土質(zhì)高邊坡治理技術(shù)研究★

王沙洲 付 茜 楊 棟

(1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077； 2.西安長安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710064)

在我國，煤炭行業(yè)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，即使在2018年占一次能源消費(fèi)比例第一次小于了60%[1-4]，然其仍占主體地位。煤礦工業(yè)廣場選址時(shí)受地形限制常位于滑坡地段等不良地質(zhì)條件地段。通常來說，滑坡是指斜坡上的土體或巖體在一定條件下變形、破裂、向坡下運(yùn)動(dòng)的自然物理地質(zhì)現(xiàn)象[5-8]，具有影響范圍廣、誘發(fā)因素多、危害后果重等特點(diǎn)[9-13]。

邊坡的穩(wěn)定性研究一直以來都是國內(nèi)外學(xué)者研究的重要課題。分析方法分為定性分析法和定量分析法兩大類，定性分析法包括歷史成因法、工程類比法、圖解法，定量分析法包括極限平衡法、數(shù)值分析法、可靠度評價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法等。目前，主要的研究方法為極限平衡法和不平衡推力法兩種。其中，極限平衡法基于Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則，采用條分法通過分析受力平衡狀態(tài)計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性。不平衡推力法是我國獨(dú)創(chuàng)的邊坡穩(wěn)定性分析方法，在國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范中都將其列為推薦方法在使用，其適用于圓弧或非圓弧滑面，在建立滑塊模型時(shí)所采用的簡化假定是土條間的條間力的合力與上一土條底面平行。

目前，國內(nèi)外邊坡失穩(wěn)的防治措施主要有各類擋土墻、抗滑樁、錨桿(錨索)、排水法、植被防護(hù)、改變滑帶土法、刷方減重、反壓土方等綜合治理方法。然而，專門針對煤礦工業(yè)廣場建于土質(zhì)高邊坡上的研究較少，并且高邊坡破壞后引發(fā)的后果更為嚴(yán)重[14-16]。因此，開展土質(zhì)高邊坡治理技術(shù)研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

沁水龍港煤炭加工配送中心工業(yè)場地位于山谷谷坡的下部，場地最上方有陡坎，地貌區(qū)劃屬剝蝕中山區(qū)，斜坡沖溝發(fā)育，地形切割嚴(yán)重，呈南高北低之勢，坡體東西兩側(cè)均為沖溝，西側(cè)沖溝走向近于北東15°方向，東側(cè)沖溝走向向近于北東20°方向，沖溝及陡坎將山體切割為近似圈椅形，呈現(xiàn)出較為明顯的古滑坡形態(tài)，坡腳為東西走向的季節(jié)性河流。

擬建場址位于古滑坡的前舌部位，從上到下呈臺(tái)階狀分布，場地左右為沖溝，屬于典型的滑坡雙溝同源現(xiàn)象，該古滑坡前后縱深約1 000 m，其后緣距離場地約800 m，左右寬約300 m～500 m。場址范圍前后縱深約350 m，左右寬400 m，標(biāo)高從1 110.0 m～1 177.00 m，高差67 m。

2 高邊坡治理

根據(jù)總圖設(shè)計(jì)，整個(gè)場地從下到上依次分為三個(gè)平臺(tái)。設(shè)計(jì)等級(jí)按一級(jí)邊坡進(jìn)行，使用年限不小于50年。

2.1 第三平臺(tái)段邊坡

第三平臺(tái)為場地最高平臺(tái)，標(biāo)高為1 163.0 m～1 164.0 m。根據(jù)平場要求，需要削挖山體，將形成人工高邊坡。擬建場地位于古滑坡前緣，開挖坡體形成臨空面，破壞了原先的應(yīng)力平衡狀態(tài)，坡體可能將沿易滑帶進(jìn)行滑移(前期山體局部開挖已經(jīng)出現(xiàn)滑塌)，因此須進(jìn)行超前支護(hù)，有序開挖坡體。該地段形成人工高邊坡長度約327 m，高度為0 m～13 m左右，坡體介質(zhì)上部為8.0 m左右的粉土，下部為泥巖層，滑面為土巖結(jié)合面，滑帶為薄層的鋁土質(zhì)泥巖。

