壶关县桥下乡大河村高陡边坡防治工程设计

皮博辉

（1.河南省地质矿产勘查开发局第三地质勘查勘查院, 河南郑州 450000；2.河南省金属矿产深孔钻探工程技术研究中心, 河南郑州 450000）

根据具体项目壶关县桥下乡大河村不稳定边坡（崩塌）地质灾害治理项目设计为例, 该项目位于山西省壶关县桥下乡大河村。通过勘查设计方案显示大河村不稳定边坡（崩塌）具有以下几个显著特点：首先是边坡上部居住人口密度较高, 建筑物分布较密集, 边坡下部为太行山大峡谷青龙峡漂流景区, 对地质灾害的敏感度高, 人口及财产数量较大, 不稳定边坡危害程度大；其次以往发生的小规模崩塌事件集中在雨季发生, 说明降水入渗坡体对边坡的稳定性影响较大；再次边坡坡体及顶部人类工程活动较多, 坡项建筑物及古道距离边坡很近, 三段边坡削坡空间较小。该不稳定边坡（崩塌）的特点, 从项目区的施工条件来看, 三段不稳定边坡（崩塌）采用局部削坡、清理坡脚堆积物, 利用自然边坡修护面墙护坡的方法来消除崩塌地质灾害隐患, 而且该方法具有施工技术成熟、工艺简单等特点, 做护坡具有较高的可行性。结合地质灾害防治目标与原则, 确定本次地质灾害治理方案为：削坡、清理坡脚+支挡及浆砌石挡土墙防护+C30混凝土构造层。

1 工程概况

项目区位于壶关县桥上乡大河村郊沟河北岸及其支流怪龙沟东侧, 省道荫（城）—林（州）公路从村北山坡环行通过, 向西距壶关县城直距42.5km, 公路里程约70km, 向东距林州市合涧镇直线距离约11.5km, 公路里程约15km, 交通较为便利。大河村不稳定边坡（崩塌）为天然形成的高陡砂卵石边坡, 其表层的砂卵砾石在重力作用下常常突悬出来, 在长期重力、降水等外力作用下, 当岩土体由于自重产生的剪应力超过其抗剪强度时, 岩土体就会掉块, 因此大河村不稳定边坡（崩塌）的破坏形式主要为剥落、掉块。三段高边坡总长约248m, 其中A段坡长37m, 高7.25～16m, 坡脚标高571.00～575.43m, 坡顶标高583.07～587.10m, 坡向195°～240°, 坡角为68°～77.5°左右。B段坡长99m, 高16～18.63m, 坡脚标高565m左右, 坡顶标高581～583.5m, 坡向154°～173°, 大部分坡段的坡角为70°～85°, 垃圾通道东部段坡角为50°。C段坡长112m, 高13～19.3m, 坡脚标高573～577.65m, 坡顶标高585～591.43m, 坡向121°, 坡角为60°～80°。边坡坡体以第四系上更新统砂卵石为主, 底部局部夹粉土透镜体。

2 主要施工内容及关键部位施工方法

本项目主要施工内容为：①削坡及清理坡脚堆积物工程；②支挡防护工程。

2.1 削坡及清理坡脚堆积物

根据大河村不稳定边坡（崩塌）各坡段分布位置及边坡基本特征, 治理区分为A、B、C三个区段。A边坡长37m, 对边坡进行削坡减载, 为使挡墙主动土压力较小, 削方量较少, 削坡坡率为1∶0.25, 坡脚堆积物高1～3.4m, 坡顶标高控制在583.07～587.10m, 坡脚线标高控制在571.00～572.00m。削方量及清理土方量为2300m3。坡面凹陷处用浆砌片石嵌补, 嵌补砌石方量为52m3。B边坡长99m, 对边坡进行削坡减载, 对坡脚堆积物进行清理, 边坡凹陷处用浆砌石嵌补。边坡坡脚线标高控制在565～566m。边坡削坡坡率为1∶0.25, 坡脚崩塌堆积物高3～7m, 削方量及清理土方量为2512m3, 坡面凹陷处嵌补砌石方量382m3。C边坡长112m, 位于大河关附近, 大河关长5.1m, 对边坡进行削坡减载, 对坡脚堆积物进行清理, 边坡凹陷处用浆砌石嵌补。关西坡脚线标高控制在574.8～577.6m, 关东坡脚线标高控制在573.8～574.8m。边坡削坡坡率为1∶0.25, 坡脚崩塌堆积物高1～4m, 削方量及清理土方量为5025m3, 坡面凹陷处嵌补砌石方量95m3。

