路塹多級(jí)高邊坡階梯分層加固施工關(guān)鍵技術(shù)探討

曾聯(lián)金

摘 要：在山區(qū)修建公路時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到深挖路塹，在這種情況下，往往采用預(yù)應(yīng)力錨索格子梁植草防護(hù)的形式對(duì)路塹高邊坡進(jìn)行防護(hù)。保證施工質(zhì)量及安全，是此類工程的重中之重。本文以某高速公路項(xiàng)目為背景，對(duì)路塹多級(jí)高邊坡階梯分層加固施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：路塹高邊坡;預(yù)應(yīng)力錨索;格子梁;動(dòng)態(tài)監(jiān)控

中圖分類號(hào)：U418.52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）15-0104-04

Abstract： When building highways in mountainous areas， deep cuts are often encountered. In this case， pre-stressed anchor cables and lattice beams are often used to protect the high side slopes of the cuts. Ensuring construction quality and safety is the top priority of this type of project. This paper took a highway project as the background， and discussed the key technology of multi-level high side slope step-by-step reinforcement construction.

Keywords： high cutting slope;prestressed anchor cable;lattice beam;dynamic monitoring

預(yù)應(yīng)力錨索格子梁植草防護(hù)作為一種路基邊坡防護(hù)形式，被越來(lái)越多地應(yīng)用到各等級(jí)公路中，尤其是在高速公路中的應(yīng)用最為廣泛。該防護(hù)形式具有支護(hù)高度不受限制、造價(jià)低、自重輕、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在路塹高邊坡支護(hù)中發(fā)揮著重要作用。此工藝通過(guò)格子梁承受來(lái)自錨索的預(yù)應(yīng)力，然后再傳遞至被錨固的路塹邊坡土層中，從而改變路塹邊坡土體受力狀態(tài)，以達(dá)到穩(wěn)固路塹邊坡的目的[1]。

1 工藝流程

預(yù)應(yīng)力錨索格子梁植草防護(hù)的工藝流程為：施工準(zhǔn)備→搭設(shè)腳手架平臺(tái)→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔、清孔→錨索安裝→砂漿準(zhǔn)備→注漿→錨索養(yǎng)護(hù)及格子梁施工→混凝土養(yǎng)護(hù)→錨索張拉、鎖定→錨頭封閉。具體施工流程如圖1。

2 預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)操作要點(diǎn)

2.1 作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)及受力驗(yàn)算

2.1.1 作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)。作業(yè)平臺(tái)采用Φ48 mm×3.5 mm的Q235鋼管搭設(shè)，三向間距均為1.5 m。最下緣鋼管固定于坡腳邊溝溝底，其余立桿均沿坡面固定于邊坡土層或巖體內(nèi)，斜桿使用3層鋼管搭設(shè)。最下緣的部分作為斜撐，并固定于堅(jiān)實(shí)的地面上。作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

2.1.2 作業(yè)平臺(tái)受力驗(yàn)算。

①選用材料的相關(guān)參數(shù)。Q235鋼管的荷載為0.038 4 kN/m，抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取205 N/m2，彈性模量取206 000 N/mm2。慣性矩取12.187 cm4，截面抵抗矩取5.08 cm3，截面積為4.893 cm2，回旋半徑為1.578 cm;鋼管每米重3.841 kg;腳手板自重標(biāo)準(zhǔn)值0.4 kN/m2。

②受載分析。第一，恒載。恒載主要是作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)自重，包括構(gòu)件自重、扣件自重、桿件自重。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3所示。查閱《建筑施工腳手架實(shí)用手冊(cè)》[2]可知，步距為1.5 m，柱距為1.5 m，折合到面荷載的值為0.279 kN/m2，自重為23.7 kN。

第二，活載。活載主要是施工荷載，包括作業(yè)人員、材料及施工機(jī)具自重、風(fēng)荷載。

作業(yè)人員荷載值取2 kN/m2;施工機(jī)具荷載值取8.5 kN，單層荷載值按每3跨布置潛孔鉆機(jī)1臺(tái)，則施工機(jī)具均布荷載值為1.3 kN/m2;垂直方向的風(fēng)荷載按式（1）計(jì)算。

③作業(yè)平臺(tái)計(jì)算。作業(yè)平臺(tái)的荷載傳遞路徑為：水平橫桿→立柱?？v橫向水平桿的內(nèi)力以及變形按《建筑施工腳手架實(shí)用手冊(cè)》表4-33計(jì)算。

