錨索框格梁施工在高邊坡路基防護(hù)中的應(yīng)用

吳富毅

(廣西壯族自治區(qū)航務(wù)工程處，廣西 南寧 530002)

0 引言

現(xiàn)代高速公路施工中，高填深挖路基愈加常見，錨索框格梁作為一種主動(dòng)式加固方法得到了廣泛應(yīng)用，其可通過錨索的預(yù)應(yīng)力將滑動(dòng)的坡體與穩(wěn)定的基巖連為一體，并通過框格梁將各錨索連為一體，構(gòu)成一個(gè)由表及里的被覆式加固體系，切實(shí)保證邊坡穩(wěn)定性。

1 錨索框格梁組成與型式

自20世紀(jì)90年代以來，錨索框格梁作為一種新型主動(dòng)支擋結(jié)構(gòu)，在邊坡工程加固、斜坡類地質(zhì)災(zāi)害治理等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，安全效果顯著。

1.1 錨索框格梁組成

錨索框格梁主要由兩大結(jié)構(gòu)組成：(1)主體結(jié)構(gòu)，包括預(yù)應(yīng)力錨索、鋼筋混凝土框格梁、邊坡巖土體等，其承擔(dān)著邊坡變形所產(chǎn)生的外力；(2)附屬結(jié)構(gòu)，包括各種植被防護(hù)結(jié)構(gòu)(如：六棱磚填土植草、噴射厚層基材植生、三維網(wǎng)植草等)和為保證坡頂平臺穩(wěn)定而設(shè)的頂梁等，此類構(gòu)件不直接受力，但是關(guān)系到主體結(jié)構(gòu)功能的發(fā)揮，有利于保持邊坡長久穩(wěn)定。如圖1所示即為典型錨索框格梁結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 典型錨索框格梁結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 錨索框格梁型式

(1)根據(jù)施工方法的不同，可將錨索框格梁結(jié)構(gòu)分為預(yù)制和現(xiàn)澆兩種。日本較早地應(yīng)用PC格構(gòu)錨固法和Q&S框架法，其均事先在工廠完成部分構(gòu)件的加工制造，但由于我國預(yù)制生產(chǎn)水平有限，邊坡工程規(guī)模較大，此兩種方法并不適用，未得到推廣應(yīng)用。根據(jù)我國工程實(shí)踐情況來看，現(xiàn)澆式錨索框格梁結(jié)構(gòu)憑借著造價(jià)低、可調(diào)整性好等諸多優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。

(2)根據(jù)平面布置型式的形式，可將錨索框格梁結(jié)構(gòu)分為方形格構(gòu)、菱形格構(gòu)、拱形格構(gòu)、人字形格構(gòu)等等，需根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行合理選用(如圖2)。

2 高邊坡路基防護(hù)中錨索框格梁的優(yōu)越性

2.1 錨索框格梁的優(yōu)越性

與傳統(tǒng)的支擋結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力錨索框架結(jié)構(gòu)具有十分明顯的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，推廣應(yīng)用價(jià)值顯著，其優(yōu)越性可歸納為：

(1)結(jié)構(gòu)輕盈，占用坡腳以下面積小。錨索框格梁緊貼坡面，可較好地減少對水平場地的占用，將其用于人工開挖形成的高邊坡，有利于減小工程量、降低造價(jià)。

(2)受力合理，可充分利用邊坡巖土體自身強(qiáng)度。錨索框格梁體系下錨索、框架梁、邊坡巖土體三者緊緊聯(lián)系，邊坡穩(wěn)定性良好。

(3)設(shè)置靈活，不受地形和變形部位限制。錨索框格梁可設(shè)在坡腳、坡腰，不會(huì)被邊坡地形條件等限制，可適應(yīng)坡形、變形部位變化。

(4)造型美觀，可與多種形式的柔性植被防護(hù)體系結(jié)合。錨索框格梁與柔性植被防護(hù)體系聯(lián)合應(yīng)用，有利于維持巖土體穩(wěn)定，使坡面得到全面綠化，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，美觀性更佳。

