多形式支护体系在高边坡支护工程中的应用

张保利，羊建业

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

0 引言

高边坡的地质构造往往比较复杂，影响滑坡的因素也很多，而一般的高边坡防护大多又是临时结构，投资太大易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此，必须安全、合理地选择合适的支护结构并根据工程的特点进行科学的施工。现以嘉陵江草街航电枢纽船闸工程为例，阐述多形式支护体系在高边坡支护工程中的综合应用。

1 工程概况

草街船闸是嘉陵江草街航电枢纽工程的主要建筑物之一，其安全关系到嘉陵江水道的畅通。根据总体布置规划，船闸需在嘉陵江左岸深切山体开挖修建，最大开挖深度达62m，开挖形成的岩质垂直边坡将成为船闸结构的组成部分。

草街船闸边坡防护主要集中在左岸岸坡，该地区地层岩性较单一，为侏罗系中统沙溪庙组砂岩与砂质黏土岩，地层产状缓倾坡外偏下游，平行层面软弱夹层较发育，且岩体总的边坡开挖将挖断坡角，致使岩层临空。经赤平投影分析，整个左岸边坡稳定性较差，特别是上闸首及部分上游引航道内侧边坡岩体内还分布有C2软弱夹层，其边坡稳定性更差。沙溪庙组在枢纽区分为8层，单数层以长石细砂岩为主，双数层以砂质黏土岩为主，其砂质黏土岩具有失水崩解，遇水易软化的工程特性，强度较低，而砂岩强度较高，抗变形能力强。因此，需要根据岩石开挖揭露的实际情况，有针对性地采取不同的支护形式。

2 影响高边坡稳定的成因

影响高边坡稳定性的内在因素主要包括地质构造、岩石性质、地应力等；外在因素主要包括振动作用、气候条件、水的作用、边坡形态、人为活动[1]。

从近两年的施工情况分析，影响船闸工程高边坡稳定的主要因素有两个：一是爆破震动；二是水的作用。其中水的影响因素最大，因此有“无水不滑坡，治坡先治水”的说法。

3 高边坡防护原则及措施

3.1 高边坡防护原则

治水与治坡相结合的原则；遵循边开挖、边防护的原则；在条件许可时，宜尽量采用格构或其他有利于生态环境保护和美化的护面措施。

3.2 高边坡防护措施

目前边坡防护的类型很多，经常采用的工程防护有：减载；截水、排水；锚喷支护（素喷、锚杆+素喷、锚杆挂网喷射混凝土）；砌石防护；框架防护；护面墙防护；挡土墙防护；抗滑桩防护；土钉防护；预应力锚索（束）。

4 边坡防护施工工艺

由于草街船闸工程地质情况复杂，边坡高度高，因此，根据不同的工况对高边坡防护采取了减载、排水、素喷、锚喷、砌石防护、框架防护等措施，综合治理边坡工程。下面就施工中采取的几种主要支护形式进行重点介绍。

4.1 菱形方格护坡

菱形方格护坡属于框架护坡中的一种类型，适用风化较严重的岩质边坡和坡面稳定的较高土质边坡。本工程采用混凝土菱形方格，框格间距2.5 m，框格及横肋宽0.3 m，嵌入坡面0.15 m，框格内植草。菱形方格的具体结构形式见图1。

施工方法：对边坡进行修整，坡度与设计相符，平整度要求达到±5 cm。测量人员施放菱形方格的关键点，如：混凝土格构的交点、混凝土格构与马道、段间混凝土格构的交点等。上述工作完成后，进行沟槽开挖、支立模板、混凝土浇筑。

4.2 纤维混凝土喷护施工

混凝土喷护适用于岩性较差、强度较低、易风化或坚硬岩层风化破碎、节理发育、其表层风化剥落的岩质边坡；当岩质边坡因风化剥落和节理切割而导致大面积碎落，以及局部小型坍塌、落石时，可采用局部加固处理后进行大面积喷浆（喷射混凝土）[2]。喷射混凝土的厚度以3～5 cm为宜。本工程采取的是临时边坡纤维混凝土素喷6 cm，永久边坡纤维混凝土素喷10 cm。

图1 菱形方格网结构形式（单位：cm）Fig.1 Structural form of rhombusgrid(cm)

由于干法喷射施工对机械设备的要求比较简单，故在船闸的支护工程中均采用干法喷射施工。

施工前先对坡面进行清理，主要清理掉开挖面松动的浮石、坡脚的石渣和堆积物，处理好光滑岩面，埋设控制喷护厚度的标志。

喷护施工对原材料尤其是骨料的要求比较高，细骨料的细度模数宜大于2.5，且使用时的含水率宜控制在5%～7%；粗骨料应采用耐久的卵石或碎石，粒径不应大于15 mm。如细骨料的含水率过大或者粗骨料的粒径过大，在喷射过程中很容易发生堵管事故。

干法喷射用的混合水应具有足够的压力，以保证压力水穿透料流，使水和水泥均匀混合。可由水泵供给压力水，喷头处的水压0.15～0.20 MPa。当水源较远或上下高差太大时可以考虑采用在中途增设水箱或二次加压等办法来保证喷头处的水压。

4.3 喷锚支护

喷锚支护适用条件为易于喷浆（喷射混凝土）防护的岩质边坡，当岩层风化破碎严重、节理发育，在破碎岩层较厚的情况下，如果继续风化，将导致坠石或小型崩塌，从而影响整个边坡的稳定性。