普通黏土經(jīng)過(guò)碾壓處理可到達(dá)此基底承載力，滿足施工要求。

2.2 錨索張拉及鎖定

預(yù)應(yīng)力錨索的張拉以及鎖定應(yīng)注意以下幾方面問(wèn)題。

第一，錨索處的格子梁表面必須平整，且與預(yù)應(yīng)力錨索軸線保持垂直。

第二，格子梁混凝土強(qiáng)度在設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上時(shí)才可以進(jìn)行張拉作業(yè)，張拉完成后，及時(shí)進(jìn)行注漿及封錨。

第三，張拉設(shè)備及儀器必須經(jīng)校準(zhǔn)后方可進(jìn)行張拉作業(yè)，并且設(shè)備應(yīng)配套標(biāo)定、配套使用。

第四，錨具、夾具及千斤頂應(yīng)緊密貼合，千斤頂、孔道及錨索軸線應(yīng)保持一致，以確保張拉力均勻且在同一條軸線上。

第五，在張拉錨索體之前，錨索應(yīng)編束，先取10%～20%設(shè)計(jì)張拉力進(jìn)行張拉，確保錨索平順，各部位緊密貼合，受力均勻，最后再按張拉程序張拉。

第六，錨索體分為5級(jí)張拉，即分別用設(shè)計(jì)張拉力的0.25倍、0.5倍、0.75倍、1倍、1.2倍進(jìn)行張拉。第5級(jí)需要穩(wěn)壓20～30 min，前4級(jí)需要穩(wěn)壓2～5 min，并及時(shí)記錄張拉情況。記錄內(nèi)容包括油表讀數(shù)、張拉力、異常情況、變形情況等。

第七，若無(wú)異常，及時(shí)進(jìn)行注漿，漿液配合比應(yīng)經(jīng)配合比試驗(yàn)確定，注漿應(yīng)飽滿，若發(fā)現(xiàn)注漿不飽滿，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次注漿。漿液嚴(yán)禁采用人工拌制。多余的外露鋼絞線，應(yīng)采用砂輪切割機(jī)切除，并及時(shí)按要求封錨[3]。

2.3 鋼絞線理論伸長(zhǎng)值計(jì)算

2.3.1 錨索體及張拉設(shè)備的主要設(shè)計(jì)參數(shù)及有關(guān)要求

第一，預(yù)應(yīng)力筋使用4束Φ15.2 mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，鋼絞線經(jīng)編束后制作成錨索體。鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度[fpk ]=1 860 MPa，公稱直徑為15.24 mm，公稱面積取140 mm2，彈性模量[E]=1.95×105 N/mm2。

第二，張拉力按[0.75 fpk ]控制，根據(jù)公稱面積換算，張拉力為195.3 kN。

第三，鋼絞線的錨固段長(zhǎng)9 m，自由段長(zhǎng)15 m，千斤頂工作長(zhǎng)0.35 m。

第四，經(jīng)標(biāo)定，使用的張拉設(shè)備的線性回歸方程為：

式中：[Y]表示壓力表讀數(shù)值，MPa;[X]表示荷載值，kN。

2.3.2 預(yù)應(yīng)力筋的張拉程序。張拉設(shè)備主要有千斤頂、油泵、錨具、夾具及油表等。張拉設(shè)備必須經(jīng)具有相關(guān)資質(zhì)的單位檢測(cè)、標(biāo)定后才可投入使用。若張拉超過(guò)200次，使用超過(guò)6個(gè)月，或設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí)，必須重新進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定證書(shū)應(yīng)妥善保管，備查。

錨索張拉分5級(jí)進(jìn)行，預(yù)應(yīng)力筋的張拉程序：0→25%×[σcon]→50%×[σcon]→75%×[σcon]→100%×[σcon]→120%×[σcon]。

具體來(lái)說(shuō)，第1級(jí)張拉力[P1]=0.25×781.2 kN=195.30 kN;第2級(jí)張拉力[P2]=0.50×781.2 kN =390.60 kN;第3級(jí)張拉力[P3]=0.75×781.2 kN =585.90 kN;第4級(jí)張拉力[P4]=1.00×781.2 kN =781.20 kN;第5級(jí)張拉力[P5]=1.20×781.2 kN=937.44 kN。

2.3.3 預(yù)應(yīng)力筋張拉后的理論拉伸長(zhǎng)值（mm）及理論油表讀數(shù)（MPa）計(jì)算。計(jì)算公式：

式中：[P]表示預(yù)應(yīng)力筋的平均張拉力，kN;[L]表示預(yù)應(yīng)力筋的長(zhǎng)度，mm;[A]表示預(yù)應(yīng)力筋的公稱面積，取140 mm2;[E]表示預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量，取1.95×105 N/mm2。