2.2 支挡防护工程

不稳定边坡在设计工况下, 将可能发生崩塌地质灾害, 因此在坡脚处设置高8.25～22.63m的护面墙进行支挡防护, 护面墙分3级, A边坡东部较低, 为1级护墙。每级护面墙顶部设置0.5m厚的钢筋混凝土构造层, 并以锚杆与坡体锚固。

2.2.1 护面墙施工

（1）护面墙。A边坡：护面墙断面采用仰斜式, 护面墙高H=8.25～16m(包括基础), 顶宽b=0.8m, 面坡倾斜坡度为1∶0.3, 背坡倾斜坡度为1∶0.25, 基底倾斜坡率为0.2∶1, 基底宽度B=1.18～2.53m, 墙身截面积8.23～27.90m2。护墙基础埋深0.8～1.0m, 顶面线标高583.06～587.17m。B边坡：护面墙断面采用仰斜式, 护面墙高H=16.89m～22.63m, 顶宽b=0.8m, 面坡倾斜坡度为1∶0.3, 背坡倾斜坡度为1∶0.25, 基底倾斜坡率为0.1∶1, 基 底 宽 度B=2.92m, 墙 身 截 面 积31.54～43.92m2。护墙基础根据基岩埋深确定, 并且设计为台阶式, 埋深0.5m、2.6m、3.0m、4.0m, 顶面 线 标高582.26～583.89m。C边坡：位于大河关附近。护面墙断面采用仰斜式, 护面墙高H=14.01～20.30m(包括基础), 顶宽b=0.8m, 面坡倾斜坡度为1∶0.3, 背坡倾斜坡度为1∶0.25, 基底倾斜坡率为0.1∶1, 基底宽度B=2.80m, 墙身截面积26.26～33.12m2。护墙基础埋深1.0m, 顶面线标高587.23～594.15m。大河关为历史古迹, 为了传承历史, 需对大河关进行保护, 且突出大河关的重要位置, 所以一级护面墙高设计为4m（包括基础1m）。大河关顶护面墙高14.92m, 设计两级护面墙, 三级构造层。地面以上每隔5m设置厚0.5m的钢筋混凝土构造层, 共设置2～3层, 其中第一构造层位于第一级护面墙顶面, 第二构造层位于第二级护面墙顶面。A边坡第一构造层层底标高576.98m, 第二构造层层底标高582.48m；B边坡第一构造层层底标高570.30m, 第二构造层层底标高575.80m, 第三构造层层底标高581.3m；C边坡第一构造层层底标高577.29～579.28m, 第二构造层层底标高582.79～584.78m, 第三构造层层底标高588.29～590.28m；大河关顶第一构造层层底标高578.56m, 第二构造层层底标高584.06m, 第三构造层层底标高589.56m。护墙采用MU40块石砌筑, 砌筑砂浆强度等级为M10。砌体抗压强度设计值为690kPa, 抗剪强度设计值为190kPa。

（2）混凝土构造层。单级护面墙高度不超过10m, 设计护面墙分2～3级, 地面以上每隔5m设置一层0.5m厚的钢筋混凝土构造层, 共设置2～3层。构造层内钢筋按构造要求进行配筋。构造层采用C30混凝土, 轴心抗压强度设计值：fcm=14.3N/mm2；轴心抗拉强度设计：ft=1.43N/mm2；钢筋采用牌号HRB400钢筋, 抗拉强度设计值：fy=360N/mm2；混凝土保护层厚度取100mm。即混凝土构造层采用直径16mm钢筋, 钢筋间距220mm。

（3）护面墙其它技术规格。墙身在地面以上0.3m处设置泄水孔, 以上每隔2m上、下、左、右交错设置泄水孔, 泄水孔尺寸为直径0.1m的圆孔。护面墙墙背与坡面密贴无空隙。边坡局部凹陷处, 用浆砌片石嵌补。墙身每隔10～20m设置宽0.02m的伸缩缝或沉降缝一道, 且必须在基岩基础与砂卵石基础连接处设置沉降缝, 缝内沿墙顶、内、外三边填塞深度不小于0.2m的沥青麻筋。块石砌体采用的当地天然石料为不易风化的红砂岩石块, 其规格尺寸：外形大致方正, 高度不小于200mm, 叠砌面凹入深度不应大于25mm。其抗压强度不得小于30MPa, 砌筑坚实。

2.2.2 锚杆工程

锚杆设置于边坡坡体与钢筋混凝土构造层之间。锚杆的长度设计为5m, 其中自由段2m, 锚固段3m, 锚杆孔径150mm, 倾角15°, 锚杆钢筋采用∅25mm的螺纹钢, 弯头长度不小于45cm, 且与钢筋混凝土构造层中的钢筋相连。锚杆水平间距设计为3m。锚固浆液采用水灰比为0.55∶0.60的纯水泥浆。

