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摘要：笔者以衢宁铁路工程某车站深路堑高边坡采用复合型锚索土钉墙防护为例，从作用原理、施工方案及工艺、过程监测等方面对复合型土钉墙做了简要介绍。实践证明，所采用的复合型锚索土钉墙支护技术在高边坡支护方面是可行的。
关键词：复合型土钉墙；深路堑高边坡支护；施工技术
1.工程概况
（1）工程简介
衢宁铁路工程某车站全长1865m，线路右侧为综合维修区间，起讫里程GDK0+020～GDK0+550，工点全长530m，其中维修工区左侧GDKO+240～GDKO+410段为深路堑，边坡，最大高度达39米，共设4级边坡，每级边坡高度约10m，其中岩层土钉墙边坡坡率1：0.3，土层边坡率1：0.5。
设计采用土钉墙加预应力锚索的复合土钉墙加固防护，土钉长8m～22m不等，其中第四级边坡全部采用土钉防护，一~三级边坡采用土钉加预应力锚索复合防护措施，土钉墙竖向每隔2排土钉设一排预应力锚索，长25m～28m不等。边坡平台宽3m~5m。每级平台采用Φ300mm的工字钢混凝土桩，纵向间距2.4m/处，桩长15m，设0.4m×0.3m地梁。
（2）水文地质条件
地层岩性：表层为粉质黏土、向下依次为全风化~弱风化花岗岩，全风化~弱风化石英闪长岩。
水系较为发育，主要受大气降水补给，地表水发育，地下水为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，较发育。
2、复合型土钉墙作用原理
土钉墙由原位土体、设置在土中的土钉及预应力锚索、喷射混凝土面层、模筑混凝土面板组成。通过土钉与锚索、墙面与原状土体的共同作用，形成以主动制约机制为基础的复合体，具有明显提高边坡土体的结构强度和抗变形能力，减小土体侧向变形，增强整体稳定性的特点。因此其支护效果主要由土钉及预应力锚索的长度、设置密度、土钉的抗拉抗弯和抗剪强度、土钉与土体的粘结强度、面板刚度、土钉与面墙结合程度、原状土体性状、坡顶荷载、开挖深度等因素综合决定。
3、复合土钉墙施工方案
3.1.施工工艺流程
施工准备→测量放线→抗滑桩施工→截水天沟施工→分级、分段、分层边坡循环开挖、喷砼防护、土钉锚索施工钻工注浆至本循环施工完毕→下一循环施工至本级边坡施工完毕→ 本级边坡面板施工、锚索张拉封锚、绿化槽等附属循环施工→施工施工边坡平台工字钢预加固桩→下一级边坡循环施工至施工完成。
3.2.施工方案
3.2.1.工艺试验
3.2.1.1.土钉工艺试验
（1）试验目的
①检验验证水泥砂浆与锚固段代表地层的孔壁粘结强度；
②总结施工工艺，对施工作业人员进行实际操作交底，明确相关控制要点及施工要求，具体包括：孔位钻设、清孔、注浆、土钉加工等。
③检验验证水泥砂浆的流动性、初凝时间、弱膨胀剂的添加数量。
④模拟出现特殊情况下的紧急处理措施，如堵管等。
（2）试验参数
试验数量按工点工作土钉的3‰控制，且不少于3根。设计本段内土钉总数量为2661根，同时根据设计土钉种类：共计8种，每种选取1根，试验总数量定为8根。
（3）试验工艺
①试验工序
选取试验地段→钻孔、清孔→拌制砂浆→注浆→安设土钉→达到设计强度→试验检测→试验工艺总结。
②试验段应选取与设计地层基本一致地点，为确保试验段地层岩性选取与设计坡面地层一致，真实反映实际锚固力。
