为了确保边坡的稳定和周边现有建筑的安全，在深入掌握现有场地地质条件的基础上进行了分析比较、采取最佳设计方案，并依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99，运用土力学原理和钢筋混凝土结构力学理论进行结构验算。本文针对最佳设计方案采用可靠施工工艺与施工方法，引入信息化管理机制进行施工监测与测试和动态管理，以期达到有效控制边坡变形的目的。以下就处理较复杂的边坡作一些理论与实践探讨。

 

 

　　2.1湖南省核工业地质局三O一大队长沙基地项目一基坑边坡位于长沙市雨花区洞井镇和平村，北面紧临靠长沙市武警三支队，南面与西面是正待建的五层砖混结构住宅楼(条形基础，基础埋深2-3m)，且距离只有4m，东面紧临和平村民宅。边坡总长231.8m，边坡最高高度为16m，坡度为0.2，坡顶原有红砖围墙。

 

　　2.2根据地质勘察报告得知，场地覆土层由人工填土1m、粉质粘土4m、强风化泥岩5m、中风化泥岩埋置较深20m。粉质粘土为相对隔水层，场地地下水主要由大气降水和地表水补给，开挖后未见地下水，坡段均干燥。水质为重碳酸—钙镁型水，对混凝土不具腐蚀性。

 

 

　　3.1支护方案的选取

 

　　由于先期已开挖，放坡为0.2，坡面未及时分层支护，部分地段坡顶原有红砖围墙墙基（块石砌筑）已裸露、坍塌，围墙已出现多条沉降裂纹，已严重危及其安全，边坡较高，急需加固处理。根据本工程的特点，不宜采用钻孔支护桩方案，因不宜开挖；也不宜加设混凝土内支撑方案，因内支撑装拆工序多，增加工期和造价，且内支撑影响待建房屋地下室施工和土方开挖；不宜采用预应力锚索框架梁支护方案、桩-锚复合支护方案、复合型锚喷墙支护方案，这些因锚杆要施加预应力，锚杆比土钉长，同时施工复杂。由于土钉墙支护不加预应力，所以设备简单；周期短，施工效率高；施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性；土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大；土钉墙成本费较其他支护结构显著降低。本工程选取土钉墙支护方案。

 

　　3.2支护方案的技术要求

 

　　3.2.1本边坡上部原有红砖围墙，要求采用土钉墙作永久性边坡支护。设置9排土钉，土钉成孔直径为φ100，倾角10°，边坡坡比0.2，土钉采用一次性压力注浆，注浆压力0.4-0.6Mpa；坡面钢筋网采用φ8@200×200，加强钢筋采用216，肋梁钢筋采用220，钢筋的保护层厚度不小于30mm，按设计要求沿土钉位置布置，喷射混凝土总厚度160mm，强度等级采用C25，锚固体注浆材料采用水泥净浆，强度不低于20Mpa，喷射混凝土应添加速凝剂或早强剂；坡面采用泄水管排水，泄水管采用直径φ75的塑料排水管，长不少于600mm，管壁带孔，内填滤水材料（砂卵石），坡顶不宽，做坡自由排水，坡底设置排水沟。

 

　　3.2.2坡顶的作法见图5，在土钉成孔时不能打穿，防止注浆液外溢影晌注浆压力，为确保该围墙失稳，钢筋网和加强钢筋应按坡面铺设至原有围墙脚以上100-800m处，钢筋网φ8@200*200，加强筋2Φ16，并喷160mm厚的混凝土，局部空洞应用喷射混凝土填平，确保原有围墙和裸露墙基不损坏、牢固，同时也为后面的施工确保人身安全。

 

　　3.2.3在施工过程中如遇到地下障碍，且在施工范围内，应变换位置，根据情况增大或减小土钉上下距离，并根据情况增大或减小土钉施工角度，调整土钉参数，避开障碍。土钉置入后应及时注浆、喷锚，如遇到障碍，可减小注浆压力和水泥用量。注浆泵必须压力恒定，流量不大于5L/min，水泥注入量为平均每延长米25kg，每延长米不大于35kg。

 

　　3.3支护方案的结构相关验算

 

　　3.3.1土钉的抗拉承载力计算

 

　　3.3.1.1假设土钉均锚固在粉质粘土内；密度18kN/m3，内摩擦角22°，内聚力25kPa，支护结构外侧地面满布均布荷载q0=15kN/m3。土钉墙坡度0.2与水平面夹角78.69°，破裂面夹角(78.69+22)/2=50.345°，根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99，qsik表取50Kpa，单根土钉受拉承载力计算，其抗拉承载力应满足下式要求：1.25γ0Tjk≤Tuj

