中铁十局集团第四工程有限公司 江苏南京 210000
摘要：南京至合肥国家高速公路张店枢纽至滁河大桥（苏皖界）段扩建工程采用不封闭交通进行拓宽施工模式，其中大段中桥左幅（老路外侧拓宽段）下部结构施工时需挖除部分老路边坡，对既有高速公路路基稳定及行车安全有较大影响，因此需对老路边坡采取防护措施。由于此处路段边坡基底为硬度较高的中风化白云岩，常规的钢板桩支护无法施工，而挡土墙支护又存在施工风险大、工期长、成本高问题。经过充分分析、比选，确定选用土钉墙支护的施工方案。
关键词：高速公路改扩建；高边坡；土钉墙
随着我国经济持续快速发展，人民出行及物流运输的需求对公路交通的运载能力要求也逐渐提高。而目前我国先期修建的部分高速公路已达到设计使用年限，即使采取了补强、翻修等加固措施，根据当时交通量而设计的通行能力已远远不能满足现有交通量的需求。因此，对既有高速公路进行合理化改扩建，提高其通行能力，使其能够继续提供良好服务，是当前和今后一段时期内我国高速公路建设的主要任务，其中土钉墙施工技术也随着高速公路改扩建施工而逐渐发展起来。土钉墙施工技术具有工艺简单、工期短、成本低、安全性好等特点，因此，部分施工企业逐渐开始探索土钉墙施工技术在高边坡、深基坑支护中的应用效果。
一、工程概况
南京至合肥国家高速公路张店枢纽至滁河大桥（苏皖界）段扩建工程某标段现状为双向四车道高速公路，路基宽度23m，设计速度100公里/小时；本次改造采用两侧拓宽的方式，受侯庄水库影响，部分路段采用单侧加宽方式，扩建后为双向八车道，设计速度120公里/小时。
大段中桥设计方案为路改桥型式，全长85.526m，左右分幅，全宽42m。下部结构0#台为桩柱台、1#-4#墩为柱式墩（2#墩采用承台基础，其余为桩接柱），5#台为肋板台。老路外侧拓宽段施工过程中，左半幅2#、4#及5#台位于既有高速边坡上，下部结构墩台身施工时需对既有高速边坡进行开挖，最小开挖深度6.21m（4#墩），最大开挖深度10.67m（2#墩），开挖段落长度42m，开挖边坡坡率为1：0.5。
二、土钉墙的结构及工作原理
土钉墙是将基坑或边坡的天然土体，通过由钢筋制成的土钉进行加固，在边坡表面铺设一层钢筋网片再喷射一层混凝土面层，混凝土面层通过钢筋与土体形成组合体，构成一个类似重力式挡墙的支护结构。
土钉对复合土体起箍束骨架作用，制约土体变形并使复合土体构成一个整体。土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力，土钉起分担作用，由于土钉有很高的抗拉、抗剪强度，所以土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移，土钉分担作用更为突出。同时，土钉起着应力传递与扩散作用，能够推迟开裂区域的形成和发展。在坡面上设置的与土钉在一起的钢筋网喷射混凝土面板，对坡面变形产生约束作用，限制坡面开挖卸荷而膨胀变形，加强边界约束。
三、土钉墙主要施工方法
（一）技术参数
土钉采用锚杆钻机进行钻孔，孔径110mm。土钉选用Φ16钢筋，自坡顶开始向下布置，间距为1.5m×1.5m，根据边坡开挖高度确定土钉排数，倾斜角度为10°，呈梅花型布置。土钉长度最上三排为4m，其余均为8m。孔内注浆采用水泥浆，水灰比控制在0.5~0.55。边坡挂网采用钢筋网片，网片由Ф8的圆钢绑扎制作而成，网眼间距为150×150mm。面层喷射混凝土强度为C25，厚度不小于10cm。
（二）施工工艺
1.施工工艺流程
测量放样→边坡开挖→钻孔→安放土钉、注浆→挂网、钉网连接→喷射混凝土。
2.施工方法
（1）测量放样
采用全站仪放出墩台位置，并根据开挖坡率计算出开挖边线位置，用白石灰撒出开挖轮廓线，作为标识引导挖掘机施工。
（2）边坡开挖