因此，在第三平臺(tái)段邊坡坡頂設(shè)置一排抗滑樁，直徑1.5 m，間距4.5 m，樁長16 m～20 m，保證樁端進(jìn)入灰?guī)r層內(nèi)不少于2.0 m。樁頂冠梁連接，并設(shè)一道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索角度內(nèi)傾20°，長度25.0 m。坡面以1∶0.75放坡，高8.0 m錯(cuò)一平臺(tái)，平臺(tái)寬度4.0 m，坡面采用土釘(錨桿)+錨索+掛網(wǎng)噴射混凝土面層支護(hù)。坡腳設(shè)置一道矮擋墻，坡頂、坡腳均設(shè)有截水溝和排水溝，如圖1所示。

2.2 第二平臺(tái)段邊坡

第二平臺(tái)段邊坡標(biāo)高為1 136.0 m，坡頂為第三平臺(tái)1 163 m～1 164.0 m，中間有一條場內(nèi)公路。該地段平場后將形成長度約320 m，高度約28 m的人工高邊坡，局部地段需要回填處理。根據(jù)地質(zhì)資料，該地段開挖山體介質(zhì)主要為碎石土和灰?guī)r，灰?guī)r層下為煤層和泥巖，場地滑坡勘察報(bào)告中，推斷該古滑坡有兩個(gè)軟弱結(jié)構(gòu)面，分別為土巖結(jié)合面和灰?guī)r下部煤層。該地段開挖量較大，大部分為泥巖和灰?guī)r。

因此，第二平臺(tái)開挖也需要提前支護(hù)，采用抗滑樁進(jìn)行處理，各參數(shù)同第三平臺(tái)，并保證樁端穿過灰?guī)r層進(jìn)入煤層以下泥巖層中。坡面采用土釘(錨桿)+錨索+掛網(wǎng)噴射混凝土面層支護(hù)，各參數(shù)同第三平臺(tái)。局部地段邊坡需回填，采用加筋土擋墻處理，坡率1∶0.75，分層鋪設(shè)整體鋼塑格柵，豎向間距0.5 m，素土碾壓至設(shè)計(jì)邊坡高度，坡面預(yù)埋鋼筋掛網(wǎng)，噴錨混凝土面層200 mm厚，如圖2所示。

2.3 第一平臺(tái)段邊坡

第一平臺(tái)緊鄰場外公路，標(biāo)高為1 112 m～1 122 m，坡頂標(biāo)高為1 136.00 m，高差14 m～24 m。地質(zhì)資料顯示，坡體介質(zhì)主要為灰?guī)r、煤層和泥巖。

因此，施工采用1∶0.75放坡，邊坡每高8.0 m錯(cuò)一寬4.0 m平臺(tái)。坡體采用土釘或錨桿+錨索+掛網(wǎng)噴射混凝土面層支護(hù)，坡面掛雙層鋼筋網(wǎng)片，噴錨混凝土面層200 mm厚。局部地段邊坡需回填，采用加筋土擋墻處理，施工參數(shù)同第二平臺(tái)，如圖3所示。

3 施工技術(shù)要求及注意事項(xiàng)

3.1 施工總體部署

為保證安全，邊坡施工從上向下進(jìn)行，按照先施工抗滑樁，再開挖坡面，每施工一層土釘(錨桿)，施工一層混凝土面層，最后施工擋墻及排水溝的流程施工。具體順序?yàn)椋嚎够瑯丁诹骸A(yù)應(yīng)力錨索、土釘(錨桿)→掛網(wǎng)→錨噴→施加預(yù)應(yīng)力→封錨→擋墻→截、排水溝。擋土墻及排水溝同一區(qū)段的支護(hù)工程應(yīng)在同一連續(xù)工期內(nèi)連續(xù)施工及竣工。同時(shí)，項(xiàng)目部還建立了安全和質(zhì)量保證體系，如圖4，圖5所示。

