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管道研究

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土釘墻技術在邊坡治理中的應用

來源:《管道保護》2024年第1期 作者:張瑩 時間:2024-1-23 閱讀:

張瑩
內蒙古科技大學土木工程學院

 

摘要:邊坡防護工程中,在邊坡土體內部設置一定長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的適應范圍。

關鍵詞: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是一種新型的高陡邊坡防止土體滑坡的支擋技術,具有施工簡便、質量可靠、節能環保以及成本較低等優點,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行混凝土注漿,并經過養護使其形成一個完整且與周圍巖土體有很好粘結力的結構(圖 1)。同時,在邊坡表面鋪設細小直徑的鋼筋網片,并噴射低強度混凝土來保護面層,既可以防止土體灑落,也具有一定美化效果。


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點,常用于基坑的開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,具有許多獨特的優勢。土釘墻的施工簡單靈活、施工過程安全指數較高,土釘設計方案能夠根據施工現場的各類建設數據和突發狀況進行動態調整。同時,土釘的制作過程簡便快捷,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相比,土釘墻支護效果更為牢固。同時,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勢,相比之下土釘墻的支護結構優勢就更加明顯。

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力矩兩個因素決定,因此土體邊坡的安全系數(FS)可以通過以下公式計算:

FS=抗滑力矩(Mr)/滑動力矩(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,將滑動土體沿寬度等分為n個土條塊,取典型土條塊i進行受力分析,由整個滑動體的抗滑力矩(Mr)和滑動力矩(Ms)之間的平衡可得 :


式中,FS為滑動面的安全系數,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,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 排土釘與滑動面切線間的傾角,Ψj  =ψi+δj 。


2 圓弧滑動面示意圖


3 i 條塊受力分析

通過對土釘墻內部土體穩定性的計算,證實了邊坡防護的有效性,降低了邊坡滑坡及塌陷風險。

4  土釘墻的局限性

受工程所處地形與地質條件限制,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支護,只有在承重的土體發生變形以后才會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法滿足防護需要的。    

同時,土釘墻支護適用于水位較低、膠結、弱膠結土等地質環境。一旦遇到較高水位施工地質條件,其邊坡支護效果將會大打折扣。針對上述問題,結合新的施工技術與工藝,開發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,將土釘墻支護技術與微型鋼管樁相結合,形成微型鋼管樁復合土釘墻技術。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整體(圖 4)。


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量和支護效果的同時,最大限度的用微型樁對坡面上部的變形問題進行限制,同時以壓力注漿解決土體加固與土釘抗拔問題。土釘墻利用自身的噴錨進一步增強了土體的強度和穩定性,與鋼管樁形成一種主動支護與被動支護相結合的結構。微型鋼管樁復合土釘墻防護技術在地質環境復雜區域具有廣泛的應用前景。

6  結語

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、技術要求低等優勢,是一項比較成熟的技術。建議將土釘墻技術推廣應用于管道地災防護工程的高陡邊坡防護中,有效提升地災易發區土體穩定性,從而保障管道安全平穩運行。


作者簡介:張瑩,1987年生,碩士研究生,工程師,主要從事管道地質災害監測與土木工程防治研究。聯系方式:13995033587,395137802@qq.com。

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