土钉墙在边坡支护中的应用
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【摘要】岩土体是一个非常复杂的非线性力学体系这是个无可非议的事实,在土木工程施工中经常会遇到不良地质引起的边坡不稳定问题。在工程上，构建临时性的挡土墙、使用地下的连续墙、支护坡桩等都是经常用来支护加固边坡的手段。因此,当遇到边坡问题时，能在众多支护措施中设计或选择一个适合当前问题的的支护措施，势必将会整个边坡工程的施工过程变得既安全有经济。土钉墙支护技术是
上世纪八十年代由欧洲传入我国的，它具有施工造价低廉、节省工期、施工方便等优点。所以，被《建筑基础工程技术政策》列为积极开发、大力推行的支护技术。本文将结合山西某煤场的边坡支护施工过程简要介绍土钉墙支护技术在边坡支护中的应用。
【关键字】土钉墙；边坡支护；应用
目前，边坡支护加固工程中普遍应用到的土钉墙支护技术凭借方便快捷、经济安全的优点具有很好的发展前景。
据介绍，世界上首次应用土钉施工法是在一百多年前英国修建泰晤士河隧道工程中。而土钉墙技术首次被应用到我国的工程实践中是在1982年，王步云教授应用土钉墙技术对山西柳湾煤矿的土边坡成功的进行了支护加固。经过近二十年的发展，我国的土钉墙应用技术已逐步完善和娴熟。在全国各地的土木工程施工中，运用土钉墙技术成功进行支护加固的工程早已超过三百项。下面本文结合山西某煤场边坡运用土钉墙技术成功支护的案例具体介绍土钉墙在边坡支护中的应用。
工程简介
此次进行支护施工的边坡高为30米左右，长120多米，坡体倾斜角为48度，工程总支护面积四千平米。勘察结果显示，现况土层从上到下依次为：由于矿区开挖堆积形成的以废矿渣和煤矸石为主的二十多米厚的杂填土层；强度约1000千帕弱风化的石灰岩层，此岩层为坡体基岩。在盛产煤的山西省，强度虽高粘聚力差的煤矸石地质环境随处可见。这种地质边坡由于岩层的空隙率高且岩石的粘聚力弱，往往给边坡工程施工带来了极大困难。应对这种地质边坡，工程上通常采用土钉墙支护技术进行施工。但由于实际工程中岩石的强度与试验强度存在很大差异，所以在边坡的土钉墙支护施工设计时，应注意强度等参数的合理选取；另外，由于煤矸石岩层本身的缺陷，施工时应注意边坡成孔困难、注浆量大等问题。
二、土钉墙设计
1.总体设计
根据规范要求，土钉墙在设计时应遵循“保中部，稳坡脚”的原则。通常，土钉墙是在边坡上设计布设一系列排列很密的土钉锚杆，在一定范围内使边坡形成一个加固区,从而使潜在滑移面远离坡边,达到加固边坡的目的。
显然，本边坡由不稳定的煤矸石质杂填土层和工程性质好且较为稳定的石灰质岩层上下两层构成，我们可以将上层视为滑动土层，下层视为不动土层。若不进行边坡支护，则上部滑动土层容易沿着潜在滑动面进行华东，严重威胁到了边坡的稳定和施工生产的安全。为了提高边坡的整体稳定性，我们采用先在煤矸石质土层中预置若干具有一定强度的土钉，并将土钉与双向双层钢筋网片进行焊接，最后向坡面喷射具有一定强度和厚度的混凝土砂浆使得土钉与钢筋混凝土坡面连接成土钉墙的施工方案。同时辅以一定数量的锚杆打入底部基岩，将上层易滑动土层与下部稳定岩层连接为统一的整体，进一步防止了上部杂填土层沿潜在滑动面的滑动。
2.设计强度参数
本边坡支护方案设计的最大障碍是强度的设计参数的选取。由于不良边坡上部为煤矸石质岩层，这类岩层的工程性质极差，扰动大的取样过程会破坏边坡，对施工更为不利。而用常规的实验室测定强度参数的方法又很难与工程实际中的参数完美对应，使得设计方案不能很好的适应本工程，容易造成资金的浪费。经过多方面的比较、论证，最终本工程设计运用计算机将边坡自然状态下的稳定系数和动力试验触探得到的土层摩擦角进行反算，得到一个抗剪强度参数，再结合多年工程实践经验对试验参数进行多次实验、修正，最终得到一个适合本工程的强度参数。