 

　　3.3.1.2其中土钉受拉承载力标准值Tjk按以下公式计算：Tjk=ζeajksxjszj/cosαj

 

　　ζ=tan[(β-φk)/2](1/(tan((β+φk)/2))-1/tanβ)/tan2(45°-φ/2)

 

　　eajk=∑{[(γi×szj)+q0]×Kai-2c(Kai)1/2}

 

　　Kai=tan2(45°-φ/2)

 

　　3.3.1.3土钉抗拉承载力设计值Tuj按照下式计算

 

　　Tuj=(1/γs)πdnj∑qsikli

 

　　3.3.1.4土钉的钢筋面积按下式计算

 

　　As>Td/(fycosθ)=Tujcosθ/(fycosθ)=Tuj/fy

 

　　Td≤Tujcosθ

 

　　3.3.1.5土钉的抗拉承载力计算和钢筋面积计算

 

　　3.3.2土钉墙整体稳定性的计算：

 

　　根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99要求，土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法，按照下式进行整体稳定性验算，为假想可能滑裂面计算稳定性，设S为1.5米，分段数为10.

 

　　Tnj=πdnj∑siklnjTnj=732.11

 

　　W1＝3.03*1.5*18=81.81，W2＝6.04*1.5*18=163.08，

 

　　W3＝7.91*1.5*18=213.57，W4＝9.32*1.5*18=251.64

 

　　W5=10.44*1.5*18=281.88，W6=11.36*1.5*18=306.72

 

　　W7=12.11*1.5*18=326.97，W8=12.22*1.5*18=329.94

 

　　W9=8.01*1.5*18=216.27，W10=2.69*1.5*18=72.63，

 

　　Fs=58451.8-3422.6>0满足设计要求，

 

　　土钉墙的整体是稳定的。

 

 

　　土钉支护施工分地面作业与坡面作业，

 

　　其关键是坡面作业，其施工流程见图8所示.

 

　　4.1土方开挖、修坡

 

　　场地边坡主要为岩质边坡，机械修坡的平整度不能满足规范要求，必须靠人工修坡，增加一定的工作难度。边坡的坡比按实际情况，对凸出的部份进行修整，凹进的部份用混凝土进行填筑，修坡后的坡面平整度偏差宜控制在100mm以内，保持坡角满足设计要求。

 

　　4.2测量放线

 

　　测量放线时，在建设单位现场交验水准基准点、边坡测得定位点的情况下进行施工放样，按设计图纸的要求利用经纬仪放出边坡开挖线，根据边坡各个转折点的准确位置，确定边坡顶边线，在施工场地不受影响的位置，设置10个平面控制点以及高程控制点，并加以保护，经校对准确无误后，作为基准点使用。

 

　　以基准为基础，对各排土钉的垂直和水平方向进行定点放样，然后进行一次复核，防止出现任何差错，经验收后才能进行下道工序施工。

 

　　4.3初喷混凝土

 

　　1)初喷混凝土前，对机械设备及水、电管线全面检查及试运转，清理受喷面；2)喷射混凝土强度等级为C25，采用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥，配合比为水泥：砂：砾石子为1：2：2，水灰比为0.4-0.45，材料(水泥、砂、砾石)拌合均匀，随拌随用，如遇喷射面有渗水，应掺速凝剂2-4%(水泥的重量比)；3)喷混凝土分段分片依次进行，同一段内喷射顺序自下而上，喷射混凝土射距控制在0.8-1.5m范围内；4)喷射混凝土时，喷头与受喷面保持垂直，喷射手应控制好水灰比，保持喷射混凝土表面平整，湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象；5)喷射混凝土终凝2h后，喷水养护，并在7d内始终保持其表面湿润；6）初喷混凝土厚度控制在20-40mm的范围内。

 

　　4.4成孔

 

　　成孔采用XY1-A型机清水钻进成孔或潜孔钻成孔。

 

　　1） 按设计要求定位，如遇坡体内有构筑物基础时，孔位作适当调整，一般情况下孔

 

　　位偏差控制在±5cm；2)土钉成孔直径φ100，倾角10°，为保证倾角符合设计要求，钻孔前用罗盘校准立轴，立轴倾角10°，并将立轴牢固定位；3）孔深误差控制在±10cm；4）倾角控制误差±1°，如遇孔位轴线方向与岩层面一致时，倾角应根据具体情况作调整。5）清除干净孔内碎土，杂质及泥浆；6）成孔后用水泥袋纸临时堵塞孔口；7）编号登记。

 

　　4.5土钉制作

 