張拉數(shù)據(jù)如表1所示。

2.3.4 預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)率偏差解決辦法。預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)，應(yīng)以控制張拉力為主，輔以伸長(zhǎng)值作為校核，預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際與理論伸長(zhǎng)值的偏差應(yīng)滿足設(shè)計(jì)文件的要求。若設(shè)計(jì)文件未規(guī)定，則兩者的偏差應(yīng)保持在6%以內(nèi)，否則必須停止張拉，并查明產(chǎn)生偏差的原因，采取措施糾正。對(duì)于已出現(xiàn)偏差過(guò)大現(xiàn)象的預(yù)應(yīng)力筋，應(yīng)返工處理，重新張拉，直至偏差值滿足要求。

2.4 路塹高邊坡開(kāi)挖及加固過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)

為保證路塹高邊坡開(kāi)挖及加固施工過(guò)程的安全，應(yīng)按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求全過(guò)程進(jìn)行施工監(jiān)控，及時(shí)、準(zhǔn)確掌握邊坡土體的受力及變形情況，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有針對(duì)性地采取措施，例如，改變施工方法，優(yōu)化機(jī)械、人力、資金等的配置，從而減小事故發(fā)生的概率和事故的嚴(yán)重程度[4]。

2.4.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。路塹高邊坡開(kāi)挖及加固過(guò)程中的主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有土體變形、土體內(nèi)地應(yīng)力、土壓力、錨索內(nèi)力等。

2.4.2 監(jiān)測(cè)方案。

①土體變形監(jiān)測(cè)。在每級(jí)開(kāi)挖及加固時(shí)，在邊坡頂部、中部及下部設(shè)置水平位移、豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。水平位移監(jiān)測(cè)包括邊坡土體、格構(gòu)梁部位的水平位移監(jiān)測(cè)，該監(jiān)測(cè)手段能夠清楚地了解在邊坡開(kāi)挖及支護(hù)各階段、各部位的水平變形量。根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，在監(jiān)測(cè)時(shí)可以使用高精度的全站儀。在每級(jí)開(kāi)挖時(shí)，通過(guò)布置測(cè)斜管，可以進(jìn)行土體深層位移監(jiān)測(cè)。位移（測(cè)斜）監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目主要是邊坡坡內(nèi)土層（巖層）的傾斜值，因?yàn)闇y(cè)斜管埋深較深，比邊坡開(kāi)挖的深度大，所以可以將最下緣的初始監(jiān)測(cè)點(diǎn)看作不動(dòng)點(diǎn)。

②土壓力監(jiān)測(cè)。邊坡開(kāi)挖后，在采用預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)梁加固時(shí)，進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力監(jiān)測(cè)，同時(shí)，安放土壓力盒，邊坡分級(jí)開(kāi)挖加固時(shí)，進(jìn)行土壓力監(jiān)測(cè)。

③土體應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測(cè)。邊坡開(kāi)挖后，在采用預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)梁加固時(shí)，進(jìn)行邊坡土體內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)目的在于根據(jù)土體內(nèi)部的應(yīng)力變化情況，控制預(yù)應(yīng)力錨索施加預(yù)應(yīng)力的大小，保證施工過(guò)程的安全性。監(jiān)測(cè)點(diǎn)根據(jù)邊坡潛在的滑動(dòng)面位置確定，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別安放水平土壓力盒和豎向土壓力盒，邊坡分級(jí)開(kāi)挖加固時(shí)，進(jìn)行土體內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測(cè)[5]。

④內(nèi)力監(jiān)測(cè)。錨索內(nèi)力是反映預(yù)應(yīng)力錨索格子梁支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀況及安全狀況的最直接的指標(biāo)之一，可以詳細(xì)描繪出錨索體的實(shí)際受力隨時(shí)間變化的情況。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇在受力較大且有代表性的位置，按本工法施工時(shí)，每個(gè)邊坡開(kāi)挖分段至少選取一個(gè)斷面作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而且在一個(gè)斷面內(nèi)，每級(jí)開(kāi)挖邊坡至少選取1根錨索進(jìn)行內(nèi)力監(jiān)測(cè)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較為復(fù)雜時(shí)，可增設(shè)錨索內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

路塹高邊坡施工往往屬于危險(xiǎn)性較大的工程，在施工前，應(yīng)編制專項(xiàng)施工方案。對(duì)于高度超過(guò)30 m的巖質(zhì)邊坡以及高度超過(guò)20 m的土質(zhì)邊坡，還需要對(duì)編制的專項(xiàng)施工方案進(jìn)行專家論證。從這方面來(lái)說(shuō)，在施工中應(yīng)高度重視施工質(zhì)量及安全，避免發(fā)生群死群傷事故。工程實(shí)踐表明，嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索及監(jiān)控量測(cè)施工，能大幅提升工程質(zhì)量，減小工程事故發(fā)生的概率。

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