張瑩
內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院

摘要：邊坡防護(hù)工程中，在邊坡土體內(nèi)部設(shè)置一定長(zhǎng)度和分布密度的土釘，釘與邊坡土體共同作用形成土釘墻防護(hù)體，能夠彌補(bǔ)邊坡土體自身強(qiáng)度不足，達(dá)到高陡邊坡治理的目的。針對(duì)土釘墻的局限性，可采用微型鋼管樁復(fù)合土釘墻提高該技術(shù)的適應(yīng)范圍。

關(guān)鍵詞：邊坡防護(hù)；土釘墻；復(fù)合土釘墻；地災(zāi)防護(hù)

土釘墻邊坡支護(hù)技術(shù)是一種新型的高陡邊坡防止土體滑坡的支擋技術(shù)，具有施工簡(jiǎn)便、質(zhì)量可靠、節(jié)能環(huán)保以及成本較低等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于煤礦邊坡支護(hù)、高速公路穿越山區(qū)山體滑坡段邊坡加固、民用建筑大型基坑邊坡加固以及水利工程岸線(xiàn)護(hù)坡等高陡邊坡治理工程，取得了比較好的效果。

1  土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)

土釘墻的整體形式主要表現(xiàn)為在原狀土體中打孔，然后在預(yù)制孔中布置預(yù)先設(shè)定好的鋼筋后進(jìn)行混凝土注漿，并經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)使其形成一個(gè)完整且與周?chē)鷰r土體有很好粘結(jié)力的結(jié)構(gòu)（圖 1）。同時(shí)，在邊坡表面鋪設(shè)細(xì)小直徑的鋼筋網(wǎng)片，并噴射低強(qiáng)度混凝土來(lái)保護(hù)面層，既可以防止土體灑落，也具有一定美化效果。

圖 1 土釘墻結(jié)構(gòu)圖

2  土釘墻支護(hù)使用范圍

土釘墻吸取了錨桿和加筋土的優(yōu)點(diǎn)，常用于基坑的開(kāi)挖回填以及自然形成或者人工改造所形成的邊坡防護(hù)。相比其它支護(hù)結(jié)構(gòu)，具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。土釘墻的施工簡(jiǎn)單靈活、施工過(guò)程安全指數(shù)較高，土釘設(shè)計(jì)方案能夠根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)建設(shè)數(shù)據(jù)和突發(fā)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。同時(shí)，土釘?shù)闹谱鬟^(guò)程簡(jiǎn)便快捷，成孔容易且可用率高。此外，土釘墻巧妙地將邊坡土體的自身承重能力與建設(shè)工程的邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)融為一體，在很大程度上增強(qiáng)了支護(hù)剛度。與其他土木工程邊坡支護(hù)技術(shù)相比，土釘墻支護(hù)效果更為牢固。同時(shí)，土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)輕巧且具有良好的柔韌性，有效增強(qiáng)了邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)本體的延展性和抗震性能。對(duì)于場(chǎng)地有限、放坡困難或附近有其他相鄰建筑阻擋的工程，大體積的護(hù)坡措施不占優(yōu)勢(shì)，相比之下土釘墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)就更加明顯。

3  土釘墻與土體穩(wěn)定性計(jì)算

邊坡土體穩(wěn)定性由抗滑力矩和滑動(dòng)力矩兩個(gè)因素決定，因此土體邊坡的安全系數(shù)（FS）可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

FS＝抗滑力矩（Mr）/滑動(dòng)力矩（Ms）

根據(jù)瑞典圓弧條分法，可以計(jì)算土釘墻內(nèi)部土體穩(wěn)定性。土釘墻的圓弧滑動(dòng)面示意圖如圖 2所示。假設(shè)共m排土釘，且所有土釘?shù)膬A角相同，各個(gè)土釘之間豎直和水平間距分別為Sv和Sh。如圖 3所示，將滑動(dòng)土體沿寬度等分為n個(gè)土條塊，取典型土條塊i進(jìn)行受力分析，由整個(gè)滑動(dòng)體的抗滑力矩（Mr）和滑動(dòng)力矩（Ms）之間的平衡可得 ：