边坡开挖前在坡顶既有高速公路路面外侧设置拦水埂，以阻断路面雨水对边坡开完面的冲刷。边坡自坡顶向坡底开挖，开挖前先将边坡上植被、垃圾等杂物清除，然后将既有高速边坡松散土进行挖除。
根据孔位按照开挖边线及开挖坡率分段分层对边坡土方进行开挖，每层开挖至孔位以下50cm为宜，以便机械钻孔。
（3）钻孔
土钉钻孔前定出孔位，采用钢筋头及喷漆进行标记并对孔位进行编号。土钉成孔主要采用机械成孔，局部机械无法施工区域采用洛阳铲进行人工挖孔。钻杆对准孔位后采用量角器测量角度，角度修正正确后方可开展钻孔工作。钻孔过程中加强边坡监测工作，时刻关注坡面土体是否有开裂、滑塌现象。若出现类似状况，要立即停止钻孔，采取加固措施保证边坡安全，处理完成后方可继续钻进。成孔后采用特制测杆量测孔深，若孔深不足则进行补钻。孔深达到要求后检查孔内是否有塌孔、渗水等现象，如有则应及时进行注浆处理。
（4）安放土钉、注浆
土钉钢筋置入孔中前，为使土钉顺利送入土中，为避免土钉钢筋与土体接触，需在土钉上焊接对中支架，形成锥形滑撬。对中支架每2m设置一道，沿土钉一周焊接3根耳筋，耳筋为φ8圆钢，长15cm，保护层厚度为35mm。安装时保证土钉在孔居中位置，防止出现偏心，以提高抗拔力。
土钉安装前再次检查孔体是否完好，确认无泥浆等杂物后将土钉钢筋插入孔内。向内插入钢筋时不要旋转土钉，防止土钉上的定位钢筋刮擦孔壁。若土钉在推送时推进困难，无法一次到位，则将土钉缓缓抽出，采用钻机或洛阳铲对钻孔重新进行修整，清理完成后再进行土钉安装。
土钉钢筋安装完成后，采用水泥浆封堵钻孔，注浆压力控制在0.4～0.6Mpa。制备好水泥浆后采用注浆泵通过水泥浆输送管注入土钉孔底，注浆管和土钉钢筋同时入孔，第一次注浆注满后间隔约15～20分钟后进行补浆，补浆次数不少于2次，确保孔内水泥浆饱满。
（5）挂网、钉网连接
钢筋网片采用人工绑扎，绑扎钢筋网片时分段分班组进行，每组安排钢筋工4人。注浆完成后将网片整体吊装铺设至坡面，采用Φ16钢筋制作的U型卡插入土中固定。为加强网片与土钉整体受力性能，将网片与土钉顶端进行焊接。为保证钢筋网片位于喷射混凝土面层的中间，采用垫块将钢筋网片垫起50mm，确保保护层厚度满足要求。
（6）喷射混凝土
混凝土面层设置φ100PVC管泄水孔，每节管长500mm，管口向下不小于5°，伸出土钉墙200mm，间距2m×2m布置，局部地下水丰富部位可适当加密。土钉墙每间隔10m沿竖向采用木板条分隔，设置一道沉降缝。
面层混凝土随挖、随钻、随喷，每层钢筋网片完成后立即进行混凝土喷射，不得等边坡全部开挖完成后统一喷射施工，防止边坡失稳坍塌。同一分段内喷射顺序应自下而上，分两次喷射，每次喷射厚度为50mm。喷射时，喷头与坡面保持垂直，距离控制在1m左右。喷射混凝土终凝2h后，喷水养护，养护时间不少于7天。
四、工程应用
“既有高速公路通行条件下高边坡土钉墙支护施工技术”在南京至合肥国家高速公路张店枢纽至滁河大桥（苏皖界）段扩建工程某标段项目成功应用，实际支护面积约350㎡。1个班组连续作业，前后共施工三天。在整个施工过程中，既有高速公路边坡整体稳定，无任何异常状况出现，平稳、安全的将边坡开挖、支护工作顺利完成。通过后期的监测数据显示，土钉墙墙体位移及变形较小，墙体结构稳定。
五、结语
施工实践证明，“既有高速公路通行条件下高边坡土钉墙支护施工技术”在高速公路改扩建项目深基坑、高边坡路段施工时，既不额外占用施工场地，又可以缩短工期、节约成本。且其施工过程安全性较高，边坡支护的效果良好。这就表明，土钉墙施工技术在高速公路改扩建项目上的使用取得了较大的成功。该技术在本项目上的成功应用，可作为类似高速公路改扩建项目高边坡支护施工的参考依据。
参考文献：
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作者简介：
王大顺（1989年10月），男，汉族，江苏南京人，工程师。