③待砂浆强度达到设计强度后，进行土钉灌浆密实度试验与土钉抗拉拔破坏性试验，试验过程由试验监理工程师见证进行。
检测项目见下表：
（4）土钉工艺试验总结
通过工艺试验，编制土钉施工工艺总结报告，并报建设、监理单位审批后实施，同时抄送设计单位。
3.2.1.2.预应力锚索工艺试验
（1）试验数量按工作锚索的3%进行，本段内设计预应力锚索共计445孔，试验选取13根预应力锚索进行工艺试验。
（2）锚固试验的平均拉拔力，不应小于预应力锚索的超张拉力，当平均拉拔力低于低于此值时，应再按3%的比例补充锚固试验的数量。
（3）试验完毕后同土钉同时编制工艺试验总结报告。
3.2.2.施工方案
3.2.2.1.土钉墙施工工艺流程
测量放线→边坡分级、分段、分层循环开挖→循环喷砼防护→土钉、预应力锚索钻孔、注浆、检测施工与仰斜排水孔钻孔安装施工→砼面板施工→锚墩施工→锚索张拉、封锚→循环至本级边坡施工完成→施工边坡平台工字钢预加固桩→下一级边坡循环施工至施工完成。
3.2.2.2.边坡开挖
（1）设计参数
第一级、第二级边坡坡比为1：0.5，第三级、第四级边坡坡比为1：0.3。坡面防护采用喷射C35砼，厚5cm。
（2）土钉墙边坡开挖
①土钉墙每级边坡严格执行分级、分段、分层开挖和防护原则，分层间距与土钉间距一致为1.2米，一般分段开挖长度不大于30米，根据具体开挖后地质情况缩短分段开挖长度，以保证开挖面稳定。同一级开挖边坡上块土钉墙施工工艺流程应错开2m。
②下层土体开挖应在上层土钉注浆强度达到设计要求的70%后进行。
③坡面开挖完成后立刻进行喷射砼防护，封闭临空面，再施工土钉，根据坡面地质情况必要时增加钢筋网片，保证坡面稳定。
④坡面开挖后对地质条件进行核实，如发现与设计地层岩性不一致及有泉眼出露时，及时通知设计、监理、建设单位进行现场核实，进行妥善处理。
⑤坡面开挖中局部超挖，采用C35喷射砼回填平整，严禁回填土石。开挖中遇到的孤石等采用破碎锤进行破碎开挖，严禁采取爆破施工，以减少对岩层的扰动。
⑥根据设计图横断面地质显示，仅第一级边坡坡脚处处于（17）-3γ52（3）d 弱风化花岗岩，第二、三、四级边坡均处在粉质黏土、全～强风化花岗岩层，采用挖掘机开挖、配合选取破碎锤施工能满足施工要求。
⑦如开挖后实际地质与设计地层不一致时，采取挖掘机开挖无法施工的，应采取光面或预裂爆破开挖，以保证墙背坡面平顺及岩体的完整。
⑧每块土钉墙面板施工及边坡平台工字钢预加固桩施工完成后方可进行下一级边坡开挖，坡面开挖严格按自上而下顺序进行开挖，严禁掏底开挖，每级开挖后的土体及时清运至指定位置，严禁随意弃土或在坡面弃土。
⑨每级开挖时，应在坡脚位置设置临时排水沟，用于引排坡面汇水，排水沟采用喷射砼进行临时封闭，防止雨水深入下层土体。每段层施工平台预先留设不小于4%的横向排水坡，防止平台积水。
3.2.2.3.土钉施工
（1）钻孔
土钉钻孔直径φ110mm，长度8-22米，钻孔与水平面角度为15°。钻孔孔深较设计土钉长度深20cm，作为沉渣段。
（2）土钉加工
土钉间钢筋连接采用HRB400Φ28mm的钢筋进行双面帮条焊接连接，钢筋接头按规定的频次进行工艺试验及接头检验，保证接头强度满足要求。
具体布置及加工图见下图：
（3）土钉安装
①土钉安装
