公路工程高邊坡施工技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

李 浩

(福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，福州 350000)

1 前言

我國(guó)公路路網(wǎng)建設(shè)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展日趨完善， 且仍在迅速向農(nóng)村邊遠(yuǎn)地區(qū)擴(kuò)展， 公路推動(dòng)了我國(guó)的現(xiàn)代化進(jìn)程，是保障當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提[1]。 由于部分公路處于復(fù)雜的地形地質(zhì)環(huán)境中， 挖方路基和高填方路基相應(yīng)出現(xiàn)， 這些公路結(jié)構(gòu)帶來(lái)的直接問(wèn)題就是高邊坡及其穩(wěn)定性。一般情況下，高邊坡并不具備一定的穩(wěn)定性，且施工人員在挖掘路基時(shí)，破壞邊坡土質(zhì)結(jié)構(gòu)，影響邊坡植物而導(dǎo)致水土流失，進(jìn)而引起邊坡塌陷，同時(shí)其他各種因素還會(huì)造成邊坡滑坡、裂縫等等，最終堵塞、破壞道路，給交通安全帶來(lái)不利影響。 因此，探究公路路基高邊坡施工技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 工程概況

閩清縣X125 線池園鎮(zhèn)(潘亭村)至上蓮鄉(xiāng)段公路工程路線起點(diǎn)K15+145.793 接池園鎮(zhèn)(潘亭村)X125 線，途經(jīng)池園鎮(zhèn)東前村、 店前村、 上蓮鄉(xiāng)溪坪村， 終點(diǎn)K20+094.851 平交蓮埔村街道，路線總長(zhǎng)為4.949 km，本工程公路等級(jí)為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)車(chē)速60 km/h，雙向二車(chē)道、路基寬度為12 m、車(chē)道寬度為3.5 m。 本工程共新建橋梁2座，分別是東前大橋和店前大橋，隧道1 座為上蓮隧道，項(xiàng)目工程造價(jià)10487 萬(wàn)元。 本標(biāo)段共有6 段屬于高邊坡防護(hù)工程，分別為：①K15+400～K15+525 段；②K16+640～K16+740 段；③K17+500～K17+540 段；④K17+700～K17+780 段；⑤K19+220～K19+260 段；⑥K19+745～K19+777 段路塹。

3 高邊坡施工方案

3.1 邊坡地質(zhì)情況

本標(biāo)段邊坡高度范圍為32～38.5 m，K17+500～K17+540 段、K17+700～K17+780 段及K17+700～K17+780 段地質(zhì)情況接近，為土巖邊坡，上部為坡積層，下部為侏羅系南園組凝灰熔巖(J3n) 風(fēng)化層。 K16+640～K16+740 段及K19+220～K19+260 段地質(zhì)情況接近，為土質(zhì)邊坡，場(chǎng)區(qū)表層為第四系填土、坡積層，下部基巖為侏羅系南園組凝灰熔巖(J3n)風(fēng)化層。K19+745～K19+777 段邊坡土層土質(zhì)差，邊坡穩(wěn)定性較差，從上到下依次為：坡積粉質(zhì)粘土、凝灰熔巖殘積粘性土、含有斷層生成的破碎帶(斷層角礫巖、碎裂巖、糜棱巖或斷層泥等)。

3.2 邊坡施工方案

本工程邊坡結(jié)構(gòu)為：第一級(jí)坡率為1∶(0.5～0.75)，中風(fēng)化凝灰熔巖；第二級(jí)坡率為1∶1，砂土狀強(qiáng)風(fēng)化+中風(fēng)化凝灰熔巖；第三級(jí)坡率為1∶(1～1.25)，砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖；第四級(jí)坡率為1∶1.25，凝灰熔巖殘積性粘土+全風(fēng)化凝灰熔巖；第五級(jí)坡率為1∶1.25，粉質(zhì)粘土。 各段邊坡防護(hù)施工方案見(jiàn)表1。