式中，F(xiàn)S為滑動(dòng)面的安全系數(shù)，n為土條數(shù)，Ci為第 i 條塊的粘聚力，ψi 為第 i 條塊的內(nèi)摩擦角，bi為第 i 條塊底面水平方向上寬度，βi為第 i 條塊底面與水平面間的夾角，Wi為第 i 條塊重力，Li為條塊底面長(zhǎng)，Sh為土釘?shù)臋M向間距，δj為第 j 排土釘與水平面間的夾角，Pj為第 j 排土釘提供的抗拔力，（j =1，2，...，n），Ψj 為第 j 排土釘與滑動(dòng)面切線(xiàn)間的傾角，Ψj  =ψi+δj 。

圖 2 圓弧滑動(dòng)面示意圖

圖 3 i 條塊受力分析

通過(guò)對(duì)土釘墻內(nèi)部土體穩(wěn)定性的計(jì)算，證實(shí)了邊坡防護(hù)的有效性，降低了邊坡滑坡及塌陷風(fēng)險(xiǎn)。

4  土釘墻的局限性

受工程所處地形與地質(zhì)條件限制，土釘墻在邊坡防護(hù)工程中的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)。比如，土釘墻的支護(hù)作用機(jī)理是被動(dòng)支護(hù)，只有在承重的土體發(fā)生變形以后才會(huì)將其本身所受的力全部轉(zhuǎn)移到土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)上。這就需要防護(hù)邊坡發(fā)生較大的位移和變形。然而，相對(duì)于高陡邊坡以及變形有嚴(yán)格規(guī)定的工程項(xiàng)目，土釘墻的單一支護(hù)結(jié)構(gòu)是無(wú)法滿(mǎn)足防護(hù)需要的。    

同時(shí)，土釘墻支護(hù)適用于水位較低、膠結(jié)、弱膠結(jié)土等地質(zhì)環(huán)境。一旦遇到較高水位施工地質(zhì)條件，其邊坡支護(hù)效果將會(huì)大打折扣。針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合新的施工技術(shù)與工藝，開(kāi)發(fā)了新型的復(fù)合邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)——微型鋼管樁復(fù)合土釘墻。

5  微型鋼管樁復(fù)合土釘墻

為打破土釘墻單一使用的局限性，提升土釘抗拔性能，將土釘墻支護(hù)技術(shù)與微型鋼管樁相結(jié)合，形成微型鋼管樁復(fù)合土釘墻技術(shù)。微型鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)體系是在土釘鉆孔施工完畢后，在斜坡頂部土釘空中間部位垂直置入鋼管，接著向鋼管內(nèi)利用高壓灌注水泥漿，沿邊坡頂部形成一定間距分布的一排微型鋼管樁。然后設(shè)置土釘和噴射混凝土面層，并與微型鋼管樁連成一個(gè)整體（圖 4）。

圖 4 某工程微型鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

微型鋼管樁復(fù)合土釘墻在保證邊坡防護(hù)工程施工質(zhì)量和支護(hù)效果的同時(shí)，最大限度的用微型樁對(duì)坡面上部的變形問(wèn)題進(jìn)行限制，同時(shí)以壓力注漿解決土體加固與土釘抗拔問(wèn)題。土釘墻利用自身的噴錨進(jìn)一步增強(qiáng)了土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，與鋼管樁形成一種主動(dòng)支護(hù)與被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。微型鋼管樁復(fù)合土釘墻防護(hù)技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜區(qū)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

6  結(jié)語(yǔ)

土釘墻和微型鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)能夠強(qiáng)化邊坡防護(hù)體系整體結(jié)構(gòu)，有效提升高陡邊坡工程支護(hù)效果，具有成本低、施工周期短、技術(shù)要求低等優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)。建議將土釘墻技術(shù)推廣應(yīng)用于管道地災(zāi)防護(hù)工程的高陡邊坡防護(hù)中，有效提升地災(zāi)易發(fā)區(qū)土體穩(wěn)定性，從而保障管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。

作者簡(jiǎn)介：張瑩，1987年生，碩士研究生，工程師，主要從事管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與土木工程防治研究。聯(lián)系方式：13995033587，395137802@qq.com。