(5)施工速度快，造價(jià)低。錨索框格梁采用的是高強(qiáng)度低松弛的鋼絞線，施工靈活、方便、快速，工期較短，在其余條件同等的情況下，造價(jià)相對較低。

2.2 錨索框格梁的適用情況

根據(jù)我國相關(guān)工程實(shí)踐總結(jié)可知，錨索框格梁可用于斜坡類地質(zhì)災(zāi)害的治理，也可用于潛在不穩(wěn)定邊坡的加固防護(hù)；可用于土質(zhì)邊坡的加固防護(hù)，也可用于破碎巖石邊坡的加固防護(hù)；可獨(dú)立使用，也可與其他支檔結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用。

(a)方形格構(gòu)

(b)菱形格構(gòu)

(c)拱形格構(gòu)

(d)人字形格構(gòu)

由上述分析可知，錨索框格梁的使用范圍十分廣泛，同時(shí)根據(jù)其加固原理可知，此結(jié)構(gòu)利用的是深層巖體自穩(wěn)能力，由此對深部土體的密實(shí)穩(wěn)定性存在一定要求，對長期受水邊坡需慎重考慮。

綜合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在以下4種邊坡中，錨索框格梁不宜單獨(dú)使用，必須輔以其他支擋措施，方可獲得良好的防護(hù)效果：

(1)完全松散地層(地基承載力低，不足以產(chǎn)生足夠的錨固力)、徐變明顯的土層；

(2)施工不能成形開挖或無自穩(wěn)能力的土層；

(3)長期受到地下水作用而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度下降的滑體；

(4)秋末春初受溫差產(chǎn)生的水汽影響而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度下降的滑體。

3 高邊坡路基防護(hù)中錨索框格梁施工工藝

3.1 錨索框格梁施工工藝流程

錨索框格梁施工工藝流程如圖3所示：

圖3 錨索框格梁施工工藝流程圖

3.2 錨索框格梁施工關(guān)鍵工序

(1)整修邊坡：清理坡面松散浮石、巖渣，拆除障礙物，針對邊坡局部不穩(wěn)處做好清刷、加固，切實(shí)保證坡面平緩過渡。

(2)鉆孔：根據(jù)各工點(diǎn)工程立面圖，準(zhǔn)確測放錨孔位置，孔位誤差≤±50 mm；根據(jù)工程實(shí)際合理操作鉆孔設(shè)備，鉆進(jìn)達(dá)設(shè)計(jì)深度后，穩(wěn)鉆1～2 min，確?？讖綕M足設(shè)計(jì)要求。

(3)錨索體制作安裝：錨索可工廠預(yù)制、也可現(xiàn)場制作。高壓風(fēng)清孔后方可安裝錨索，錨索、注漿管均勻速、緩慢下入孔內(nèi)，若是遭遇阻力，可適當(dāng)活動(dòng)錨索，嚴(yán)禁扭轉(zhuǎn)。

(4)框格梁施工：開挖框格梁坑槽，清除松土，以2～5 cm厚水泥砂漿調(diào)平；安裝鋼筋骨架，做好錨索鋼管的埋設(shè)、錨錠板與錨具的定位；安裝模板，可采用拼裝式鋼模板或竹膠模板，以短錨桿固定在坡面上；混凝土澆筑應(yīng)加強(qiáng)振搗、豎梁尺寸控制。

(5)預(yù)應(yīng)力錨索張拉：錨具安裝→單根預(yù)緊→分級整體張拉→鎖定，采用“雙控法”，確保張拉效果符合要求。

(6)封錨處理：注漿完成7 d后，如無異常情況，可進(jìn)行封錨處理。多余外露的錨索以手提砂輪機(jī)切除，留5～10 cm外露錨索，以防拽滑，以混凝土將錨頭封閉，以防風(fēng)化浸蝕。