4 高邊坡施工方法

4.1 石質(zhì)路塹施工

石質(zhì)路塹施工主要流程為：(1)測(cè)量放線：確定開(kāi)挖邊界，一般可根據(jù)原地面高程及邊坡率推算，施工時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查邊坡坡腳線位置及標(biāo)高， 確保開(kāi)挖邊坡符合設(shè)計(jì)坡度要求。(2)截水溝施工：本工程采用C15 混凝土進(jìn)行截排水溝施工，在邊坡頂5 m 外設(shè)截水溝，為防止截水溝基坑被雨水沖刷，開(kāi)挖后立即鋪砌，但鋪砌前應(yīng)注意檢查截水溝的凈空及砌筑高度， 片石砌筑時(shí)砂漿填縫應(yīng)飽滿、均勻。 (3)邊坡修整：采用挖機(jī)，坡面應(yīng)平順，注意石質(zhì)邊坡應(yīng)對(duì)坡面危石進(jìn)行清理， 挖不掉的堅(jiān)石可用液壓鎬輕輕敲擊，不可狠鑿猛挖。(4)潛孔鉆+液壓鎬開(kāi)挖：本工程高邊坡開(kāi)挖施工順序?yàn)樽陨隙路謱娱_(kāi)挖，分層高度4 m 左右，先開(kāi)挖輪廓線、平臺(tái)線，再布置潛孔鉆鉆孔位置，用紅油漆畫(huà)圈布點(diǎn)，布點(diǎn)間距為100 cm×100 cm，潛孔鉆根據(jù)放樣位置鉆孔，應(yīng)避開(kāi)平臺(tái)邊線，鉆孔深度≤2 m，且應(yīng)分層鉆孔。 液壓鎬根據(jù)鉆好的孔位對(duì)巖石進(jìn)行沖擊破碎或剝離，邊坡附近應(yīng)及時(shí)對(duì)邊坡進(jìn)行修整，修整過(guò)程中應(yīng)控制液壓鎬破碎力度， 不允許出現(xiàn)虧坡或坡比過(guò)大的情況出現(xiàn)，第一級(jí)(層)施工平臺(tái)上的巖層破碎到位并將坡面修整后，再進(jìn)行下一級(jí)(層)施工平臺(tái)巖體的破碎，剝離后的塊石應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)至下方。 施工步驟示意見(jiàn)圖1。

表1 各段高邊坡防護(hù)施工方案

圖1 石質(zhì)路塹施工步驟示意圖

4.2 錨索框架梁工程施工

施工過(guò)程中，由于持續(xù)強(qiáng)降雨，K19+745～K19+777 段邊坡在K19+765 處坡頂有兩處泉眼在短時(shí)間內(nèi)大量往外冒水，且含有斷層生成的破碎帶(斷層角礫巖、碎裂巖、糜棱巖或斷層泥等)，雨水滲入該段邊坡坡體內(nèi)，導(dǎo)致局部坡面出現(xiàn)溜塌， 針對(duì)該情況本段第二級(jí)采用8 m×8 m預(yù)應(yīng)力錨桿框架梁防護(hù)，K19+745～K19+777 段支護(hù)剖面圖如圖2 所示。預(yù)應(yīng)力錨索框架是本工程施工難度最大、施工工藝及工序多、工期最長(zhǎng)的防護(hù)施工分項(xiàng)工程，該段邊坡全長(zhǎng)32 m，采用4 束鋼絞線錨索，錨索長(zhǎng)30～34 m，錨固段長(zhǎng)8～12 m，單孔設(shè)計(jì)拉力350 kN/孔，格梁方形布置，間距4.0 m×5.6 m，截面尺寸為0.5 m×0.6 m。 錨索施工工藝流程為： 錨索編制→修坡測(cè)孔→鉆孔→錨索安裝→注漿→封孔注漿→框架梁、錨斜托→張拉、鎖定、補(bǔ)漿→C30 砼封錨。

圖2 K19+745～K19+777 段支護(hù)剖面圖

(1)坡面修整：人工自上而下分層修坡，錨索框架梁邊坡開(kāi)挖時(shí)每層開(kāi)挖高度為錨索上下橫梁間距， 至下級(jí)平臺(tái)開(kāi)挖格梁基礎(chǔ)并施作錨索， 土質(zhì)坡應(yīng)用彩條布覆蓋以防止雨水沖刷。

(2)腳手架搭設(shè)：采用3 號(hào)鋼焊管尺寸為Φ48 mm×3.5 mm，扣件應(yīng)貼合鋼管，立桿縱距1.0 m，大橫桿步距1.2 m，小橫桿間距1.5 m，立桿、大橫桿均采用扣件對(duì)接，離地250 mm 設(shè)掃地桿、6 m 設(shè)一道剪刀撐。 平臺(tái)上鋪設(shè)厚度25 mm×3000 mm 松木板。 腳手架地基采用厚10cm C15 混凝土硬化處理。

