河惠莞高速公路路基邊坡的滑塌防護(hù)施工技術(shù)研究

曹濱

摘 要：高速公路滑塌防護(hù)技術(shù)研究對邊坡穩(wěn)定性、生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等具有很大工程價值，本文結(jié)合河惠莞高速公路項目，針對此公路路基開挖地質(zhì)條件，在不同區(qū)域分別采取了預(yù)應(yīng)力錨索框架梁、預(yù)應(yīng)力錨桿框架梁、錨桿主動網(wǎng)客土噴播植草、客土噴播植草、三維網(wǎng)噴播植草、人字形骨架防護(hù)等防護(hù)技術(shù)。本文重點(diǎn)圍繞錨桿主動網(wǎng)+客土噴播植草防護(hù)施工、錨桿框架梁防護(hù)、錨索框架梁防護(hù)技術(shù)三個方面提出了具體的防護(hù)方案和施工流程圖，上述工程方案、設(shè)計詳圖和施工工藝流程將為公路邊坡穩(wěn)定提供可持續(xù)發(fā)展設(shè)計和施工理念。

關(guān)鍵詞：高速公路;路基邊坡;滑塌防護(hù);施工技術(shù)

0 引言

高速公路修建過程中對地貌結(jié)構(gòu)、植被環(huán)境破壞較大，特別是路基開挖產(chǎn)生大量的次生裸地、水土流失和邊坡滑塌現(xiàn)象[1]，故如何在高速公路修建過程中維護(hù)好開挖邊坡穩(wěn)定性、恢復(fù)好邊坡原有生態(tài)環(huán)境、保持好土壤透水性等至關(guān)重要[2-5]。公路路基邊坡的滑塌防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)主要有工程防護(hù)和生態(tài)防護(hù)兩大類，工程防護(hù)主要通過錨桿注漿、砌筑片石、構(gòu)建鋼筋混凝土骨架等措施形成堅硬的支檔結(jié)構(gòu)避免邊坡滑塌，常見的支檔結(jié)構(gòu)有重力式、懸臂式、扶壁式、錨桿式結(jié)構(gòu)等，這類結(jié)構(gòu)造價成本和施工周期往往較長[6-8]。生態(tài)防護(hù)主要利用大量植被根莖土壤之間的咬合力形成防護(hù)層來增強(qiáng)土體穩(wěn)定性，可長期有效維護(hù)邊坡生態(tài)環(huán)境、避免水土流失、形成可靠抗沖刷能力[9-10]。隨著國內(nèi)高速公路由量向質(zhì)的轉(zhuǎn)變，如何在高速公路修建過程中實現(xiàn)與自然和諧共處是一個熱點(diǎn)課題，也是21世紀(jì)高速公路發(fā)展一個重要方向[11]。本文結(jié)合河惠莞高速公路惠州平潭至潼湖段路基開挖防護(hù)案例，研究此段高速公路深挖路塹段路基安全防護(hù)方案和施工流程，有一定參考價值。

1 工程概況

河惠莞高速公路惠州平潭至潼湖段位于惠州市境內(nèi)，東接河惠莞高速公路紫金至惠陽段通往河源、江西及以北地區(qū)，西連莞番高速公路橋頭至沙田段、虎門二橋連接珠江東岸，里程樁號為K102+100～K109+200，路線長7.1 km，路寬為33.50 m。K106+100～K107+300段為三和互通立交，設(shè)有五條匝道。地勢總趨勢為東北高西南低，地貌主要以平原和低矮丘陵為主，局部區(qū)域有低山分布，上覆土層為第四系沖洪積及坡殘積相得粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、砂層、碎石土、砂質(zhì)粘土、礫質(zhì)粘性土等，下伏基巖為花崗巖、變質(zhì)砂巖、含礫砂巖。線路內(nèi)無大的不良地質(zhì)體，特殊性巖土為軟土，地下水以孔隙水及裂隙水為主，水質(zhì)具微-弱腐蝕性。河惠莞高速公路項目路線如圖1所示。

