某內河船閘閘室施工臨時邊坡支護方式研究及應用

虞霏 徐超炎 四川江源工程咨詢有限公司

1.工程概況

處于典型山區河流上的內河船閘工程往往具有依山、靠岸修建的特點，由于河流兩岸山多陡峻，可用于船閘建設的場地較局促，加之土地利用涉及的居民、基本農田等條件，給船閘的布置、實施帶來了較大困難。這就需要在保證船閘尺度、結構穩定的前提下尤其注重船閘內側臨時邊坡的施工條件。

本文所研究的船閘閘室部分內側開挖邊坡較高，約20m，其坡頂民房較多且距閘室較近，加之征地拆遷困難，拆遷補償費較高，為減少拆遷，需對原設計閘室結構進行優化調整，而原設計采用的分離式閘墻結構底寬大，其開挖邊坡開口線已超出民房范圍，故優化方案改變了閘墻結構形式以減小閘墻底寬，同時縮短臨時開挖邊坡開口線，但因此造成閘室臨時開挖邊坡坡度達1:0.3，已超出地質建議的臨時開挖邊坡的穩定坡比，故需采取工程措施對開挖邊坡進行加固，以保證坡體及坡頂民房的安全。

2.方案選取

原設計閘室長120m，有效寬度12m，閘墻頂寬4m，閘墻采用分離式結構重力式閘墻，臨時開挖邊坡坡比為1:1。

圖1 閘室原設計斷面

從邊坡支護的原理來講，通常有幾大類方式：一類是為邊坡提供支撐力；二類是在坡體前設置阻滑體；三類是對不穩定坡體進行錨固。常用的有：抗滑擋墻、抗滑樁、錨桿（錨索）、加筋土、格構等。根據地形地質及項目實際情況，采用第一類方式的抗滑擋墻占用場地較大無法實施，第三類中的加筋土往往適用于人工填筑形成的坡體。經過分析采用第二類的抗滑樁、第三類的格構錨桿等方式可適用于本工程。本工程閘室臨時邊坡為土體，力學指標差，需有針對性的采取加固措施。初擬對閘室及其臨時開挖邊坡支護做兩個方案進行比較。

方案一（整體式閘墻結構+格構錨桿）：

本方案內閘墻臨時開挖邊坡為1:0.3，采用格構錨桿臨時護坡結構型式形成，由于距坡頂民房較近，閘室內側臨時開挖邊坡坡度較陡，故為保證臨時邊坡穩定及坡頂民房的安全，臨時支護采用格構錨桿方式。

方案二（分離式閘墻結構+抗滑樁）：

本方案閘室采用分離式結構，內閘墻采用衡重式結構。內墻墻后在462.00m處設置排水廊道以降低墻后水位。抗滑樁樁間距5m，斷面為矩形，樁截面尺寸為3×2m，樁身進入弱風化砂巖，樁長約36.5m。沿船閘軸線共布置25根，樁邊緣距船閘軸線18.8m。

方案一的優點是：整體式閘室結構，混凝土方量較少，整體穩定性好；臨時開挖邊坡采用格構錨桿，工程量較省，對坡體擾動較少。缺點是：閘墻鋼筋用量大；邊坡施工技術要求較高，施工較復雜，閘墻基坑開挖對臨時邊坡有一定影響。

方案二的優點是：分離式閘墻施工簡單，鋼筋用量少，施工速度較快；抗滑樁護坡坡體整體性好，形成垂直邊坡，開挖范圍相對較小。缺點是：混凝土工程量大，閘墻穩定性相對整體式差；抗滑樁對施工質量要求高，施工復雜，施工對周邊居民影響較大，造價高。

經過對兩方案經濟性、安全性、施工組織等方面進行比較，方案一相比方案二有施工方便迅速、對坡體擾動小，對坡頂居民干擾小，投資較省等諸多優點。

3.支護措施設計

根據前文方案的比較，初步擬定閘室臨時邊坡采用格構錨桿支護方式。其原理是利用錨桿的拉桿、錨頭、錨固體的作用加固土質坡體：錨頭將下滑力傳遞給拉桿，拉桿將力傳遞到錨固體，而錨固體則與深層的土體緊密相連，將力傳遞到穩定土層。而格構的作用一是加固穩定表面坡體，二是將格構看作柱下十字交叉條形基礎，然后再把錨頭的荷載向兩個方向分配。