(3)施作錨孔：用紅油漆標(biāo)示錨索開(kāi)孔位置，位置偏差≤±20 mm，驗(yàn)收合格的錨孔應(yīng)進(jìn)行編號(hào)；由于水鉆會(huì)導(dǎo)致邊坡巖土工程地質(zhì)條件惡化且孔壁粘結(jié)性能差，鉆孔方式應(yīng)采用干鉆，鉆孔機(jī)具根據(jù)錨固地層類(lèi)別、錨孔孔徑及深度等確定[2]，本工程巖層中采用YQ100 型電空潛孔錨索鉆機(jī)潛孔沖擊成孔， 巖層破碎處則采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)。 鉆孔時(shí)應(yīng)實(shí)時(shí)記錄施工現(xiàn)場(chǎng)情況(鉆壓、轉(zhuǎn)速、孔深等)，為確保孔徑、孔深，鉆頭直徑應(yīng)≥設(shè)計(jì)孔徑，實(shí)際鉆孔深度與設(shè)計(jì)孔深之差應(yīng)≥0.2 m，鉆至符合要求孔深后不能立即停鉆，應(yīng)穩(wěn)鉆1～2 min，防止孔底尖滅，且應(yīng)通過(guò)風(fēng)壓為0.2～0.4 MPa 的高壓風(fēng)清理孔內(nèi)巖粉及水體；若遇塌孔縮孔等現(xiàn)象應(yīng)立即停鉆， 且對(duì)孔道進(jìn)行固壁灌漿處理，水泥砂漿初凝后再重新掃孔鉆進(jìn)。錨孔經(jīng)監(jiān)理檢驗(yàn)合格后用織物堵塞保護(hù)待用。

(4)錨索體制作及安裝：預(yù)應(yīng)力錨索組成為格梁+自由段+錨固段，采用4 束鋼絞線錨索，鋼筋沿錨索體軸線方向每2 m 設(shè)置一道架線環(huán)， 保證錨索體保護(hù)層厚度不小于2 cm。 自由端套管采用HDPE 管，自由端封堵采用防水膠布多層綁扎。 人工安裝錨索體，用高壓風(fēng)吹孔，錨索緩慢放入孔內(nèi)， 鋼尺測(cè)量孔外露出預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度以計(jì)算孔內(nèi)錨索長(zhǎng)度，確保有效錨固長(zhǎng)度。

(5)錨固注漿：采用普通硅酸鹽水泥注漿，本工程水泥砂漿配合比為1∶1(重量比)，水灰比為0.4～0.5，強(qiáng)度不低于40 MPa。 注漿壓力為0.5～0.8 MPa，控制實(shí)際注漿量理論計(jì)算注漿量，待孔口溢漿開(kāi)始5 min 后停止注漿，水泥砂漿凝固后體積收縮應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)漿，直至注滿，注漿結(jié)束后清洗注漿設(shè)備(注漿管、槍、套管等)。

(6)鋼筋混凝土框架梁施工：框架梁坡度1∶1，采用C30混凝土現(xiàn)場(chǎng)整體澆注。完成坡面修整及框架梁基槽開(kāi)挖，基槽底部應(yīng)潔凈密實(shí)，施工順序?yàn)橄蓉Q梁后橫梁，手動(dòng)綁扎鋼筋、立模板，鋼筋錨釘固定模板后澆筑混凝土，應(yīng)連續(xù)作業(yè)，拆模后養(yǎng)護(hù)時(shí)間7 d。

(7)錨索張拉、鎖定及封錨：錨索設(shè)計(jì)拉力為350 kN，張拉分級(jí)穩(wěn)壓3 min，最后一級(jí)穩(wěn)壓≥5 min，張拉鎖定檢驗(yàn)后切除錨索多余長(zhǎng)度， 封錨混凝土等級(jí)應(yīng)高框架梁混凝土一級(jí)(即高于C30)。

4.3 液壓客土噴播植草灌防護(hù)施工

液壓客土噴播植草灌防護(hù)施工順序?yàn)椋?坡面清理→施噴殺蟲(chóng)菌劑→機(jī)械液壓噴播草籽→覆蓋無(wú)紡布→種植地表灌木→養(yǎng)護(hù)。 測(cè)量放樣定出液壓噴播植草護(hù)坡范圍后將范圍內(nèi)坡面的碎石塊及雜物清除， 施噴殺蟲(chóng)菌劑后將已通過(guò)機(jī)械攪拌均勻的草種、纖維、土壤改良劑、復(fù)合肥混合液噴射到坡面，噴射順序?yàn)樽陨隙?，隨后蓋膜養(yǎng)護(hù)，幼苗長(zhǎng)出5～6 cm 后揭膜，最后種植地表灌木及噴水養(yǎng)護(hù)。

