边坡开挖支护技术的应用研究

边坡开挖支护技术的应用研究

尹明

江苏淮阴水利建设有限公司江苏淮安223001

摘要：水利工程施工与自然环境息息相关，在施工过程中可能会改造自然环境，其中就包括边坡改造。自然边坡较为复杂，可能会对水利工程的正常施工造成影响，若不加强边坡开挖就会降低施工效率，降低工程稳定性，甚至会引发安全事故。本文主要对边坡开挖支护技术的应用进行研究。详情如下。

关键词：边坡开挖；支护；技术

引言

新时代背景下经济社会的发展速度加快，在实施每一类工程项目施工作业时，人们对建设工程更是提出了较为严格的需求，在建设部分工程项目时，通常情况下都会出现边坡失稳的现象所出现的这种问题，会对工程质量以及工程安全性造成一定影响。建设工程边坡治理方面的有效技术之一就是支护技术，在实施边坡治理作业时，科学合理地使用支护技术，不仅能够使得边坡岩土的结构强度以及抗变形刚度得到有效提升，对提高边坡的安全性以及稳定性所起到的作用更是不容忽视的。

1水利工程边坡开挖支护的相关要求

边坡开挖作为水利工程建设中的基础工作，边坡开挖时施工人员应提前对边坡区域的地质条件进行勘测，利用完整、有价值的地质信息与环境系数分析边坡的地质构成情况，了解边坡环境，夯实水利工程边坡开挖支护基础。对于岩土、土方、槽沟需要采用不同的开挖技术。土方开挖时应重点控制开挖顺序，并坚持分层挖掘的基本原则。边坡支护时，同样应根据边坡区域的实际情况合理选用边坡支护技术。水利工程中边坡支护时，对于部分土质较差的区域，还应联合使用多个支护技术，如在喷射混凝土的前提下，将边坡锚杆、锚索布设在边坡结构上，以此确保边坡支护的可靠性。

2边坡开挖支护技术的应用研究

2.1掩体锚固在边坡治理工程当中的使用

就目前来说，在水利工程中通常情况下都会运用圬工防护技术实施边坡防护作业，从这种类型边坡防护工程的具体使用效果就可以看得出来，运用这种防护方式，会使得边坡的稳定性以及安全性无法得到有效保障，并且也会使其圬工的整体强度变得越来越低。在水利工程边坡处理过程中，一旦出现运用传统的加固方式的现象，针对普遍的防护方式而言，防护效果无法得到有效提升。在岩体工程边坡处理过程中，科学合理地使用岩土锚固技术，可以使得边坡处理效果得到显著提升。运用这种锚固技术实施边坡处理作业，不但能够在一定程度上提升滑动体与稳定岩体之间的摩擦力，同时也会使得边坡岩土体的强度变得越来越强，对有效提升边坡的稳定性以及安全性所起到的作用更是不容忽视。在大多数边坡治理过程中，通常情况下都会使用重力式挡土墙的方式实施处理作业，即便这种边坡防护方法的使用范围比较广，并且施工工艺比较简单，同时还具备施工成本可控性的优点，但在实施水利工程边坡治理作业时，会逐渐显现出这些支挡工程的缺点，比如边坡体积相对而言比较大，坡度比较陡峭，地形地质具备一定的复杂性，比较恶劣的边坡工程当中，无法运用这些支挡工程实施防护作业，但是对于岩土锚固技术而言，所包含的技术种类具备一定的多样性，其中包括锚杆挡土墙，锚定板挡土墙，锚杆桩板式挡土墙等，这些不同的挡土墙所具备的适用条件也是各不相同，在每一类边坡治理过程中，应用效果相对而言比较明显，并且还能够把锚杆良好的支挡作用凸显出来。