施工段路線以低矮丘陵為主，局部區(qū)域有低山分布，地面線橫斷面多為半填半挖路基。防護(hù)形式有預(yù)應(yīng)力錨索框架梁、預(yù)應(yīng)力錨桿框架梁、錨桿主動網(wǎng)客土噴播植草、客土噴播植草、三維網(wǎng)噴播植草、人字形骨架防護(hù)等。具體工程數(shù)量如表1所示。

2 錨桿主動網(wǎng)+客土噴播植草防護(hù)

針對本項目半填半挖路基，重點(diǎn)采取錨桿主動網(wǎng)+客土噴播植草防護(hù)措施，具體施工方案工藝流程：測量放樣→坡面清理→鉆孔→安放錨桿→注漿→噴射不含種子基層→鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)→錨墊板貼緊固定→施加預(yù)應(yīng)力→封錨→噴射含種子表層→養(yǎng)護(hù)。錨桿端部大樣見圖2，主動網(wǎng)+客土噴播示意如圖3所示。

具體操作要點(diǎn)如下：

（1）測量放樣：錨孔位置定位精準(zhǔn)，坡面上的孔位銜接誤差小于10 cm。

（2）坡面清理：清除坡面雜物，包括突出坡面的石頭，確保坡面平整。對于比較疏松的邊坡，壓實坡面，確保坡面穩(wěn)定。

（3）鉆進(jìn)深度和速度控制得體，鉆孔完畢后需要穩(wěn)鉆1～2分鐘后方可停止，可有效避免孔底尖滅。鉆孔孔壁保持清潔，不允許滲入沉碴，鉆孔完畢后可利用0.2 MPa～

0.4 MPa的高壓空氣將孔內(nèi)巖粉及水體排出孔外，避免降低水泥砂漿與孔壁巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度。

（4）安放錨桿：需要安裝強(qiáng)對錨桿的強(qiáng)度、面積、順直度、加工質(zhì)量等情況進(jìn)行摸查，插入錨桿時應(yīng)預(yù)留50 cm的保護(hù)層，并將灌漿管放至鉆孔底部。

（5）注漿：自下而上一次注入完畢，壓力應(yīng)大于等于0.5 MPa，中途不停灌。若有滲水原因?qū)е驴缀? h內(nèi)不能下錨，應(yīng)下錨前速洗、速設(shè)錨、速注漿。

（6）掛高強(qiáng)鋼絲網(wǎng)：高強(qiáng)鋼絲網(wǎng)采用菱形鋅鋁合金網(wǎng)，鋼絲直徑3 mm，強(qiáng)度≥1 770 MPa，網(wǎng)孔內(nèi)切圓直徑65 mm，網(wǎng)塊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格30/20/10×3.5 m。每級邊坡上緣和底部、起終點(diǎn)及每隔30 m左右設(shè)置Φ16鋼絲繩。鋼絲繩置于錨墊板下，與網(wǎng)片間隔2～3個網(wǎng)孔穿孔連接，并在兩端用錨桿固定。

（7）錨墊板貼緊固定：錨墊板采用菱形、兩端帶扣爪的專用錨墊板，尺寸≥350×170 mm，厚度≥8 mm，其長軸水平方向放置。擰上螺母，對錨墊板進(jìn)行初步固定。

（8）施加預(yù)應(yīng)力：采用常規(guī)張拉工具（例如扭力扳手、錨桿拉力計），擰緊螺旋母施加張拉預(yù)應(yīng)力至設(shè)計值。預(yù)應(yīng)力≥25 kN，使鋼絲繩網(wǎng)盡可能緊貼坡面;主錨桿設(shè)計力100 kN。

（9）噴植層施工：噴植層分基層及表面，噴植層應(yīng)配營養(yǎng)劑。其中植土、草纖維、緩釋營養(yǎng)肥料、粘合劑、保水劑等混合材料配合比應(yīng)通過實驗確定?；旌戏N子一般由4～6種草組成邊坡，要求存活率90%以上。

3 錨桿框架梁防護(hù)

針對本項目半填半挖路基，同時在高挖邊坡中也采取錨桿框架梁防護(hù)措施，具體工藝流程為：坡面清理、搭設(shè)平臺→測定錨孔位置→鉆機(jī)安裝就位→鉆孔、成孔→清孔→錨桿體制作、安裝→注漿→框格梁砼澆→自檢評定。錨桿框架梁設(shè)計如圖4所示。