3 主要工序施工技术

3.1 削坡、坡脚清理工程

将边坡局部削方减载, 坡脚崩塌的堆积物清理掉, 清理时注意边坡的稳定性, 并将坡面整平。

3.2 护坡工程

浆砌石的砌筑在基坑开挖后并完成清理施工, 按相关规定验收通过开始施工。石料的选择需符合水利水电部《浆砌石坝施工技术规定》（SD120-84）的规定, 须选用质地坚硬、新鲜、不易风化的石料, 不得有剥落层或裂纹, 抗水性、抗压强度、几何尺寸等均应符合相关规范和设计要求。胶结材料强度应严格按设计配置, 配制时应按设计强度等级提高15%, 配合比应通过试验确定, 并应具有适宜的和易性, 混合材（掺和料）和外加剂应通过试验确定, 混合材优先选用粉煤灰。砂浆和混凝土随拌随用, 常温拌成后3～4h内须使用完毕, 气温超过30℃则应在2h内使用完毕。浆砌石采用铺浆法分层砌筑, 各层砌筑均应均匀坐浆, 随铺浆随砌筑, 块石表面须冲洗干净。每层砌筑依次砌角石、面石, 然后砌腹石, 砌石时, 基础铺设60～80mm砂浆垫层, 第一层宜选用较大块石, 分层砌筑每层厚200～300mm, 坐浆牢实, 铺浆砌筑灰缝须饱满, 无露封并插捣密实, 灰缝一般为25～35mm, 铺浆厚度约40～65mm, 较大空隙应用石块嵌于砂浆中, 块石砌筑选较平整的大块石修凿后用作面石, 上下两层石块骑缝, 内外块石交错搭接, 采用交错组砌法砌筑, 按石料形状挂双线分皮卧砌, 并使用水准仪校核。第一层石块大面向下, 平整的一面朝下, 上下石块相互错缝, 内外搭接, 摆铺稳定, 分皮叠砌。勾缝的砌石面, 砂浆初凝后, 将灰缝抠深30～50mm, 清净湿润, 然后填红铁粉搅拌细浆勾阴缝。采用石料填腹, 水平灰缝宽度应大于3cm, 竖向灰缝应不大于4cm, 填腹石的灰缝相互错开。砌体表面的勾缝, 在砌筑时留出2cm深的空缝, 待砌体砂浆凝固后, 将空缝冲洗干净用红铁粉搅拌细浆水泥砂浆将缝勾完。砌体表面勾缝采用平缝, 勾缝所用砂浆标号高于砌筑砂浆标号, 宜用中细砂料拌制, 灰砂比宜为1∶2, 砂浆分次向缝内填实密实, 勾缝完毕须洒水保湿, 做好养护。砌体宜均衡砌筑, 无施工缝, 相邻段砌筑高差和每日砌筑高度不超过1.5m。

3.3 钢筋混凝土构造层工程

在浇注混凝土之前, 应对模板工程进行验收。钢筋应平直、无损伤、表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状老锈。钢筋与锚杆钢筋连接时不允许焊接, 须做弯钩连接。混凝土浇注时必须捣实。浇注时必须在下层混凝土初凝或重塑之前浇注完上层混凝土, 混凝土浇注完毕后, 进行洒水养护。护面墙与钢筋混凝土构造层的接触面力求粗糙, 增大摩擦力。

3.4 锚杆工程

正常成孔采用潜孔钻成孔。钻机及配套机具：QJD-100Q潜孔钻机, 每台钻机配备∅50mm外平钻杆一套, 长度不少于30m。QCW100潜孔锤两套。注浆设备：BW200注浆泵2台。NJ-600型泥浆搅拌机2台。

锚杆施工工艺流程见图1。

图1 锚杆施工工艺流程图

（1）边坡清理。在锚杆边坡支护施工前, 人工（佩戴好安全帽、安全绳、安全带）把整个坡面的浮渣、危石排除并清理完毕。

（2）搭设施工平台。在施工工作面内用∅50mm脚手管架搭设施工平台。由于工作面边坡较陡, 平台搭设自工作面顶部向下施工

（3）锚杆孔定位。根据锚杆布置图中的坐标和高程及桩号, 用全站仪测出设计孔位, 并做好标记, 标明孔号, 孔口坐标误差±8cm。

（4）钻机就位。为保证锚杆成孔质量, 必须保证钻机就位的准确性、稳固性。调整钻机立轴轴线方位角与锚孔设计方位角一致。使用地质罗盘测量, 调整钻机立轴轴线倾角与锚孔设计倾角一致, 保持下倾15°。用卡固扣件卡牢钻机, 使钻机牢固固定在工作平台上。试运转钻机, 再次测校开孔钻具轴线和倾角, 使其与锚孔轴线和倾角一致, 须拧紧紧固螺杆。施工过程中, 一直保证卡固扣件紧固状态, 并定期进行检查。