2.2边坡与挡土墙相互作用

边坡与挡土墙施工质量直接关系到社会公众的生命财产安全，对社会经济发展起到重要的推动作用。在具体施工前，应先明确具体设计原则。基于本项目情况、边坡与挡土墙相互作用关系及施工目标，确定项目应遵循如下设计原则。第一，决定坡体稳定的土层主要为新填土、老填土、和软弱夹层，此三种土层遇水软化明显，饱水状态抗剪强度下降十分明显，设计采用严格的防、排、截水措施减少坡体土层含水量。第二，边坡为永久性边坡，工程服务年限为50年。第三，由于边坡治理工程的特殊性和复杂性，当边坡工程地质条件、水文地质条件发生较大变化时应及时通知设计人员进行动态设计。整个边坡的施工应采用信息化法动态施工。第四，设计力求达到安全与经济的和谐统一，根据"动态设计，信息化施工"的原则，尽力做到设计合理，施工可行。

2.3傍山公路高边坡抗滑桩加固技术

抗滑桩在加固边坡中应用广泛，具有抗滑能力强、对边坡扰动影响小、施工快捷安全等诸多优点。为了提高加固效果，在工程实际中通常是设置横向承载的桩群或排桩。抗滑桩通过边坡－桩－土三者之间的相互作用把滑动面以上的边坡推力传递到稳定地层中去。20世纪60年代中期大截面挖孔抗滑桩在成昆铁路施工过程中得到了成功应用，自此以后其在国内得到了推广普及，是目前边坡设计工程及边坡防治工程中最常用的方法之一。目前，有关抗滑桩的理论研究、数值模拟和试验分析，国内外不少学者和工程技术人员致力于这方面的研究，各方面均取得了较多成果，特别是引入有限元强度折减法以来，给抗滑桩的建模分析提供了新的思路。虽然抗滑桩的研究成果较多，在工程中也得到了广泛应用，但一些方面尚未达成共识，需要进一步探讨，如合理桩长、最优桩间距、最佳桩截面面积的确定。桩间距的合理设置在抗滑桩加固设计中至关重要，一方面影响加固效果，另一方面可节约工程成本。若设置不合理，桩间距过大，则群桩效应无法发挥，抗滑桩加固作用则明显减弱，过密设置抗滑桩不仅在开挖过程中施工难度较大，而且过度开挖会造成新的不稳定因素。可见，合理的桩间距对抗滑桩加固边坡至关重要。，运用ABAQUS分别模拟桩间距为1．6m(2D)、3．2m(4D)、4．8m(6D)三种情况下边坡稳定性分析，得出合理桩间距的建议取值。取不同桩间距时，破坏形式大致相同，滑动面位置差别不大。根据塑性区最大位移值可初步判断桩间距越大，变形越大。边坡的最大塑性应变、最大水平位移随桩间距的增加而减小，表明减小桩间距会增强加固效果。当当桩间距大于3．2m时，塑性应变和水平位移快速增加，这是因为桩间距大到一定程度时，群桩效应减弱，抗滑桩的加固作用迅速减弱，甚至丧失作用。

2.4HDPE防渗膜护坡加固技术

HDPE防渗膜具有操作简单、牢固、成本低、适应性强等优势，因此被广泛应用于相对复杂的露天边坡加固工程项目中。该技术的主要原理是：利用HDPE防渗膜的隔水性来规避因雨水下渗而导致的边坡部分岩土力学性能发生变化、边坡主体出现裂缝等问题，进而有效保障边坡的稳定性。在实际操作时，为实现最理想的施工效果，施工人员应当注意以下几个方面：首先，在铺设HDPE防渗膜之前，先将边坡坡面处理平整，削除坡面的凸起部分；其次，使用HDPE防渗膜覆盖施工现场的全部松散土体；最后，精确控制HDPE防渗膜的厚度，一般来说，其厚度控制在1mm左右最佳，过厚或者过薄都会对边坡的稳定性造成不利影响。