喷锚支护采用的锚杆类型有树脂锚杆、全长砂浆锚杆、塑料锚杆、水泥锚杆和缝管锚杆[3]。锚杆锚固深度视边坡岩层的破碎程度及破碎层的厚度而定。

本工程对开挖出的岩石边坡采用单、双层挂网喷锚的支护形式。其挂网锚杆采用φ28 mm钢筋，间距3m，呈梅花形布置，锚杆长度5 m、8 m。钢筋网格尺寸为20 cm×20 cm，钢筋直径8 mm。喷护厚度15 cm。

4.3.1 钻孔

锚杆钻孔前期共选择了2种钻机进行比较，为了确切地了解2种钻机的性能及优缺点，分别对其进行了典型施工，2种钻机详细比较见表1。

表1 钻机性能对比表Table1 Performance com parison of drillingmachine

通过对以上两种钻孔方式的比较，尤其是考虑到钻孔效率对整个工期的影响，决定采用地质潜孔钻进行钻孔。

4.3.2 灌浆

采用先灌浆后插锚杆的工艺，灌浆压力为0.15～0.3 MPa。

4.3.3 挂钢筋网

在边坡的平整度不是很理想的情况下，钢筋网应沿开挖面铺设。钢筋网应与锚杆绑扎牢固，否则喷射混凝土时容易产生颤动，影响混凝土的凝结，使喷层与钢筋之间或喷层与围岩之间的黏结遭到破坏，甚至造成喷层的脱落。

4.3.4 喷护

控制好喷射水灰比在0.4～0.5之间。要注意岩面起伏情况，调节一次喷射厚度，保证喷层厚度，提高层面平整度与均匀性，减少回弹率。

4.4 自钻式中空注浆锚杆

自钻式中空注浆锚杆不仅适用于各种工程的基础及建筑物加固，更适用于松散破碎、成孔困难地层的支护工程。

自钻式中空注浆锚杆由钻头、中空杆体、垫板和螺母组成，见图2。自钻式中空锚杆本身兼作钻杆和注浆管。注浆前可作吹尘管，注浆时浆液通过中空锚杆从钻头喷出，填充锚杆周围的钻孔和地层裂隙，使锚杆与周围土质凝固成一体，起到加固作用。钻头的大小可控制钻孔的大小，一般钻孔的尺寸约为锚杆直径的2~3倍。

图2 自钻式中空注浆锚杆Fig.2 Self-drilling hollow grouting anchor

使用手持式凿岩机将安装好钻头的锚杆钻进至设计深度（锚杆如需加长，可用联结套联结，然后通过钻机钻进）。卸下钻机，松开垫板和螺母，将20 cm×20 cmφ8的钢筋网固定在外露（10 cm）的自钻式锚杆上，再套上垫板和螺母，进行第一次6～8 cm的混凝土喷护施工。达到一定强度后，将止浆塞安装在锚孔内离锚孔口25 cm深处，通过快速注浆接头将锚杆尾端与注浆泵相连进行注浆施工。最后进行第二层挂网及喷护施工，使得锚杆和钢筋网完全覆盖。

5 高边坡安全监测

永久船闸边坡坡顶部位埋设了20个观测钉，定时观测边坡位移情况，未发生超过规范要求的现象。

工程实践表明，只要严格控制爆破对岩体的损伤，对边坡和局部不稳定岩体适时进行加固，切实做好系统排水，加强边坡安全监测和反馈分析，不断调整优化爆破参数和支护设计，永久船闸边坡稳定和变形完全能够满足运行安全的要求。

6 结语

1）边坡设计应遵循“安全绿色、水土保持、恢复自然”的设计原则，使工程对环境的扰乱程度减少到最小，并谋求人工构造物与自然环境相协调。设计时尽量采用绿色防护，如三维植被网、绿化喷播技术等。

2）遵循边开挖、边防护的原则。每开挖一级平台应及时进行支护，以免边坡长时间裸露造成岩石风化，增加边坡清理工程量，也增加脚手架搭设工程量。同时为保证边坡安全，按照开挖施工避让支护施工的原则，严格按照开挖与支护施工程序，及时采取喷护、混凝土封闭进行边坡表面防渗。

3）严格控制爆破，避免由于爆破对岩体的损伤而加大支护难度，增加支护费用。

4） 减载：如船0+660～0+900段边坡，将A线路与船闸开挖边坡间的岩坎挖除，降低了边坡的开挖高度，减小了开挖难度。虽然增加部分开挖量，但节省了较大的支护费用。

5）排水：对于坡体以外山坡上的地表水，采取修建截水沟、排水沟的方法排水。

6）高边坡支护设计必须根据水文、地质情况综合分析，最后确定能确保边坡安全稳定的最优方案。

7）纤维混凝土喷护施工分为干法施工和湿法施工两种施工工艺。干法喷射施工对机械设备的要求比较简单，但施工粉尘较多，既污染环境，对施工人员的身体健康也有损害。

高边坡防护是一项综合治理工程，由于工况复杂，设计时既要选择合理、经济、安全、适用的边坡治理方案，又要考虑施工中的可行性与安全性。施工方案制定中应合理确定施工工艺流程，确保施工和运营过程中边坡的稳定，同时也要考虑周围地区的环境情况，以达到边坡安全稳定，节省造价，缩短工期的目的。

[1] 梅锦煜，党本立，苗树青，等.水利水电施工手册：第二卷[M].北京：中国电力出版社，2002.MEIJin-yu,DANGBen-li,MIAOShu-qing,etal.Water conservancy and hydropower constructionmanual:volume II[M].Beijing:China Electric Power Press,2002.

[2]GB 50086—2001，锚杆喷射混凝土支护施工技术规范[S].GB 50086—2001,Specifications forbolt-shotcrete support[S].

[3]YBJ226—91，喷射混凝土施工技术规范[S].YBJ226—91,Specifications for shotcrete construction[S].