（5）钻孔。孔径：锚杆设计孔径为∅160mm用∅130mm冲击器扫孔钻进方法钻进开孔时, 使钎头紧贴岩面低压冲击, 平稳缓缓推进即可；正常钻进时Pf=2～5kN。在基岩内进行常规钻进时, 每钻进1m, 须缓慢倒杆1m, 往返不得少于2次, 直至孔口无岩粉返出。

（6）清孔。钻孔完毕, 用压缩风冲洗钻孔, 直至孔口返出之风, 手感无尘屑, 延续5～10min, 孔内沉渣不大于25cm。

（7）锚杆制作。下料：使用砂轮切割机下料, 钢筋长度等于设计长度。加工：∅25HRB335钢筋杆体需要焊接时采用双面搭接焊接, 搭接长度不少于6d, 焊缝饱满, 清除夹渣、砂眼, 焊条型号符合规范设计要求。

组装：将连接、加工好的钢筋顺直排列在加工平台上。杆体每隔2.0m设置对中支架, 对中支架采用注塑成型的塑料支架或采用∅6mm点焊方式固定, 注浆管与杆体绑扎在一起, 管端部应进行简易堵塞防止异物进入, 注浆管绑扎眼保持顺直, 注浆管底端距钢筋平齐, 自由段钢筋, 涂防腐油脂后套∅32mm塑料管封裹严密。对组装好的杆体按照对应的锚孔进行编号, 并妥善放置备用。

杆体体质量检查：杆体所用材料, 均具有材质证明书, 征得监理工程师认可。杆体的结构尺寸和加工质量, 均得到监理工程师验收合格。每根锚杆杆体按锚杆孔号对应挂牌。

（8）下锚。下锚方式：人工下锚时, 操作人员要协调一致, 用力均匀, 只能往里推, 不能往外拉, 保证锚杆体在孔内顺直不扭曲。

（9）注浆。注浆方式：注浆强度为M30纯水泥锚固砂浆, 采用泵送水泥浆, 水灰比0.55～0.6。采用多次调压注浆, 注浆压力不小于0.8MPa。制浆设备：采用NJ-600搅拌机, BW200三缸往复式泥浆泵。

水泥：采用普通硅酸盐水泥, 水泥强度等级为P.O32.5, 并采用早强型水泥。水：符合拌制水工混凝土用水。浆液W/C=0.55～0.6搅拌时间：t≥3min。灌注, 采用孔口封闭、排气法注浆, 即注浆管随杆体一同送至孔的最底端, 待孔口有浓浆流出时, 关闭排气管, 纯压灌浆至结束。灌注前通风检查管道畅通情况, 并在孔口放置一个隔离架, 以保证杆体钢筋在注浆后能居于钻孔中心。注浆设备的清洗, 搅浆结束后, 立即清洗干净搅拌机、送浆管路等, 以免浆液沉积堵塞。注浆结束后, 立即清洗干净注浆设备、管路等。

（10）锚固端防护。封锚前应对外留锚杆仔细涂刷防锈剂及保护剂。最后用C30混凝土将外露钢筋锚杆封死, 封锚混凝土最小厚度, 不得小于25mm。处露钢筋长度不小于50cm, 并与混凝土构造层中的钢筋连接为一体。

（11）质量的控制。锚杆钻孔应采用风动干钻施工方法, 不得采用旋转切削方式成孔, 应采用风动冲击, 以利孔壁粗糙。锚杆孔径要求150mm, 在孔底留存渣段小于0.5m。锚杆孔应用钻头风动洗孔, 保持孔内清洁, 孔壁无泥浆及污染物, 以确保水泥浆与岩体的粘结强度。钻孔内的钢筋保护层厚度不应小于25mm。

4 结束语

本文通过在该项目设计中实际施工应用的技术进行探讨。主要分析了地质灾害治理中高边坡浆砌石挡土墙的施工技术要点及施工中存在的问题进行了简单的探讨。对浆砌石工程施工过程中, 在块石的选取、砂浆的配置、砌筑和混凝土构造层及稳定性监测等方面进行简要的总结及探讨, 从中为类似的工程提供参考与借鉴。