3.2 坡面開挖

坡面開挖采用人工配合機(jī)械的方法進(jìn)行，機(jī)械施工時(shí)應(yīng)控制好開挖深度和邊界，以防超挖。人工配合修整坡面，要清理明顯凸起和松動(dòng)土層，要求坡面基本平整，無探頭土，以保證邊坡平整。

3.3 土釘(錨桿)施工

土釘(錨桿)應(yīng)按照清坡→定位及成孔→土釘?shù)闹谱鳌褰睢⒆{→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土→養(yǎng)護(hù)的施工順序進(jìn)行。

在新開挖的土質(zhì)坡面上設(shè)置注漿土釘，土釘長度9.0 m，成孔深度為9.5 m(錨桿長度4.0 m，成孔深度為4.5 m)，成孔直徑100 mm，角度15°，材料采用φ22螺紋鋼，坡面外露20 cm左右，每隔2 m設(shè)置一個(gè)對中支架，支架與土釘(錨桿)焊接。注漿采用P.O42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比0.5～0.6，采用一次性注漿工藝。錨噴面層為C20細(xì)石混凝土，厚度20 cm。錨桿施工同土釘。

現(xiàn)場放線時(shí)，應(yīng)自上而下確定孔位，并呈梅花狀布置。開孔采用孔口管控制角度。制作土釘前，要檢查鋼筋有無缺陷。土釘外端頭要設(shè)置定位筋，土釘搭接長度100 mm，雙面焊接。推送土釘前，應(yīng)對鉆孔進(jìn)行檢查；沿鉆孔軸線，將土釘推送入孔內(nèi)至設(shè)計(jì)深度；推送過程中，切勿轉(zhuǎn)動(dòng)土釘，以防止破壞孔壁，并防止土釘插入孔壁土體中；應(yīng)使土釘居中位于鉆孔軸線上；推送完畢后，隨即檢查孔中是否有碎土堵孔。注漿采用插管注漿法，注漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，并要飽滿，隨后在坡面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片。噴射混凝土要覆蓋坡面，水泥、砂和石屑重量之比1∶2.12∶2.12，水灰比0.5～0.6，速凝劑三乙醇胺摻入量為0.3%；噴射前，在坡面設(shè)置厚度標(biāo)志，噴頭與噴面應(yīng)垂直，宜保持0.6 m～1.0 m距離；噴射面層時(shí)，每隔25 m在坡面上設(shè)一道伸縮縫，縫寬20 cm～30 cm，縫內(nèi)用木板瀝青填塞。噴射混凝土終凝2 h后，要灑水養(yǎng)護(hù)，一般為3 d～7 d。

施工允許誤差：孔位±50 mm，孔徑±20 mm，孔深±200 mm，孔傾角±2°。

3.4 預(yù)應(yīng)力錨索施工

預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)按照放樣→搭設(shè)腳手架→鉆孔(錨索制作)→清孔→錨索入孔(水泥漿拌制)→注漿的施工順序施作。

施工允許誤差：孔位水平方向±100 mm，孔位垂直方向±50 mm，鉆孔偏斜度±2%。

3.5 加筋土擋墻施工

加筋土擋墻施工順序?yàn)榛A(chǔ)放線→基礎(chǔ)開挖→回填灰土及夯實(shí)→安裝模板→安放綁扎好的鋼筋→澆筑混凝土→鋪設(shè)格柵→回填碾壓→鋪設(shè)格柵→回填碾壓→…→澆筑帽石→編制鋼筋網(wǎng)→噴混凝土→養(yǎng)護(hù)。