4 實(shí)例探析

4.1 工程概況

廣西陽朔至鹿寨高速公路№5、№6合同段起終點(diǎn)樁號從K61+970～K94+167.382，路線長31.975 km(不含互通線路長度)，前半段山體陡峭，溝谷切割深，且受高壓線塔干擾較多；后半段地勢由山嶺區(qū)轉(zhuǎn)為丘陵地帶，地勢相對較緩。線路穿越的地形地貌復(fù)雜，邊坡種類眾多。深挖路塹邊坡主要有順層邊坡、斷裂帶斷層角礫巖巖質(zhì)邊坡、存在泥化夾層外傾結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡、風(fēng)化層較厚的巖質(zhì)邊坡和挖方高度>30 m且無條件放坡處治的巖質(zhì)邊坡等類型。深挖路塹邊坡防護(hù)形式有錨索樁、錨索框架梁、錨桿格子梁等，具體路基防護(hù)工程量見表1。

表1 路基防護(hù)工程量明細(xì)表

4.2 施工方案

本路段深挖路塹邊坡防護(hù)采用了錨索樁、錨索框架梁、錨桿格子梁等，具體參數(shù)如下頁表2所示。

表2 深挖路塹邊坡防護(hù)技術(shù)參數(shù)表

施工順序?yàn)椋?/p>

(1)開挖前，施作上坡口地表截、排水工程，邊坡由上至下分層開挖，每一分層高2～3 m；

(2)完成分層開挖后，施作坡面錨桿(索)；

(3)一級坡面開挖完畢后，綁扎鋼筋籠，現(xiàn)澆框架梁、格子梁；

(4)框架梁混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%，張拉錨索；

(5)一級全部施工完成，進(jìn)入下一分級循環(huán)，遵循“開挖一級，錨固一級”施工原則。

4.3 錨索框格梁施工工藝

4.3.1 錨桿錨索鉆孔

本工程采用TYSQ100F型號潛孔鉆機(jī)，根據(jù)坡面測放孔位，準(zhǔn)確安裝固定鉆機(jī)，采取干鉆方法，根據(jù)鉆機(jī)性能、錨固地層控制鉆孔速度，鉆孔孔徑、孔深均要滿足設(shè)計(jì)要求，3φ25 mm錨桿、1φ32 mm錨桿、錨索終孔孔徑要求分別為90 mm、70 mm、130 mm，實(shí)際鉆孔深度需超過設(shè)計(jì)深度0.5 m以上。

鉆進(jìn)達(dá)設(shè)計(jì)深度后穩(wěn)鉆1～2 min，鉆孔完成后，使用高壓空氣(風(fēng)壓0.2～0.4 MPa)清理孔內(nèi)，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行下道工序。

4.3.2 錨桿施工

4.3.2.1 材料

預(yù)應(yīng)力錨桿采用φ32 mm、φ25 mm HRB335鋼筋，采用專用錨桿連接接頭，錨桿體材料檢驗(yàn)合格后方可投入使用；水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥；采用符合要求的水。

4.3.2.2 設(shè)置鋼筋

成孔后清孔，做好錨桿體鋼筋防腐處理，及時(shí)送入孔中。

4.3.2.3 砂漿攪拌和灌注

錨固灌漿采用M35水泥漿，注漿壓力≥1 MPa，水泥漿配合比為1460∶540∶14.60(水泥∶水∶外加劑)，外加劑采用徐州超力CNF-1(B)緩凝減水劑，孔底注漿、孔口返漿，漿體未凝固時(shí)嚴(yán)禁移動(dòng)錨桿。

4.3.3 預(yù)應(yīng)力(壓力分散型)錨索施工

4.3.3.1 材料

預(yù)應(yīng)力錨索采用φ15.24 mm、1 860 MPa高強(qiáng)低松馳預(yù)應(yīng)力鋼鉸線；水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，采用符合要求的水質(zhì)；塑料管材料具備足夠的強(qiáng)度、抗水性、化學(xué)穩(wěn)定性。

