与坡面之间借助垫块预留充足空隙。待完成挂网施工后，选用有机基材在坡面喷射3 cm厚保护层，基于液压喷播工艺向坡面喷射草籽，并在后期根据坡面草坪长势定期修剪、施肥、播洒农药、清理杂草，优化坡面养护管理效果。

4 边坡加固效果评价

4.1 边坡稳定性分析

基于抗剪强度折减有限元法测算边坡稳定性，假设折减系数为F，已知边坡材料的黏聚力为c，摩擦角为φ，由此建立待施工边坡的黏聚力c′与内摩擦角φ′计算公式：

根据获取的边坡材料强度参数与摩尔-库伦屈服准则，在折减系数逐渐增大至临界值时，该边坡将进入临界失稳状态，此时将折减系数取值为F1，用于揭示边坡的滑移路径[3]。而在边坡加固施工过程中，诸如外部施加荷载、地下水水位变动等因素均有可能影响边坡土石料的强度参数，将边坡填筑施工时长记为t，土石料黏聚力为c，土石料围压产生的压力为σ3，大气压力pa作用下土石料的内摩擦角度数为φ0，伴随土石料围压增大内摩擦角降幅为Δφ，由此建立土石料内摩擦角与围压的关系式：

通过将边坡加固施工过程划分为n个阶段，综合考虑断面渗流、应力等因素，计算出不同施工阶段的边坡强度参数φi（i=1，2，…，n），其公式为：

将该项目中边坡土石料的黏聚力、摩擦系数等强度参数代入有限元模型中完成应力分析，根据获取的围压值计算不同施工阶段对应的边坡强度参数，判断是否符合i＜n标准。在该项目中计算得出边坡竣工期安全系数为1.375~1.635，证明边坡稳定性符合设计要求。

4.2 基坑沉降监测结果

在该项目施工期间严格执行基坑沉降量监测，分别围绕邻近挡土墙建筑、边坡裂缝、地下水等区域设置水平位移与沉降监测点位共计425个。通过获取施工期间110次监测结果（见表3）可知，临近建筑倾斜基坑处10个监测点位的累计倾斜量为0~4.0 mm，变化速率均为0，各项检测指标均未超过允许范围，证明边坡加固施工结果符合设计要求。

表3 邻近建筑倾斜第110次监测结果

5 结论

通过引入岩土工程实例，采用分段治理工艺落实“挂网喷混凝土”“设置挡土墙支护”与“生态护坡”等边坡加固处理措施，可有效改善边坡土石的黏聚力与摩擦角等强度参数，并依托基坑沉降监测工作保证基坑沉降量、邻近建筑倾斜度等指标均符合安全设计要求，顺利完成边坡加固施工任务。然而受岩土工程项目所在场区地质环境、岩层性质等因素的影响，不同边坡治理方案在实施环节仍可能存在一定主观性，在施工过程中及完工后可能会诱发边坡失稳、结构破坏等安全事故，因此，未来还需引入余弦决策等理论实现边坡治理可行性论证的前置及优化设计，联系有限元分析、仿真分析等手段检验治理方案的实际应用效果，为同类工程项目实施提供示范经验。