具體操作要點(diǎn)如下：

3.1 框格梁制作

（1）基坑開挖：縱橫梁斷面尺寸均為30 cm×30 cm，先開挖橫向（與路線垂直）框格梁溝槽，槽底夯實，框格梁嵌入坡體深度20 cm，橫梁砼一次澆，縱梁每隔6 m、9 m、12 m設(shè)2 cm寬伸縮縫。

（2）鋼筋制作：框架基礎(chǔ)先鋪50 mm砼墊層，再進(jìn)行鋼筋安裝，如遇局部架空可用M7.5漿砌片石嵌補(bǔ);錨桿與縱橫梁鋼筋相干擾，可局部調(diào)整鋼筋、箍筋的間距或調(diào)整鋼筋綁扎角度;可利用固定筋將錨桿與縱橫主筋相連，固定筋、錨桿、主筋之間采用焊接方式連接，焊接長度不小于5倍直徑。

（3）模板安裝：為保證混凝土澆筑過程中模板底部穩(wěn)定性，可在模板下層角鋼預(yù)留孔洞中用Φ12鋼筋打入地層，上部模板的穩(wěn)定可有效利用側(cè)向支持進(jìn)行加固，確保整個模板支撐體系穩(wěn)定。

（4）砼澆筑：在澆筑梁體砼之前，要對模板的拼縫進(jìn)行封堵。錨桿框架縱向6 m為一組;縱梁伸縮縫寬20 mm，澆砼前用20 mm厚泡沫板嵌縫，事后掏出泡沫板，再用瀝青麻絮填塞，填塞深度100 mm。

3.2 施工注意事項

（1）錨桿鋼筋及鎖定鋼筋均采用HRB400的φ28鋼筋制作。

（2）錨桿接長采用雙面焊，焊接長度不小于5倍錨桿鋼筋直徑。

（3）澆筑框架梁前，要清理錨桿孔口處，并用水泥漿封堵。

（4）橫梁均采用C30鋼筋砼澆筑，框架表面必須平順美觀。

（5）橫梁截面尺寸均采用0.3×0.3 m;長度為5.98 m。

（6）錨桿注漿體采用M30水泥砂漿，采用孔底返漿法，嚴(yán)禁拔綁定的PVC注漿管。

（7）錨桿試驗：錨錨桿施工前，根據(jù)地層錨固設(shè)計要求：邊坡中錨桿抗拔力最大荷載為150 kN、各取3孔試驗，待達(dá)到強(qiáng)度后立即開始進(jìn)行拉拔實驗。

4 錨索框架梁防護(hù)

本項目中應(yīng)用到錨索框架梁防護(hù)工藝流程為：坡面清理、搭設(shè)平臺→測定錨孔位置→鉆機(jī)安裝就位→鉆孔、成孔→清孔→錨索體制作、安裝→錨固段注漿→高壓劈裂注漿→框格梁砼澆筑、安裝錨具→錨索張拉鎖定→檢驗→自由端封孔注漿→封錨→自檢評定。錨索框架梁示意如圖5所示。

具體操作要點(diǎn)如下：

（1）錨索制作：錨索在鉆孔的同時于現(xiàn)場進(jìn)行編制，內(nèi)錨固段采用波紋形狀，張拉段采用直線形狀。鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度不小于1 860 MPa，正常情況下，鋼絞線截斷余量取50 mm。在內(nèi)錨固段的范圍內(nèi)設(shè)置擴(kuò)張環(huán)和緊箍環(huán)，間距為50 cm;張拉段每隔1.5 m設(shè)置一個定位環(huán)，并用塑料管穿套，內(nèi)涂黃油;最后在錨索端頭套上導(dǎo)向帽。