根据瑞典条分法，将1.0~1.04定为自然状态下的潜在滑动面的稳定参数。本试验采用的动力触探试验的圆锥锤击数标准值为5．6击，经查阅相关资料得知工程性质与煤矸石近似的砾石土层的摩擦角为30~33度。以上数据经过计算机的反算，最终得出煤矸石土层抗剪强度参数为：内摩擦角31度，稳定参数为1.02，粘聚力5000Pa。但常规试验中得到的强度参数却是：内摩擦角25度，粘聚力17000Pa。根据土钉成孔试验的试验结果，我们发现在孔深6.5米左右的地方容易出现孔塌现象。结合此地区的设计施工经验我们分析，如果煤矸石土层的实际参数与常规试验得到的参数接近，那么孔塌现象就不会出现；而事实上，孔塌现象在成孔试验中经常出现，则可认为常规试验参数与本工程实际的参数相差很大。我们经过动力试验后反算得到的结果粘聚力5000Pa，不仅在工程设计经验上可行，而且土层的摩擦角是经过动力试探得到的结果，准确性可以保证，所以，本设计选用5000Pa这组强度参数是最符合本工程实际的。
3.土钉设计
土钉在运用常用的圆弧滑动法设计计算时，根据规范中的规定，经过支护加固的边坡的稳定系数应至少达到1.3，再结合之前确定的强度参数，经过一系列计算可以得到土钉的设计布置方案为：用直径为25毫米的RRB235钢筋做土钉，以2米的间距呈正方形排列在上层杂填土层开深15米、直径100毫米的锚孔；在底层石灰岩层中，布置直径为25毫米的锚杆和深为6米、直径100毫米的间距2米正方形排列的锚孔；对于纵穿杂填土层的锚杆的锚固，我们采用直径25毫米的钢筋作为锚杆和直径100毫米间距2米正方形布置的锚孔分上下两层进行锚固。上层锚孔长18米，锚固深度6米，下层锚孔长12米，锚固深度6米。运用本设计方案支护的边坡的稳定系数一般情况下可以达到1.35，满足各方面要求。
土钉墙的施工
1.边坡清理
为了达到设计坡度，边坡清理工作是必不可少的，我们通常采用人工铲锹的方法或运用小型机械完成切削清坡工作。
布孔
锚孔在成孔前，应按土钉设计对孔位进行定位、编号、标记。
成孔
根据成孔试验可知煤矸石土层的粘聚力低，难以维持孔壁所承受的应力，导致成孔过程中的孔塌现象。常规的裸眼成孔技术此时难以成孔，在超过6.5米的地方经常发生卡钻、塌孔等事故。为了有效地解决孔塌问题，我们在施工过程中运用了套管跟进成孔技术。此技术是将钻杆与外层套管同时钻进，用套管对孔壁进行保护，同时将高压水通过钻杆泵入孔内，带有泥屑的水再从套管和钻杆的空隙流出，这样不仅可以实现快速有效的施工还能保证锚孔不出现塌孔事故。
安置锚杆、注浆
由于坡体上部的煤矸石填土层内部存在大量的孔洞和空隙，即便是使用掺入速凝剂的混凝土，普通注浆方法任然不能避免灌注过程中浆体大量流失。而且，流失的浆体容易堵塞附近的锚孔。所以，大量的浆体流失不仅提高了工程成本，而且严重威胁了未完成工序的锚孔的安全。为避免出现漏浆的问题，我们在施工时采用土工布包裹锚杆的做法。先将渗透系数小的土工布裁剪缝制成与锚孔直径相同的布筒套在锚杆上，将布筒两头绑紧后随锚杆送入锚孔内，调整锚杆到锚孔中心部位后开始注浆。这种施工方法不仅阻止了浆体的流失，节省了大量水泥，而且土钉包裹土工布后可以有效的防止雨水对土钉的腐蚀。
钢筋网片的铺设
铺设钢筋网前先喷一薄层混凝土，然后再按原设计图捆绑、焊接钢筋网。在进行钢筋网的铺设捆绑时，要求坡面与网片之间的间隙大于等于于20 毫米，钢筋网每边的搭接长度不小于300毫米。先将直径25毫米的井字型钢筋焊接牢固，再将坡面钢筋网片与直径25毫米的加强钢筋进行牢固焊接。最终使坡面内的钢筋网牢牢的与边壁固定并且满足设计的保护层厚度要求。
6.混凝土面层的喷射
本工程采用干喷法对坡面进行混凝土喷射。铺设钢筋网前先喷一薄层混凝土，钢筋网片铺设之后再进行二次喷射。混凝土喷射时，应注意将坡面与喷头的距离控制在0.8~1.5米范围内，垂直坡面按自下而上的顺序进行喷射。为了加快喷射混凝土的凝结速度，防止混凝土塌落，我们在施工时加入了速凝剂。
四、综述
经过雨季的考验和我们不间断的监测，事实证明这次边坡工程中土钉墙技术的应用是非常合理的。在本次施工过程中碰到的问题，是土钉墙技术在支护煤矸石质边坡中具有一定代表性的，也是值得广大边坡工程设计施工者借鉴的。
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