鋼花管灌注樁在高速公路路基搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

楊 洪， 柴 培 林

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

成安渝高速公路四川段是四川省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃中23個(gè)出川通道之一，是直接連接成渝經(jīng)濟(jì)雙核路程最短、線路最優(yōu)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最高的高速公路。項(xiàng)目總長(zhǎng)約175 km，其中資陽(yáng)段長(zhǎng)約154 km，成都段長(zhǎng)約21 km。項(xiàng)目起于成都繞城高速公路與成洛大道交叉點(diǎn)，路線以成都繞城高速、成都～資陽(yáng)工業(yè)園區(qū)、樂(lè)至縣、安岳縣為控制點(diǎn)，止于安岳縣忠義鄉(xiāng)觀音橋附近的川渝界。該項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用雙向六車(chē)道，路基寬33.5 m，設(shè)置橋梁224座(其中特大橋2座/12 252 m)，橋路比為19.06%；隧道4座(8 430 m)，隧占比為3.78%，互通式立交14座。

2018年7月，四川境內(nèi)多次出現(xiàn)歷史罕見(jiàn)的強(qiáng)降雨，成安渝高速公路K15+900段(成都往重慶方向左側(cè))被暴雨沖刷侵蝕，路基整體橫向滑移，坡面及瀝青混凝土路面開(kāi)裂錯(cuò)臺(tái)，路基整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。成安渝高速公路K15路段封閉左幅，實(shí)行右幅雙向通行。為確保公路右幅的行車(chē)安全，防止裂縫向路基右幅繼續(xù)延伸，在中央分隔帶施做兩排鋼花管灌注樁，并在鋼花管內(nèi)埋設(shè)3Φ25鋼筋，通過(guò)高壓注漿固結(jié)周?chē)靥铙w形成了一排剛性防護(hù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了臨時(shí)保通目標(biāo)。

2 路基塌陷原因分析

(1) 由于連續(xù)的特大暴雨導(dǎo)致公路右幅水溝淤積嚴(yán)重、排水不暢，路面積水后表水下滲增加了回填體的重量，軟化裂隙填充物產(chǎn)生靜水及動(dòng)水圧，回填體沿填挖交界面順坡滑移造成路面沉降和開(kāi)裂;

(2) 該段路基處于半挖半填段，左幅塌陷區(qū)域?qū)儆诟咛罘?，填挖交界處理不滿足規(guī)范要求，填料不合格，壓實(shí)度不足;

(3) 左幅路堤坡腳擋墻排水孔堵塞導(dǎo)致排水不暢，進(jìn)一步加劇了墻后回填體被水浸泡，擋墻受到剪切破壞開(kāi)裂。

3 鋼花管灌注樁的設(shè)計(jì)

3.1 鋼花管灌注樁的布設(shè)

在中央分隔帶內(nèi)設(shè)置了兩排鋼花管，在鋼花管內(nèi)設(shè)置了3根Φ25精軋螺紋鋼筋，鋼花管交錯(cuò)布置，橫向間距為0.6 m，縱向間距為0.8 m,鋼花管之間用100 mm×6 mm的角鋼交錯(cuò)焊接，K15+863～K15+915段鋼花管長(zhǎng)度為11 m，嵌入基巖的深度不小于5 m，K15+915～K15+970.9段鋼花管長(zhǎng)度為15 m，嵌入基巖的深度不小于7 m。鋼花管布置情況見(jiàn)圖1。

圖1 中央分隔帶鋼花管布置圖

3.2 鋼花管及注漿參數(shù)

鋼花管采用直徑108 mm的無(wú)縫鋼管，壁厚5 mm，在鋼花管壁上設(shè)注漿孔，孔徑為10～16 mm,孔間距為15～20 cm,梅花形布置，尾部1 m范圍不留注漿孔而作為止?jié){段。鋼花管灌注樁見(jiàn)圖2。

圖2 鋼花管灌注樁示意圖

漿液采用純水泥漿，水灰比為1∶0.6，注漿壓力為0.5～0.8 MPa；注漿前進(jìn)行壓漿試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整注漿參數(shù)，以保證漿液將回填體良好膠結(jié)。