施工前必須進(jìn)行放線定位，施工時(shí)按放線位置進(jìn)行。所用材料(鋼筋、水泥)必須有出廠材質(zhì)證明。混凝土按設(shè)計(jì)要求的配合比進(jìn)行配料，拌合料應(yīng)隨攪隨用，存放時(shí)間不應(yīng)超過2 h。混凝土終凝20 h后，應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間大于7 d。擋土墻施工結(jié)束后應(yīng)視施工條件對墻后空洞進(jìn)行回填。

加筋土擋墻基底的灰土墊層采用3∶7灰土，壓實(shí)系數(shù)不小于0.97。基礎(chǔ)及帽石混凝土強(qiáng)度為C20。攤鋪機(jī)械施工時(shí)應(yīng)距離面板不小于1.5 m，運(yùn)行方向與筋材垂直，1.5 m范圍內(nèi)采用人工攤鋪。筋帶鋪設(shè)就位后應(yīng)盡早用土覆蓋。

3.6 抗滑樁施工

抗滑樁為圓樁，直徑1 500 mm，樁長16.0 m～20.0 m不等，樁間距4.50 m。樁頂設(shè)置冠梁，冠梁高1.0 m，寬1.5 m，冠梁上設(shè)置一道錨索。樁、冠梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，樁的鋼筋保護(hù)層厚度50 mm，冠梁鋼筋保護(hù)層厚度35 mm。樁數(shù)為114根。抗滑樁采用機(jī)械成孔，鋼筋HPB300級(jí)，HRB435級(jí)。抗滑樁布置如圖7所示。

3.7 坡面泄水孔

坡面設(shè)有泄水孔，豎向間距3.9 m，橫向間距3.0 m，孔深為2.0 m，采用PVC管，直徑2.5寸，管端口采用濾網(wǎng)包裹。

3.8 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

所有進(jìn)場材料均應(yīng)有合格證。進(jìn)場水泥每200 t進(jìn)行一次檢驗(yàn)，每批鋼筋及焊件均應(yīng)進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)；面層每噴射500 m2混凝土須取一組混凝土試塊，每組不少于3塊。漿體強(qiáng)度每30根檢驗(yàn)一組，每組試塊為3塊，整個(gè)工程試塊不少于3組。除常規(guī)材質(zhì)檢驗(yàn)外，還應(yīng)進(jìn)行漿體強(qiáng)度檢驗(yàn)和錨索抗拔力檢驗(yàn)。同一地層進(jìn)行錨索施工時(shí)應(yīng)先進(jìn)行1根～2根張拉試驗(yàn)，確認(rèn)設(shè)計(jì)的可靠性。最大檢驗(yàn)荷載為錨索設(shè)計(jì)軸向拉力的1.2倍，不應(yīng)超過桿體材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.8倍。

4 結(jié)語

通過加筋土擋墻、預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿(土釘)、噴射混凝土等技術(shù)對沁水龍港煤炭加工配送中心工業(yè)場地邊坡進(jìn)行治理，達(dá)到了坡面永久性支護(hù)的目的，滿足一級(jí)邊坡的技術(shù)規(guī)范要求，施工總體質(zhì)量為優(yōu)良工程。

1)加筋土擋墻通過筋帶的拉應(yīng)力、筋帶與填土之間的摩擦力共同抵擋土壓力，其重力小，造價(jià)低，方便制作和施工，保證了坡體的穩(wěn)定。

2)預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿(土釘)加噴射混凝土工藝可用于土質(zhì)高邊坡的治理，但需控制好漿液配合比和注漿壓力、自由端和錨固段的長度、張拉應(yīng)力以及混凝土的養(yǎng)護(hù)。

3)排水孔要控制好仰斜角度，濾水管端部要進(jìn)行封堵，打眼部分要朝上，管與管之間的連接部位要處理好，確保排水通暢。