4.4 錨桿鍍鋅網(wǎng)植草灌防護(hù)施工

錨桿鍍鋅網(wǎng)植草灌防護(hù)施工具體方案為采用14 號(hào)鍍鋅鐵絲網(wǎng)(固草器)及φ14 掛網(wǎng)錨桿鋼筋，施工順序?yàn)椋哼吰聶z驗(yàn)→坡面修整→安固錨桿→固定植生帶→鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)→噴射植生基質(zhì)→覆蓋無(wú)紡布→養(yǎng)護(hù)。 確認(rèn)邊坡坡率、 平整度等及清理坡面松石浮渣等雜物后即可進(jìn)行錨桿的安裝固定， 本工程錨桿采用采用φ14 長(zhǎng)度為0.75～2.5 m 的螺紋鋼筋， 潛孔鉆鉆孔深度多出錨桿長(zhǎng)度20 cm，錨桿伸出坡面8～10 cm，抗拔力≥50 kN。 錨桿固定后橫向等間距1 m 位置布置植生帶，再采用14 號(hào)鍍鋅的特性鐵絲網(wǎng)(網(wǎng)目14×16 cm)沿坡頂往坡面鋪設(shè)，鍍鋅網(wǎng)平順后掛于錨桿，并用8# 鐵絲鎖緊，鐵絲網(wǎng)應(yīng)距離坡面3～5 cm， 鐵絲網(wǎng)滿足鋪設(shè)要求后噴射植生基質(zhì)(種植土∶纖維料∶綠化培養(yǎng)基=2∶2∶1)，最后采用U 型鐵釘或竹釘固定規(guī)格為20 g/m2的無(wú)紡布于坡表，應(yīng)注意巖石邊坡儲(chǔ)水能力差，應(yīng)適時(shí)噴水養(yǎng)護(hù)，促進(jìn)種子萌發(fā)生長(zhǎng)。

4.5 邊坡監(jiān)測(cè)管施工

本標(biāo)段K19+745～K19+777 段邊坡施工采用深孔位移監(jiān)測(cè)，根據(jù)坡高、坡長(zhǎng)及巖體土體情況，布設(shè)1～5 個(gè)檢測(cè)斷面，每個(gè)斷面孔數(shù)宜為2～3 個(gè)孔，具體根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。 監(jiān)測(cè)孔深根據(jù)坡高及坡體地質(zhì)情況確定， 深度以15～40 m 為宜，以進(jìn)入穩(wěn)定地層不小于2～5 m 為宜。 監(jiān)測(cè)孔鉆孔孔徑為土層(含強(qiáng)風(fēng)化)孔徑≥φ108 mm；弱風(fēng)化以上巖層孔徑≥φ90 mm；鉆孔孔深應(yīng)大于設(shè)計(jì)孔深且不小于20 cm，鉆孔成空清孔后，立即逐根放入PVC 測(cè)斜管，鎖定接管螺絲，至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，測(cè)斜管外須用干凈的中粗砂充填密實(shí)(可灌水)。 監(jiān)測(cè)孔布設(shè)后，應(yīng)注意孔口加蓋保護(hù)。

5 高邊坡施工要點(diǎn)