2.5抗滑桩支护加固技术

抗滑桩可以借助自身优良的抗剪性能以及岩体自身的承载性能，将上部装承部件所受的推力均匀分散到下部侧向土体中。随后，下部土体的侧向阻力便会与上边坡部分的下推力相抵消，抗滑桩支护加固技术便是借此来提高边坡部分稳定性的。当前，该技术被广泛应用于一些浅层及中厚层的滑坡工程中，其可以有效降低坡土发生变形的可能性，进而缩短施工周期。此外，在抗滑桩施工环节，施工单位大多采取机械或者人工成孔的方式。由于抗滑桩施工涉及多道工序且必须在短时间内连续完成，所以在正式施工前，施工单位必须安排专业的技术人员做好施工组织规划，并确保施工文件、机械设备等符合施工要求，以免在施工过程中出现因组织设计不合理而影响施工质量和效率的问题。在开挖抗滑桩的桩孔时，技术人员需要严格执行由两侧向中间靠拢的开挖原则，严禁跳桩开挖等违规操作。在测试装备过程中，技术人员必须明确装备的具体位置，并在合适位置做好十字交叉标注，随后才能放置对应装备。另外，技术人员必须确保孔内混凝土浇筑环节的连续性，以免影响抗滑桩最终的安装质量和效果。

2.6BFRP锚杆的应用

BFRP锚杆采用树脂作为基体材料，将纤维作为强化材料，通过拉伸或挤压的方式使纤维形成锚杆结构中的加强筋。随着时间的推移，其腐蚀速度逐渐趋于平稳，并且可以有效解决以往锚杆在使用中常见的腐蚀问题。除此之外，这一类型锚杆具有强度高、质量轻、张力保持率与钢筋相当等特点，BFRP锚杆主体部分需要采用不同的钢材料完成制作，锚头不能焊接，需要利用特殊的锚具将锚杆与格梁结构相连接。锚杆钢套筒采用规格为Φ25mm的无缝钢管，厚度3.2mm，单根长度40cm。在BFRP锚固结构中，应用植筋胶粘剂与钢管进行结合。在制造BFRP锚杆时，应采用钢管和钢筋进行双面焊接，使焊缝充分，确保焊接质量；由于植筋胶粘剂固化迅速，在锚杆上涂上植筋胶粘剂和锚具的灌装要迅速，灌装后马上进行粘合，不得超过20min；锚杆本体上的植筋黏合剂要均匀，锚具中的植筋材料要充分，并确保二者的接合牢固；安装完毕后不得拉出锚杆，必须在24h后才能将其送到工地进行施工。BFRP锚杆在斜坡上的横向间隔为3~4m，锚固层的直径为100mm，采用M30型水泥砂浆进行灌浆。以锚固力设计值为依据，选用一根规格为Φ16mm的锚杆材料，要求其在极限状态下的承载力强度需超过150kN，以此能够确保施工中其锚固强度达到100kN。计算得出三个不同等级的边坡锚杆锚固段的长度，依次为1.85m、2.24m和2.24m。锚杆的自由段长度由边坡形状、深度和锚索的设计部位决定。在边坡锚杆布置剖面的基础上，要求1级、2级和3级边坡锚杆的长度依次为8.5m、10.5m和11.5m。除此之外，在进行锚杆锚固施工中，还需要满足以下几点参数设置要求：（1）1~3层的边坡需要采用锚杆格梁结构，可选用Φ16mm的BFRP锚杆；（2）要求1级锚杆长度应为8.5m，间隔3m×3m；（3）要求2级锚杆长度应为10m，间隔3m×4m；（4）要求3级边坡锚固长度应为11.5m，间隔3m×4m；（5）要求4层边坡的保护措施选用6cm规格的客土；5级坡面采用“人”字型三维网进行植草保护，边坡的植被保护采用三层网格结构，以此完成对BFRP锚杆的锚固设计。