4.3.3.2 預(yù)應(yīng)力錨索制作與安裝

按設(shè)計(jì)要求切割鋼絞線，用彎曲機(jī)將其制作為“U”型，固定在承載體上，根據(jù)設(shè)計(jì)承載體間距組裝獲得完整的錨索體。

(1)錨固體安裝：錨固段內(nèi)架線環(huán)按1.0 m間距設(shè)置，在錨固體前端設(shè)錐形導(dǎo)向帽，焊于鋼絞線上。

(2)自由段安裝：做好除銹工作，自由段套φ22 mm聚乙烯管，套管兩端10～20 cm以黃油填充，外繞工程膠布固定。

4.3.3.3 砂漿攪拌和灌注

預(yù)應(yīng)力(壓力分散型)錨索灌漿砂漿攪拌、灌注工藝與錨桿一致，孔徑要求為130 mm。灌漿作業(yè)應(yīng)一次性完成，中途不得停止，當(dāng)孔口出現(xiàn)溢漿且持續(xù)時(shí)間≥2 min后，方可停止注漿。

4.3.3.4 錨索張拉

壓力分散型錨索預(yù)應(yīng)力補(bǔ)足差異荷載后，分5級(預(yù)張拉不計(jì))張拉，分別為設(shè)計(jì)荷載的25%、50%、75%、100%、110%。完成荷載張拉后，均需穩(wěn)定觀測10 min以上，確保雙控校核合格方可繼續(xù)張拉。錨索鎖定48 h內(nèi)，如果產(chǎn)生明顯預(yù)應(yīng)力損失，及時(shí)補(bǔ)充張拉。

4.3.3.5 封錨

錨索鎖定后，做好記號，觀察3 d無異常，即可留長10 cm后將多余的鋼絞線切除，并以水泥漿注滿錨墊板、錨頭空隙，按設(shè)計(jì)要求支模，用C30混凝土封錨處理。

4.3.4 C30混凝土現(xiàn)澆框架梁、格子梁施工

框架梁、格子梁澆筑采用C30混凝土，由混凝土罐車直接從拌合站運(yùn)輸至現(xiàn)場，錨索框架梁墊蹬現(xiàn)澆時(shí)預(yù)埋OVM15錨墊板(預(yù)埋錨墊板前應(yīng)在錨墊板和工作錨間安裝觀測傳感器，用于錨索預(yù)應(yīng)力的長期監(jiān)測。傳感器每一邊坡安裝3個(gè)，安裝位置由監(jiān)理單位現(xiàn)場確認(rèn))、螺旋筋、孔口波紋鋼管，節(jié)點(diǎn)均需振搗密實(shí)?？蚣芰?、格子梁每隔18 m設(shè)一道伸縮縫，縫寬20 mm，內(nèi)填浸瀝青絲木板。現(xiàn)澆混凝土框架梁墊蹬達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%，方可張拉錨索。

4.3.5 錨索樁

本合同段共有兩處邊坡設(shè)置錨索樁加固防護(hù)，分別位于K61+970～K61+992.8(24 m長的175 cm×250 cm錨索樁)和K66+580～K66+840路塹邊坡(22 m長的200 cm×300 cm錨索樁)。

4.3.6 截排水溝

在各級平臺上設(shè)排水溝，在刷坡坡口線外5 m左右設(shè)截水溝。截排水溝采用M7.5漿砌片石，其施工方法與路基防護(hù)中的漿砌擋土墻和漿砌排水溝方法相同。

5 結(jié)語

與傳統(tǒng)的路基邊坡防護(hù)方法相比，錨索框格梁具有結(jié)構(gòu)輕便、受力合理、設(shè)置靈活、造型美觀、造價(jià)低等諸多優(yōu)勢，可及時(shí)、有效、因地制宜地加固邊坡。在實(shí)際工程施工中，需根據(jù)地質(zhì)條件、施工條件等，合理選擇施工設(shè)備、材料，規(guī)范落實(shí)各道工序，做好施工檢查與質(zhì)量控制工作，切實(shí)保證錨索框格梁結(jié)構(gòu)安全可靠，從根本上解決邊坡穩(wěn)定性問題，保證整個(gè)公路工程作業(yè)的順利落實(shí)。