超级土钉墙结合排桩预应力锚索挡土墙在冀西北山区中的应用

杜霞 张银铂 郭文娟

河北省地矿局第三地质大队 河北 张家口 075000

超级土钉墙与排桩预应力锚索挡土墙是近年来边坡工程中应用较高的支护结构技术，其适用性也随着各项技术的发展得到提高，但超级土钉墙与排桩预应力锚索挡土墙两者的协同工作机理研究和实用性还有待加深[1-2]。本文通过某小区二期工程边坡支护设计将二者结合支护设计，进而验证超级土钉墙与排桩预应力锚索挡土墙在实际工程中的应用情况。

1 工程概况及周边环境

拟建场区位于张家口市桥西区古宏大街北侧。拟建工程为某小区高层住宅楼北侧为一山体，山体距高层住宅位置约为6米，拟建高层住宅为两层地下室，基坑深度为9.5m，山体为永久性支护工程，为保证边坡的稳定性、周边环境安全及建构筑物的正常适用，需要对边坡采取有效的支护措施。场地平面图见图1。

图1 边坡场地平面图

拟建场地属西太平山山前坡洪积扇和清水河二级阶地交互地带，标高介于785.83-798.52m，场地内最大高差为12.69m，北高南低，场地不平坦，边坡工程安全等级为一级边坡支护。边坡周边使用要求2.0m以内无堆载，2m以外堆载小于20kPa，楼座荷载为每层15kPa，基础形式为独立柱基的3～4层建筑物，独立柱基均坐落在稳定性良好的持力层上，且为均布荷载。同时需在坡顶设计截水沟、坡脚排水沟和坡面内埋设一定数量的排（泄）水孔。

2 场地工程地质与水文地质条件

根据勘察单位提供的本工程岩土勘察报告，在勘察深度范围内的场地地层按性质、特征划分为6个工程地质层，各岩土层的性质及分布特征自上而下如表1。

表1 工程地质层分布与特征描述

由当地水文资料显示，本场地地下水水位为埋深大于50m，属潜水，年水位变化幅度小于2m，主要补给来源是大气降水补给及地下径流补给，排泄途径为地表蒸发、地下径流及人工抽水。历史最高水位远离基底，故在本工程建设施工及使用过程中可不考虑地下水的影响。

④强风化安山岩（J）斑状结构，块状构造，破碎，斑晶成分为灰白色板状斜长石和绿色长柱状角闪石，含少量石英及云母，斑晶直径1-6mm，斑晶占岩石体积30%左右，其中斜长石含量20%，角闪石10%，基质为隐晶质结构，岩芯较破碎，呈碎石状，少量砂充填，⑤中风化安山岩（J）7.3-9.4斑状结构，块状构造，破碎，斑晶成分为灰白色板状斜长石和绿色长柱状角闪石，含少量石英及云母，斑晶直径1-6mm，斑晶占岩石体积30%左右，其中斜长石含量20%，角闪石10%，基质为隐晶质结构，岩芯较完整，未被揭穿，最大揭露厚度为10.7

3 土层计算参数选取

各土层承载力及变形参数见表2。

表2 地基土承载力及变形参数一览表

4 支护方案设计

该工程周边地形复杂、高差变化较大，且与拟建建筑物距离较近，边坡土体位移的控制要求有所差别，故本工程边坡采用超级土钉墙+排桩预应力锚索支护形式。支护结构剖面图见图2。

图2 边坡支护结构剖面图

4.1 超级土钉墙

土钉成孔可采L用锚杆钻机成孔，孔径110mm，入射角为15°，水平间距2.0m，垂直间距均为2.0m。土钉杆体采用HRB400级钢筋，直径为25mm,杆体全长设置对中支架，间距为1.5m，主筋保护层厚度不小于20mm。预应力锚索采用1束s21.6钢绞线[3]。土钉构造图和预应力锚索（拉力型）结构图见图3-4。

图3 土钉构造图

土钉注浆时采用一次注浆工艺，主将材料采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级为25MPa，水泥浆的水灰比为0.55，水泥砂浆的水灰比为0.45，灰砂比为1.0。锚索选用1S21.6钢胶浆，锚索注浆采用32.5普通硅酸盐水泥净浆。采用二次压力注浆，第一次注浆压力0.3～0.5MPa，第二次注浆压力为1.5MPa；第二次注浆在第一次灌注的水泥浆初凝后进行。注浆材料为纯水泥浆，水灰比0.45～0.50。

面层混凝土厚度为100mm；面层钢筋采用A10@200×200钢筋网片，搭接长度不小于30mm；连接点横向间距为1.5m，竖向间距为1.5m。面层伸入坡底不少于300mm。土钉之间设置通长水平加强筋，加强筋采用2根直径为12mm的HRB400级钢筋。锚索位置采用20B槽钢固定锚头[4]。

4.2 排桩预应力锚索挡墙

桩锚支护采用高直径1.0m圆桩，桩间距1.8m，挡墙、冠梁及桩身为C30砼[5]。钢筋笼加工要求：

主筋的连接采用焊接工艺，单面焊搭接长度L不小于10d,双面焊搭接长度L不小于5d。同截面钢筋接头不多于主筋总根数的50%，两个接头间的距离不小于1.3倍搭接长度，且不小于50cm。钢筋型号HRB400。填方部分均采用3:7灰土回填，为控制后期沉降，压实系数≥0.95；鉴于现场情况，填土范围小于2.0m时，通过采用注浆方式增强回填土强度，保证了回填土的压实性。

坡面设置排水孔，采用φ110mmPVC管，在孔底部填入10mm粗砾或碎石，外端用粘土封口，并向外倾斜，倾斜度不小于5%，排水孔水平间距为2.0m，垂直间距为2.0m，插入坡面深度为0.5m，排水孔按梅花形布置，且最下一排排水孔高于地面，排水沟底面不小于300mm，排水孔优先设置于裂隙发育、土岩接合面、渗水严重的部位。沿边坡面层纵向每15-20m左右的长度分段设置了宽度为30mm的竖向伸缩缝，伸缩缝内填塞沥青马油丝。由此保证了锚杆锚固段稳定作用在原状土层中。

边坡支护材料根据规范要求与计算结果，其选用要求如表3所示。

图4 预应力锚索（拉力型）结构图

表3 材料的选用要求

5 基于理正深基坑计算软件进行的支护结构计算结果

如表4超级土钉墙与排桩预应力锚索挡墙支护结构计算结果可得，超级土钉墙滑动安全系数、排桩预应力锚索挡墙

表4 支护结构计算条件与结果

最小安全系数、锚杆杆体抗拉安全系数和锚固体抗拔安全系数计算结果均满足《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2013）规范设计要求。

6 施工工艺及场地监测结果与分析

根据现场地层情况以及成桩的长度，本工程护坡桩采用了成桩质量较好的旋挖钻机成孔灌注混凝土施工工艺。

通过对场地边坡在支护期间进行检测，得到边坡施工期间累计最大水平位移为5.97mm，最大竖向位移为3.54mm。从沉降结果可以看出，边坡位移与沉降均满足规范要求，对周围环境无明显影响。

7 结论

（1）本文以实际工程案例对边坡工程中超级土钉墙与排桩预应力锚索挡土墙的相关设计的实用效果进行验证，通过严格依据相关规范和设计文件进行施工，达到良好的边坡支护效果，对冀西北山区的超级土钉墙与排桩预应力锚索挡土墙结合技术的推广应用具有显著的意义。

（2）边坡设计应遵循安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工的原则。