2.7深层支护技术

水利水电边坡深层支护技术体系中，预应力锚索技术较为常见，边坡区域的预应力锚索技术是利用锚索加固、支护边坡，改变边坡围岩结构的应力条件，使其具有较强的承载能力。预应力锚索施工前，施工人员还应在边坡上用钢管脚手架作为预应力锚索的支护施工平台。锚索结构是在钻机在边坡区域钻孔后，将提前加工的锚索运输至施工区域，由人工安装锚索链、固定锚具，但预应力锚索中的锚墩可采用现场浇筑的制作方式。钻孔时，施工人员应依据锚索结构中锚杆位置确定钻孔规格大小，钻孔后检验钻孔质量，清孔操作结束后，用人工将高强度的钢绞线制作成的锚索塞送入钻孔内。然后运用C30混凝土、普通硅酸盐水泥、符合设计要求的砂石制作锚座，张拉锁定锚索。对于水利工程中的高边坡，10束锚索的张拉力约为1200kN，按照锚索支护设计，分别张拉边坡区域的锚索后将其固定在锚座上。固定后施加与设计值相符的预应力，若锚索稳定支护时间大于5min，则表示锚索支护符合预期要求。锚索固定后，用配置好的混凝土浆液灌注在锚固区域，同时浇筑锚索结构中的锚墩，增加锚索支护的可靠性。

2.8路堑边坡开挖

由于地形起伏多变，公路、铁路建设时需要开展大量填挖施工。这些填挖施工不仅会形成大量的边坡，而且会极大地改变边坡原有的应力状态，可能引发边坡失稳滑塌事故。充分保证边坡的稳定性是工程设计与施工时的基本要求。为此，许多学者和工程技术人员都投入了大量精力开展了相关研究，也提出了很多方法分析、控制边坡的稳定性，但这些方法很少考虑边坡施工过程的影响。现有研究表明，边坡开挖过程中，由于岩体卸荷会使边坡变形出现回弹，回弹量与开挖量成正相关，会在坡顶和靠近开挖区处出现拉应力，层状岩体的软弱夹层处还会出现较大的剪应力，表明在施工过程中边坡应力应变状态会有明显变化。同样支护的类型和施加时间也会对边坡的稳定性产生影响。在路堑施工过程中，边坡的应力应变状态会随开挖深度的增加逐渐发生变化，并出现明显的应力应变集中区，施工时应密切关注这些区域的变化。受边坡坡率和高度变化的影响，边坡的安全系数随着边坡开挖过程的推进先增加后减小，开挖结束后边坡的安全系数达到最小值。

2.9高陡边坡临时分级开挖支护施工技术

边坡稳定问题一直是国内外学者和工程师关注的重点。基于边坡破坏模式的边坡开挖与支护设计是有效的，可以保证人工边坡的整体稳定性，实现边坡长期安全运行;研究支护技术和开挖技术，保证施工质量，把控好施工各个环节，提高高边坡工程质量，为水利工程持续发展起到推动作用;基于特殊地域、特殊地质的研究，应用于不同部位高边坡设计和处理，实现了工程安全性和经济型的平衡;对土质边坡开挖过程中会引起坡体内应力的分析，为边坡的开挖设计和施工提供施工参考;基于城市高边坡工程高边坡区域的4种防护方案稳定性等方面的对比分析，同时结合数值模拟结果，对失稳滑动面特征进行评价，并多方面进行比选及优化设计以适应施工所需;通过利用锚杆的锚拉作用和植物根系对土壤的稳定作用共同结合，对坡面的变形起到约束作用，使整个边坡形成一个整体，既有效解决边坡的防护问题，又恢复了自然景观环境。为减少开挖对边坡稳定的影响，加快挡墙施工进度，减少边坡暴露时间，降低施工期间安全风险，经过查阅相关资料及参建各方的充分讨论，可采用“放坡开挖、分层分段跳仓开挖、边坡临时喷锚支护、挡墙首仓快速浇筑”的施工方法，在施工过程中，边坡采用分层分段跳仓法开挖，挡墙施工采用分段分区同时施工的方法，大大加快了挡墙施工速度，减少边坡暴露时间对整个边坡稳定的影响，以达到临时边坡稳定、快速封闭的效果。

结语

在水利工程中，必须要以严谨的施工态度，选择最为适用的施工方案及技术，做好对管道基础边坡的开挖工作，促进水利工程质量的进一步提升。

参考文献

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