　　1） 按规范和设计要求检查制作土钉的钢筋有无缺陷，调直钢筋、除锈、除油，按设

 

　　计要求载取长度；2）土钉每隔2m设置对中支架；3）将注浆管捆在土钉上，距土钉头部30-40cm处设置一浆袋。

 

　　4.6土钉推送

 

　　1）推送土钉前，先对钻孔进行检查，若发现有碎土、石、杂物及泥浆立即清除；2）沿钻孔轴线将土钉推进入孔内至设计位置，钢筋每隔2.00m防止土钉插入孔壁土体中，用φ6.5钢筋制作一个定位托架。

 

　　4.7注浆

 

　　注浆采用强度为32.5R的普通硅酸盐水泥，纯水泥净浆注浆，水灰比为0.4-0.45

 

　　（稠度为12-14），注浆压力为0.4-0.6Mpa，浆体28天强度M20，注浆要求饱满，注满后保持压力3-5分钟。

 

　　4.8编制钢筋网和焊加强筋

 

　　1）钢筋网采用φ8钢筋，网格为200×200mm，竖筋和横筋先用扎丝固定，然后点焊，网片之间的搭接长度为20D，搭接处须点焊；2）钢筋网编完后用Φ20，L400双向各二根（井字架）钢筋与土钉头焊接牢固，焊接要求符合规范。

 

　　4.9终喷混凝土

 

　　1）经检查确定钢筋网、井字架焊接牢固后，立即进行终喷混凝土至设计厚度160，为确保喷射厚度，可在一定间距的工作面上使用厚度标志，（插上200mm的做砼饼8mm钢筋保证厚度及平整度），终喷混凝土的工艺要求与初喷混凝土的工艺要求相同。

 

　　2）喷射混凝土每一台班留置一组试块，喷射混凝土完成后湿水养护七天。

 

 

　　5.1为确保边坡安全与稳定，要求随时掌握施工整个过程中边坡的动态变化，因此，必须在施工过程中实施信息法施工，施工监测包括对环境的保护监测和对工程的安全监测，及时发现施工中出现的问题，通过修改设计反馈到施工工作中去，以指导施工。

 

　　施工监测：在喷混凝土的过程中，必须进行监测，其监测项目与要求内项目施工期间每天一次，竣工验收后每10天观测一次，持续6个月。

 

　　5.2施工用材料的质量检验

 

　　钢筋、水泥要有出厂合格证，到现场后抽样检验，砂石等原材料均应符合有关规范、规程和设计要求，严禁将不合格产品进入施工现场。

 

　　5.3土钉基本试验与验收试验

 

　　5.3.1基本试验

 

　　根据设计要求，在大面积土钉正式施工之前，进行三根土钉基本试验，试验土钉材料及工艺必须与工程土钉相同，粘结长度不少于5m，最大试验应力不超过钢筋的fpyk，加荷方式为分级连续加荷，要求获取土钉的单位长度的抗拨力，土钉的单位长度承载力（设计值）取单位长度抗拨力的一半，试验操作按《长沙市挡土墙及基坑支护工程设计、施工与验收规程》DB43/009-1999.第11.3.5执行

 

　　5.3.2验收试验的数量为土钉总数的5%，最少不少于3根，最大试验荷载为设计荷载的1.5倍，试验具体操作按《长沙市挡土墙及基坑支护工程设计、施工与验收规程》第11.3.5执行

 

　　5.3.3抗拔试验数量为土钉总数的1%，或不少于3根，抗拨力平均值应大于设计抗拔力，抗拔力最小值应大于设计抗拔力的0.9倍。

 

　　5.3.4喷射混凝土和注浆体抗压强度试验

 

　　试块数量为500m2一组，（或一台班一组），并不少于3组，喷射混凝土采用100*100*100mm试模，而净浆用70.7*70.7*70.7mm的试模成型，混凝土强度不小于C25，注浆体硬化强度应大于M20.

 

　　根据本工程的特点，选择合理的支护方案是保证工程质量和安全的关键。通过分析选取了土钉墙支护方案；通过验算，确保了结构安全；采取可靠施工工艺和施工技术，消除质量后患；通过支护结构及周围建筑物的监测与测试，引入信息化动态管理，不仅使施工具有科学性，也为设计与合理组织施工提供可靠依据。最终该支护结构有效控制了边坡的位移及周边建筑物的沉降，保证了边坡与周边安全。工程于2005年9月竣工验收后投入使用，一直处于稳定状态。因此，经过实践检验，土钉墙支护技术对处理较复杂的建筑边坡支护比较有利，是一种可靠性、可行性与经济性支护技术。