4 鋼花管灌注樁施工

4.1 施工工藝流程

鋼花管灌注樁施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→鉆機(jī)就位→鉆孔施工→鋼花管下放安裝→鋼筋安裝→注漿→補(bǔ)漿、報(bào)驗(yàn)→角鋼連接→鋼花管位移監(jiān)測(cè)。鋼花管灌注樁施工工藝流程見(jiàn)圖3。

4.2 施工準(zhǔn)備

施工前，拆除中央分隔帶的波形護(hù)欄，移植分隔帶內(nèi)的綠化植物，清理和平整場(chǎng)地，反挖清除分隔帶內(nèi)的種植土(厚度為30 cm)，右幅超車(chē)道設(shè)置圍擋，在圍擋頂部設(shè)置噴淋系統(tǒng)用于降塵。

做好安全警戒工作。由于塌陷處理處于龍泉山1#～2#隧道之間且兩隧道距離約1.4 km，封閉施工條件不能滿足交通安全行駛要求。故合理地采取了以下安全措施：在施工處前方10 km處設(shè)置斷道施工，逐漸合并為單向通車(chē)，擺放交通安全錐形桶并在公路醒目位置設(shè)置安全警示牌“前方施工車(chē)輛減速慢行”和“安全相關(guān)限速標(biāo)志標(biāo)牌”。在高速公路成都至重慶方向每隔500 m處派遣1名經(jīng)培訓(xùn)合格的專(zhuān)職安全員主要負(fù)責(zé)處理高速公路中行駛車(chē)輛的交通秩序，檢查安全隱患并及時(shí)要求整改。

在施工放樣前，測(cè)量人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)熟悉設(shè)計(jì)圖紙，了解設(shè)計(jì)意圖；測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)數(shù)據(jù)及使用的控制點(diǎn)成果計(jì)算放樣數(shù)據(jù)，繪制放樣部位相關(guān)點(diǎn)位草圖，所有數(shù)據(jù)均應(yīng)由測(cè)量人員相互校核，確保無(wú)誤后方能使用。

圖3 鋼花管灌注樁施工工藝流程圖

4.3 測(cè)量定位

在放樣過(guò)程中，經(jīng)校核無(wú)誤的設(shè)計(jì)圖和測(cè)量數(shù)據(jù)用GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量法將鋼花管孔位點(diǎn)進(jìn)行放樣，并在地面做好明顯的標(biāo)記，全部點(diǎn)位放樣完成后，由測(cè)量負(fù)責(zé)人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行測(cè)量技術(shù)交底工作。

4.4 鉆 孔

采用液壓潛孔鉆機(jī)鉆孔。由于回填體已經(jīng)飽和，成孔時(shí)容易塌孔，遂采用鋼花管跟管鉆進(jìn)。跟管為直徑108 mm的無(wú)縫鋼花管，每節(jié)跟管長(zhǎng)度為1.5 m，跟管采用絲扣連接跟進(jìn)至設(shè)計(jì)深度。鉆孔直徑為140 mm,鉆孔深度超過(guò)鋼花管的設(shè)計(jì)深度0.5 m,鉆孔灌漿分兩序施工。

4.5 錨筋的制作及安裝

錨筋采用3根Φ25鋼筋點(diǎn)焊成整體，錨筋體每2 m設(shè)置一道對(duì)中環(huán)，對(duì)中環(huán)采用直徑89 mm的鋼管，管節(jié)長(zhǎng)5 cm，與錨筋體焊接成整體。DN20 PVC注漿管用扎絲與錨筋綁扎牢固，注漿管的出口初始位置距孔底端30 cm，錨筋體在制作廠統(tǒng)一加工制作，驗(yàn)收合格后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。

