張瑩
內蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院

摘要：邊坡防護工程中，在邊坡土體內部設置一定長(cháng)度和分布密度的土釘，釘與邊坡土體共同作用形成土釘墻防護體，能夠彌補邊坡土體自身強度不足，達到高陡邊坡治理的目的。針對土釘墻的局限性，可采用微型鋼管樁復合土釘墻提高該技術(shù)的適應范圍。

關(guān)鍵詞：邊坡防護；土釘墻；復合土釘墻；地災防護

土釘墻邊坡支護技術(shù)是一種新型的高陡邊坡防止土體滑坡的支擋技術(shù)，具有施工簡(jiǎn)便、質(zhì)量可靠、節能環(huán)保以及成本較低等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應用于煤礦邊坡支護、高速公路穿越山區山體滑坡段邊坡加固、民用建筑大型基坑邊坡加固以及水利工程岸線(xiàn)護坡等高陡邊坡治理工程，取得了比較好的效果。

1  土釘墻支護結構

土釘墻的整體形式主要表現為在原狀土體中打孔，然后在預制孔中布置預先設定好的鋼筋后進(jìn)行混凝土注漿，并經(jīng)過(guò)養護使其形成一個(gè)完整且與周?chē)鷰r土體有很好粘結力的結構（圖 1）。同時(shí)，在邊坡表面鋪設細小直徑的鋼筋網(wǎng)片，并噴射低強度混凝土來(lái)保護面層，既可以防止土體灑落，也具有一定美化效果。

圖 1 土釘墻結構圖

2  土釘墻支護使用范圍

土釘墻吸取了錨桿和加筋土的優(yōu)點(diǎn)，常用于基坑的開(kāi)挖回填以及自然形成或者人工改造所形成的邊坡防護。相比其它支護結構，具有許多獨特的優(yōu)勢。土釘墻的施工簡(jiǎn)單靈活、施工過(guò)程安全指數較高，土釘設計方案能夠根據施工現場(chǎng)的各類(lèi)建設數據和突發(fā)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整。同時(shí)，土釘的制作過(guò)程簡(jiǎn)便快捷，成孔容易且可用率高。此外，土釘墻巧妙地將邊坡土體的自身承重能力與建設工程的邊坡支護結構融為一體，在很大程度上增強了支護剛度。與其他土木工程邊坡支護技術(shù)相比，土釘墻支護效果更為牢固。同時(shí)，土釘墻支護結構輕巧且具有良好的柔韌性，有效增強了邊坡支護結構本體的延展性和抗震性能。對于場(chǎng)地有限、放坡困難或附近有其他相鄰建筑阻擋的工程，大體積的護坡措施不占優(yōu)勢，相比之下土釘墻的支護結構優(yōu)勢就更加明顯。

3  土釘墻與土體穩定性計算

邊坡土體穩定性由抗滑力矩和滑動(dòng)力矩兩個(gè)因素決定，因此土體邊坡的安全系數（FS）可以通過(guò)以下公式計算：

FS＝抗滑力矩（Mr）/滑動(dòng)力矩（Ms）

根據瑞典圓弧條分法，可以計算土釘墻內部土體穩定性。土釘墻的圓弧滑動(dòng)面示意圖如圖 2所示。假設共m排土釘，且所有土釘的傾角相同，各個(gè)土釘之間豎直和水平間距分別為Sv和Sh。如圖 3所示，將滑動(dòng)土體沿寬度等分為n個(gè)土條塊，取典型土條塊i進(jìn)行受力分析，由整個(gè)滑動(dòng)體的抗滑力矩（Mr）和滑動(dòng)力矩（Ms）之間的平衡可得 ：

式中，FS為滑動(dòng)面的安全系數，n為土條數，Ci為第 i 條塊的粘聚力，ψi 為第 i 條塊的內摩擦角，bi為第 i 條塊底面水平方向上寬度，βi為第 i 條塊底面與水平面間的夾角，Wi為第 i 條塊重力，Li為條塊底面長(cháng)，Sh為土釘的橫向間距，δj為第 j 排土釘與水平面間的夾角，Pj為第 j 排土釘提供的抗拔力，（j =1，2，...，n），Ψj 為第 j 排土釘與滑動(dòng)面切線(xiàn)間的傾角，Ψj  =ψi+δj 。

圖 2 圓弧滑動(dòng)面示意圖

圖 3 i 條塊受力分析

通過(guò)對土釘墻內部土體穩定性的計算，證實(shí)了邊坡防護的有效性，降低了邊坡滑坡及塌陷風(fēng)險。

4  土釘墻的局限性

受工程所處地形與地質(zhì)條件限制，土釘墻在邊坡防護工程中的應用也面臨一些挑戰。比如，土釘墻的支護作用機理是被動(dòng)支護，只有在承重的土體發(fā)生變形以后才會(huì )將其本身所受的力全部轉移到土釘支護結構上。這就需要防護邊坡發(fā)生較大的位移和變形。然而，相對于高陡邊坡以及變形有嚴格規定的工程項目，土釘墻的單一支護結構是無(wú)法滿(mǎn)足防護需要的。    

同時(shí)，土釘墻支護適用于水位較低、膠結、弱膠結土等地質(zhì)環(huán)境。一旦遇到較高水位施工地質(zhì)條件，其邊坡支護效果將會(huì )大打折扣。針對上述問(wèn)題，結合新的施工技術(shù)與工藝，開(kāi)發(fā)了新型的復合邊坡支護結構——微型鋼管樁復合土釘墻。

5  微型鋼管樁復合土釘墻

為打破土釘墻單一使用的局限性，提升土釘抗拔性能，將土釘墻支護技術(shù)與微型鋼管樁相結合，形成微型鋼管樁復合土釘墻技術(shù)。微型鋼管樁復合土釘墻支護體系是在土釘鉆孔施工完畢后，在斜坡頂部土釘空中間部位垂直置入鋼管，接著(zhù)向鋼管內利用高壓灌注水泥漿，沿邊坡頂部形成一定間距分布的一排微型鋼管樁。然后設置土釘和噴射混凝土面層，并與微型鋼管樁連成一個(gè)整體（圖 4）。

圖 4 某工程微型鋼管樁復合土釘墻支護結構示意圖

微型鋼管樁復合土釘墻在保證邊坡防護工程施工質(zhì)量和支護效果的同時(shí)，最大限度的用微型樁對坡面上部的變形問(wèn)題進(jìn)行限制，同時(shí)以壓力注漿解決土體加固與土釘抗拔問(wèn)題。土釘墻利用自身的噴錨進(jìn)一步增強了土體的強度和穩定性，與鋼管樁形成一種主動(dòng)支護與被動(dòng)支護相結合的結構。微型鋼管樁復合土釘墻防護技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境復雜區域具有廣泛的應用前景。

6  結語(yǔ)

土釘墻和微型鋼管樁復合土釘墻支護能夠強化邊坡防護體系整體結構，有效提升高陡邊坡工程支護效果，具有成本低、施工周期短、技術(shù)要求低等優(yōu)勢，是一項比較成熟的技術(shù)。建議將土釘墻技術(shù)推廣應用于管道地災防護工程的高陡邊坡防護中，有效提升地災易發(fā)區土體穩定性，從而保障管道安全平穩運行。

作者簡(jiǎn)介：張瑩，1987年生，碩士研究生，工程師，主要從事管道地質(zhì)災害監測與土木工程防治研究。聯(lián)系方式：13995033587，395137802@qq.com。