（2）錨索安裝：在向錨索孔裝索之前，要檢查錨索編號是否與孔號匹配，確認(rèn)無誤后，用高壓風(fēng)清孔一次，然后開始安裝錨索。

（3）錨固法注漿：錨固法注漿采用排氣注漿法施工，錨索孔注漿使用注漿機(jī)，注漿壓力不小于0.6 MPa。

（4）立錨墩：錨墩的作用是將錨具的集中荷載傳遞到巖面并調(diào)整巖面受力方向。

（5）錨索的張拉：在張拉錨索之前，應(yīng)對張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定時，在壓力機(jī)上采用千斤頂主動出力的方法反復(fù)試驗三次，取平均值，繪出千斤頂出力（kN）和壓力表指示的壓強(qiáng)（MPa）曲線，作為錨索張拉時的依據(jù)。

（6）封孔注漿：在補(bǔ)償張拉之后，立即進(jìn)行封孔注漿。注漿管從預(yù)留孔插入，直至管口進(jìn)到錨固段頂面約50 cm?？變?nèi)的空氣通過設(shè)在定位止?jié){環(huán)處的排氣管排出。

（7）封錨：在封孔注漿之后，從錨具量起留50 mm鋼絞線，多余的部分截去，在其外部包覆厚度不小于20 cm的水泥砂漿保護(hù)層。

（8）施工注意事項：

1）四束錨索錨具采用0VM15-4型，六束錨索錨具采用0VM15-6型。四束錨采用φ76鋼套管配套，六束錨采用φ90鋼套管配套。

2）錨索采用公稱直徑φ15.2 mm高強(qiáng)度、低松弛、無粘結(jié)的鋼絞線，鋼絞線強(qiáng)度為fpk=1 860 MPa。

3）制作錨索時，鋼絞線長度比設(shè)計長度增加1.5 m錨頭張拉段。

4）注漿前必須將孔封好，錨索采用二次注漿工藝，第一次用M30水泥砂漿常壓注漿，錨固段和自由張拉段同時注入M30水泥砂漿，采用孔底返漿法，注漿壓力大約0.8 MPa，當(dāng)?shù)谝淮巫{體強(qiáng)度達(dá)到5 MPa時采用M30水泥砂漿進(jìn)行二次高壓劈裂注漿，注漿壓力不小于2 MPa。注漿應(yīng)采用自孔底向上一次有壓漿技術(shù)，中途不得停灌，要保證漿液飽滿，必要時對孔口段進(jìn)行補(bǔ)漿，不得有里空外滿的現(xiàn)象。

5）待框架混凝土達(dá)到100%和錨固灌漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的85%后（約兩周）方可進(jìn)行張拉話鎖定。

6）為了使鋼絞線受力均勻，在成束張拉前，宜采用小千斤頂對鋼絞線單束分別張拉，隨后應(yīng)取0.1～0.2倍設(shè)計張拉力值對錨索進(jìn)行1～2次預(yù)張拉，以確保錨索完全平直，各部位接觸緊密，最后進(jìn)行張拉鎖定。

7）錨索張拉為5級進(jìn)行，即：設(shè)計張拉力的20%、50%、75%、100%以及110%，除最后一級需要穩(wěn)定15～20分鐘外。

8）錨固段擴(kuò)張環(huán)與緊固環(huán)的間距為0.5 m，定位環(huán)的間距為1.5 m。

9）二次注漿管采用φ25～φ22PVC管制作，在錨固段打注漿孔、孔徑5 mm，間距30 cm，梅花形布置，并用工程膠布堵孔。

10）框架梁澆筑完成后，必需框梁段鋼套管與鋼絞線之間空隙進(jìn)行補(bǔ)漿，并住滿砂漿，防止錨具及框梁段銹蝕。

5 結(jié)語

高速公路滑塌防護(hù)技術(shù)的研究牽扯到結(jié)構(gòu)工程、巖土工程、土壤學(xué)、環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)等多個交叉學(xué)科，如何將這幾個學(xué)科知識交融綜合解決邊坡穩(wěn)定性問題，既能起到路基護(hù)坡作用又能起到生態(tài)環(huán)保作用。本文基于河惠莞高速公路項目，提出了錨桿主動網(wǎng)+客土噴播植草防護(hù)施工、錨桿框架梁防護(hù)、錨索框架梁防護(hù)技術(shù)方案和操作流程，上述工程方案、設(shè)計詳圖和施工工藝流程將為后續(xù)類似邊坡防護(hù)提供可依賴工程經(jīng)驗。

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