待孔深、孔徑和嵌入基巖的深度滿足設(shè)計(jì)要求后使用25 t吊車(chē)安裝錨筋，錨筋安裝時(shí)由人工配合控制下放速度，確保錨筋居中。

4.6 注 漿

水泥漿水灰比為1∶0.6，采用P42.5普通硅酸鹽水泥,由高速攪拌機(jī)拌制。在鋼花管孔口設(shè)置止?jié){塞，灌漿設(shè)計(jì)壓力為0.5～0.8 MPa，終注壓力一般為0.3～0.5 MPa，孔內(nèi)循環(huán)全孔一次注漿。在終注壓力下連續(xù)灌漿10 min，待注入率不大于5 L/min時(shí)可終止灌漿；或相鄰孔、附近地表開(kāi)始冒漿時(shí)亦可終止灌漿。

當(dāng)個(gè)別孔的注漿壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)壓力時(shí)，采用間歇二次或多次注漿方式。第一次注漿采用孔底自下而上壓力注漿，孔口流出漿液10～15 s后停止注漿，待第一次注漿體終凝后開(kāi)始第二次注漿，注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求、注入率滿足規(guī)范要求時(shí)終止灌漿。

4.7 角鋼加固

孔口處的鋼花管采用100 mm×6 mm角鋼縱橫向焊接成整體以提高鋼花管的整體剛度。對(duì)于露出路面高程以上的部分鋼花管由人工切割，施工完成后重新恢復(fù)中央分隔帶。

4.8 變形觀測(cè)

沿高速公路縱向方向每隔5 m設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，將其布置在鋼花管頂部位置，每天觀測(cè)2～3次，每次觀測(cè)完成后及時(shí)對(duì)鋼花管的位移和沉降進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，當(dāng)變形量和變形速率出現(xiàn)異常變化、鋼花管周邊土體出現(xiàn)開(kāi)裂及其它現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。

5 質(zhì)量控制

5.1 事前控制

制定完整的質(zhì)量保證計(jì)劃和施工方案，編制詳細(xì)的技術(shù)交底文件，進(jìn)行相關(guān)的質(zhì)量培訓(xùn)；鋼花管及鋼筋進(jìn)場(chǎng)時(shí)必須有出廠材質(zhì)合格證書(shū)，且產(chǎn)品批號(hào)、型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)廠家等標(biāo)識(shí)清楚，鋼管和鋼筋堆放場(chǎng)應(yīng)防潮、防雨、防銹蝕，原材到場(chǎng)經(jīng)見(jiàn)證取樣試驗(yàn)合格后方可使用。

5.2 事中控制

所有操作人員、現(xiàn)場(chǎng)管理人員需持證上崗，嚴(yán)格執(zhí)行“三檢制”。鋼管外壁的注漿孔采用機(jī)械鉆孔，鋼管接長(zhǎng)時(shí)采用絲扣連接，絲牙長(zhǎng)度需滿足規(guī)范要求；鉆孔孔位按照設(shè)計(jì)圖紙放樣，鉆孔過(guò)程中對(duì)鉆孔角度勤復(fù)核，鉆孔完成后對(duì)鉆孔垂直度、孔深、孔徑進(jìn)行驗(yàn)收；純水泥砂漿嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)水灰比制漿，灌漿壓力必需達(dá)到設(shè)計(jì)要求，注漿應(yīng)飽滿，每延米水泥消耗量約80～100 kg。

5.3 事后控制

注漿效果采取在鋼花管旁40 cm內(nèi)鉆孔取芯進(jìn)行檢測(cè)，芯樣能快速、直觀地反映地質(zhì)情況及注漿情況：通過(guò)注漿能將周?chē)耐馏w固結(jié)形成柱狀結(jié)構(gòu)，與鋼花管組成一道墻體用以抵抗內(nèi)部滲水壓力及滑移力。

6 結(jié) 語(yǔ)

由于水毀工程的特殊性：搶險(xiǎn)工期緊、施工任務(wù)重、施工場(chǎng)地受限，在其左幅路基處置前利用鋼花管灌注樁施工技術(shù)能夠快速處置右幅水毀路基，通過(guò)注漿使鋼花管周?chē)馏w固結(jié)形成整體，能有效抑制右側(cè)路基的沉降滑移，臨時(shí)保護(hù)內(nèi)側(cè)公路行車(chē)的安全性，為工程后期左幅水毀處置創(chuàng)造良好的施工條件，進(jìn)而保證工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度，為今后高速公路類(lèi)似情況的處理積累豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。