按照设计孔位处土钉长度安设土钉，土钉孔口采取固定措施，保证土钉深入长度、外露长度、弯钩朝向满足设计要求。
②砂浆拌制
土钉注浆采用添加弱膨胀剂的M30水泥砂浆，砂浆采取现场施工现场拌制。
③注浆
注浆采用孔底返浆法注浆，注浆压力为0.2～0.4Mpa。
④土钉防护与检测
土钉强度达到设计强度后，进行第三方无损检测，检测数量及内容见下表
2、拉拔力3%≥166KN抗拉拔力
3.2.2.4.仰斜排水孔施工
仰斜排水孔设置在每级土钉墙坡脚上方1.5米处，仰斜角度与水平面夹角为10°，沿线路纵向间距10m一处，孔深15米。
仰斜排水孔直径为100mm，内设RCP-10NG（A）型内支撑渗排水管，钻孔深度较透水管深0.2米左右。
3.2.2.5.预应力锚索施工
（1）设计参数
锚索钻孔孔径为Φ130mm，钻孔与水平面角度为15°，开孔孔位偏差不得超过±20mm，锚孔的倾斜度（倾角）误差不超过±2°，实际钻孔深度应比设计孔深大0.2米。
（2）施工工艺流程
测量放样→钻孔→清孔→锚索制作→锚索安装→注浆→养护→锚索张拉→补张拉及锁定→锚头封闭。
（3）钻孔、清孔
①钻孔
开启钻机，钻孔，钻孔过程中注意钻孔角度，如发现倾斜等情况，立刻停转并调整钻孔角度。钻孔中每2米检查一次钻孔角度，防止钻孔倾斜。
②清孔
达到设计钻孔深度后，稳钻1-2min，并采用采用高压风反复清孔至孔内无钻渣、水吹出。
（4）锚索制作
②锚索制作时，钢绞线的截取长度为：锚固段+自由段+1.5m的外漏张拉长度。
③锚索束自由段每隔1.0m用铁丝绑扎，涂刷防锈油，每单根钢绞线套一根φ20～22mmPVC塑料保护管，两端10cm～20cm范围内注满黄油，外绕工程胶布封闭固定。自由段间隔0.6m～1.0m设置PVC定位支架，保证锚索孔内居中。
（5）锚索入孔与注浆
①锚索入孔
锚索入孔采用人工送入进行，送入时应均匀缓慢进行，防止锚索扭曲，伸入长度根据尺量外漏长度进行确定。
②锚索注浆
预应力锚索注浆采用添加弱膨胀剂M35水泥砂浆，采用孔底返浆法注浆，注浆压力一般不小于0.6~0.8MPa。
（6）锚墩制安
锚墩砼采用C35砼，砼必须均匀振捣密实，浇筑完成达到拆模条件后进行拆模，拆模后覆盖土工布进行洒水养护，当强度达到设计强度的70%后方可进行张拉施工。具体锚墩设计图如下：
（7）锚索张拉
锚孔注浆、锚墩混凝土达到设计强度的70%时才能进行张拉，锚索张拉应分两次逐级张拉，第一次张拉值为总张拉力的70%，两次张拉间隔时间不宜少于3～5d，为减少预应力损失。
（8）预应力锚索检测
预应力锚索张拉完成进行预应力锚索检测，检测应在锚索张拉完7天后进行，按锚孔总数的20%进行检查，外观进行全部检查。
3.2.2.6.整体式面板施工
（1）设计参数
土钉采用整体式面板，面板内设置20cm×20cm的HRB400Φ16钢筋网片，面板采用C35砼浇筑，面板厚度为25cm。土钉墙面板按横向和竖向每10米设置一道伸缩缝，伸缩内填塞2cm厚沥青麻筋。
（2）施工工艺流程
测量放样→绑扎钢筋→支立模板→面板砼→拆模→砼养护→伸缩缝填塞
3.2.2.7.工字钢预加固桩及地梁施工
（1）设计参数
①预加固桩设计参数
土钉墙平台中心设置一排预加固Φ300工字钢预加固桩，延线路纵向2.4m一处，孔深15米，工字钢采用I12型钢，预加固桩砼采用C30砼。
②地梁设计参数