圖2 方案一典型斷面

圖3 方案二典型斷面

然而就本工程具體情況而言，坡體覆蓋層較厚，力學指標較差，基本為卵石土和礫砂，土體穩定性較差，普通錨桿效能發揮較差，如采取此種方式，加固效果將大打折扣。針對實際情況，決定在格構錨桿的基礎上進行一定改進，即將通常意義上的錨桿變成土釘，此種支護方式是人工鉆孔并植入鋼花管，沿桿體全長進行注漿，由于坡體土層為卵石土、礫砂，故漿液沿周圍土體具有一定擴散效果，隨著注漿壓力增大，漿液作用的范圍也變大，直至將土釘和它周圍的土體形成一個堅固的整體，一起作為受力擋土結構。此種方式注重鋼花管灌漿作用，既有普通錨桿的抗拉作用，又能利用漿液形成整體穩固的坡體，較為適合本工程。

本方案布置形式是：格構梁采用C30 鋼筋砼，格構梁斷面尺寸0.3×0.3m，橫梁間距2.0m，縱梁間距為2.0m，沿船閘軸線方向120m范圍內布置，采用HRB400鋼筋，錨桿采用HRB400鋼筋，L=15m,間排距2m×2m，鋼筋選用28、32系列鋼筋，注漿壓力為0.4Mpa。開挖邊坡表面采用厚10cm的C20砼噴護結構，以防止局部表面產生松動塌落。

采用理正軟件對邊坡穩定進行驗算。

計算主動土壓力：

Ea=821.499(kN) Ex=821.419(kN) Ey=11.481(kN) 作用點高度Zy=6.695(m)將墻高范圍內多層土的指標加權平均后視為單層土，指標如下：

γ=19.847(kN/m3)，C=13.810(kPa)，φ=25.224(度)

最不利滑動面:

圓心:（-7.02873，3.92279）

半徑=24.04420(m)

安全系數=1.878

總的下滑力=3312.618(kN)

總的抗滑力=6220.340(kN)

土體部分下滑力=3312.618(kN)

土體部分抗滑力=5857.111(kN)

筋帶的抗滑力=363.230(kN)

整體穩定驗算結果:最小安全系數=1.878。

根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）允許的安全系數見表1。

表1 邊坡穩定安全系數

根據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL386-2007）允許的安全系數見表2。

表2 邊坡穩定安全系數

由于本工程閘室為臨時開挖邊坡，根據安全等級和復雜程度以及對周邊建筑的影響程度來看，邊坡級別應為1級。

根據計算得出的最小安全系數=1.878大于《建筑邊坡工程技術規范》中一級臨時邊坡的1.25，也大于《水利水電工程邊坡設計規范》中1級邊坡非常運用條件Ⅰ的1.25。

圖4 支護結構斷面布置圖

4.工程應用效果

本項目施工按上述設計方案進行。施工過程中由于坡體卵石土、礫石土較密實，按原注漿壓力0.4Mpa注漿漿液進入土體較少，為了加大漿液進入坡體范圍及漿量，施工過程中將錨桿替換為φ127的鋼花管，且提高了注漿壓力至1Mpa，從而使漿液充滿土體。

臨時支護措施完工后，汛期經歷了200年一遇超標洪水的沖刷及浸泡，在此過程中，除坡體表面局部產生松動塌落外，邊坡整體呈現穩定態勢。保證了邊坡及其坡頂民房的安全，經受了考驗，使得原設計成果得到了很好的實效驗證。目前，隨著船閘閘室的施工，該臨時邊坡已被閘墻后回填掩埋，船閘施工邊坡過程得到了支護措施的有效保護。

5.結語

本工程閘室開挖臨時邊坡高度20m，屬于深基坑類型，且面臨的邊界條件較為復雜，與普通建筑深基坑不同的是，其位于江河岸邊，施工過程受暴雨及洪水影響，安全敏感點多。設計采用的格構+土層錨桿+砼噴護的方案，施工中結合實際情況將土錨桿改為注漿花管，加固效果較好，坡體完整性好，且經受住了超標洪水沖刷，對于類似覆蓋土層較厚、邊坡坡度較陡的臨時邊坡支護工程具有借鑒意義。