5.1 跟管鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

K19+745～K19+777 段邊坡有斷層生成的破碎帶(斷層角礫巖、碎裂巖、糜棱巖或斷層泥等)，針對(duì)該類(lèi)地質(zhì)情況(積土層和破碎層等)，錨索鉆孔采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)，利用潛孔錘接偏心擴(kuò)孔鉆頭跟管沖擊成孔， 鉆孔參數(shù)為鉆機(jī)鉆壓5～7 kN，風(fēng)量8～10 m3/min，風(fēng)壓0.7～0.8 MPa。 注意在跟管鉆進(jìn)前應(yīng)先用偏心鉆頭不帶套管鉆進(jìn)1 m 左右，鉆出一只定位孔和導(dǎo)向孔，隨后提鉆安裝套管準(zhǔn)備跟管鉆進(jìn)，套管安裝前檢查確認(rèn)潛孔錘及套管直徑，保證直徑偏差＜10 mm。 二次開(kāi)鉆前搭設(shè)限位支架(孔口位置)可以起到限制套管和鉆桿大幅度晃動(dòng)的作用；同時(shí)，在保證套管與鉆桿同軸的前提下， 應(yīng)在套管與孔壁之間填入粘土并擠實(shí)，防止套管偏離軸線位置。注意跟管鉆進(jìn)過(guò)程中的鉆孔速度應(yīng)根據(jù)錨固地層嚴(yán)格控制， 避免不均勻地層導(dǎo)致鉆孔偏移扭曲甚至變徑，進(jìn)而引起下錨困難；在遇到不均勻地層(較大塊石或破碎層與基巖的接觸面)時(shí)降低鉆速同步減小鉆壓，緩慢鉆進(jìn)。 與常規(guī)鉆孔方式一樣，如遇不良鉆現(xiàn)象應(yīng)立即停鉆及孔道固壁灌漿。 孔內(nèi)排渣在鉆進(jìn)深度超過(guò)14 m 后已非常困難，此時(shí)每鉆進(jìn)1 m 就應(yīng)將鉆頭收入套管并開(kāi)強(qiáng)風(fēng)排渣，確?？變?nèi)排渣通道(鉆桿與套管內(nèi)壁間環(huán)狀間隙)暢通，隨后繼續(xù)鉆進(jìn)，長(zhǎng)時(shí)間不提鉆排渣會(huì)導(dǎo)致偏心鉆頭回轉(zhuǎn)部分被鉆渣卡住而無(wú)法正常工作，甚至引起埋鉆事故。 跟管鉆進(jìn)裝卸套管時(shí)間長(zhǎng)、鉆進(jìn)摩阻力大，且容易發(fā)生斷管現(xiàn)象，因此跟管鉆進(jìn)技術(shù)僅在遇到松散破碎巖體確實(shí)沒(méi)有辦法的情況下使用，且在通過(guò)破碎地層后應(yīng)立即停止跟管鉆進(jìn)。

5.2 孔位偏斜的處理

鉆孔因測(cè)量放樣存在誤差等因素影響會(huì)造成孔位縱橫方向出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致錨索偏位，一般包括兩種情況，一種情況是錨索在框格梁內(nèi)偏位， 此時(shí)橫梁與豎梁的荷載并不全都直接作用在錨索上， 而是橫向荷載直接作用于錨索，但豎向荷載通過(guò)橫梁間接傳遞至錨索，因此橫梁與豎梁連接處抗力要求變高，需對(duì)該部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，才能確保荷載的順利傳遞。 局部補(bǔ)強(qiáng)通過(guò)在橫豎梁連接處加密鋼筋，同時(shí)在錨索與框格梁之間增設(shè)連接鋼筋。另一種情況是錨索偏出框格梁，此時(shí)不能局部加強(qiáng)，而是必須重新鉆孔，準(zhǔn)確放樣定出錨桿孔位，鉆孔后重新安裝錨索及注漿。

5.3 克服抗拔試驗(yàn)條件不足

錨索施工完成后需對(duì)已完成錨索總數(shù)的3%錨索進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，但高邊坡部分區(qū)域不具備條件，如錨索位于土質(zhì)邊坡，由于土質(zhì)松軟試驗(yàn)機(jī)械發(fā)生位移無(wú)法操作，抗拔試驗(yàn)作業(yè)困難。本工程針對(duì)該類(lèi)情況采用兩種方式，一是在錨桿索兩側(cè)放置具有一定屈服強(qiáng)度的鐵板以擴(kuò)散壓力，注意鐵板應(yīng)在抗拔試驗(yàn)中不變形，以將壓力良好地傳遞至邊坡巖體。二是在錨索兩側(cè)制作一定強(qiáng)度的水泥墩，通過(guò)將錨索抗拔機(jī)械作用在水泥墩上使得拉拔力傳遞至水泥墩， 水泥墩受力面積大可將抗拔力大范圍擴(kuò)散至邊坡坡體[3]。

6 結(jié)語(yǔ)

公路工程是推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素， 高邊坡施工技術(shù)對(duì)公路工程質(zhì)量影響重大， 只有邊坡的安全性與穩(wěn)定性符合要求， 公路的使用功能及壽命才能得到保障。 在公路工程高邊坡的施工中， 應(yīng)根據(jù)邊坡的地質(zhì)情況，科學(xué)合理設(shè)計(jì)邊坡結(jié)構(gòu)和施工方案，做好石質(zhì)路塹、錨索框架梁、液壓客土噴播植草灌防護(hù)、錨桿鍍鋅網(wǎng)植草灌防護(hù)，以及邊坡檢測(cè)管等各項(xiàng)施工工作，切實(shí)提高路基高邊坡質(zhì)量，優(yōu)化公路整體性能，保障公路質(zhì)量。