工字钢预加固桩顶部设置30cm×40cm，C35钢筋砼地梁，将单级平台工字钢预加固桩连接为一体。
③边坡平台设计参数
边坡平台设计采用M7.5浆砌片石砌筑，第2、4级边坡平台宽度为3米，第3级边坡平台宽度为5米。
（2）工字钢预加固桩施工方案
①成孔
工字钢预加固桩钻孔采用回旋钻机施工。
②灌注混凝土
砼灌注采用软袋进行砼浇筑，孔口设置料斗。
③工字钢入孔
首先将工字钢端头切割成锥状，减少插入过程中的阻力，孔口设置工字钢定位支架。
孔内砼灌注完成后立刻插入工字钢，工字钢入孔采用液压振动锤插入。
4.边坡稳定安全监测与监控
4.1.设计参数
此段土钉墙边坡高度大，为确保边坡施工安全，保证边坡稳定设置监控监测装置，监控监测装置设置见下表：
4.2.监测监控方案
4.2.1.I型边坡地表位移监测
每个断面分别于路堑侧沟平台、边坡平台、路堑顶及路堑顶外5.0米、10米设置观测桩。
位移观测桩采用圆头带十字丝的Φ20mm长0.6m钢钎，待路堑开挖至设计埋桩位置后，将位移观测桩打入设计位置，埋置深度0.6米，桩周上部0.2m用砼浇筑固定，深度0.3米，观测头露出砼面1cm。
4.2.2.II型测斜管深部位移监测
边坡成型后，在边坡平台钻垂直孔，孔深伸入稳定地层大于3米，安装测斜管，采用测斜仪进行测量岩土层内部水平位移。
4.2.3.自动监测系统
（1）监测目的
通过水平位移自动监测系统，对高边坡位移变形进行实时监测，实现对边坡结构变形位移的实时监测与分析，为保证施工安全和运营安全提供实时数据支持和实现预警作用。
（2）自动监测系统布置
自动监测系统位于边坡平台上，钻孔直径为91mm，钻孔偏斜率不大于1%，孔深至划面线以下的稳定层面。延钻孔预置直径50mm感应杆，感应杆螺接自动遥测全向传感位移计，感应杆顶面浅埋于平台表面，感应杆内置传输总线连接自动遥测全向传感位移计与全工况数据分析测控装置。
（3）技术标准
自动遥测全向传感位移计精度1mm，分辨率0.1mm，工作温度-30℃至50摄氏度，持续使用年限10年以上。
（4）监控监测频率
仪器埋设后应观测几次，确定稳定的起始基准值。
（5）监测警戒值
土质边坡坡顶最大位移大于边坡开挖高度的1/500或30mm以及水平位移速度连续三天大于5mm/d，支护结构出现应力聚增、断裂、松弛或破坏痕迹现象，边坡底部出现可能导致边坡剪切破坏迹象及其他可能影响边坡稳定安全的的征兆时，应立刻停止施工，采取反压回填等应急措施。
5.结语
预应力锚索土钉墙支护结构，工艺简单，工期短，充分利用土体的自稳能力，在施工过程中分级、分段、分层开挖和防护，开挖后几小时内尽快喷射混凝土封闭，使边坡位移和变形得到限制，减少了边坡滑塌的风险，确保了施工安全。另外政和车站锚索土钉墙施工完毕后经历了南方雨季的考验，边坡完整无裂纹，坡体稳定，外观整齐，由此可见，深路堑边坡采用复合土钉墙支护技术是成功的。
参考文献：
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论文作者:邵长雨
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/19
标签：钻孔论文; 工字钢论文; 预应力论文; 位移论文; 强度论文; 注浆论文; 地层论文; 《基层建设》2017年第9期论文;