山區(qū)公路病害治理中錨筋樁的運(yùn)用與研究

羅美華， 涂孝波

(國家林業(yè)和草原局 昆明勘察設(shè)計(jì)院， 昆明 650031)

近年來，隨著山區(qū)公路建設(shè)的迅速發(fā)展，路線受地形限制，開挖量大，形成了大量的高邊坡。每逢雨季來臨，高邊坡發(fā)生變形破壞，不僅威脅過往車輛和人員安全，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致公路斷交。除此之外，受山區(qū)公路獨(dú)有的自然條件的影響，導(dǎo)致越來越多的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。通過對(duì)大量地質(zhì)病害的總結(jié)分析(以沿江公路為例)，發(fā)現(xiàn)山區(qū)公路中易發(fā)生的病害主要包括邊坡坍塌、路基沉降、擋墻變形開裂、擋墻傾斜、路堤整體滑移、橋臺(tái)、涵洞路基不均勻沉降、路面開裂破損等方面。因此，如何找到一種普遍快捷的、環(huán)保的、經(jīng)濟(jì)的方案用于治理山區(qū)公路出現(xiàn)的一些地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)是很多設(shè)計(jì)人員面臨的問題。

目前，很多學(xué)者對(duì)山區(qū)公路存在的病害及錨筋樁施工、設(shè)計(jì)及災(zāi)害治理的運(yùn)用中做了大量的研究。陳全等[1]以G65包茂高速公路為陽朔至平樂段邊坡滑塌應(yīng)急處置工程為例,介紹了錨筋樁在公路邊坡滑塌應(yīng)急處置中的應(yīng)用方案；隆海軍[2]以龍開口水電站進(jìn)場(chǎng)路為例，針對(duì)常見的山區(qū)公路病害分析其原因,同時(shí)有針對(duì)性地提出相應(yīng)處治方案；陳宇輝等[3]根據(jù)試驗(yàn)段邊坡錨筋樁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),分析強(qiáng)風(fēng)化順層砂巖邊坡錨筋樁作用機(jī)理,驗(yàn)證了多角度交叉布置錨筋樁對(duì)強(qiáng)風(fēng)化順層砂巖邊坡的加固效果。李志謀[4]結(jié)合陽鹿高速公路邊坡處治實(shí)例,分析了滑坡產(chǎn)生的原因,確定了采用錨筋樁擋土墻組合片石反壓的邊坡滑塌處治方案,并通過地質(zhì)變形監(jiān)測(cè)分析,驗(yàn)證了該處治方案的效果；周波等[5]通過龍灘通航建筑物邊坡采用錨筋樁進(jìn)行支護(hù)的案例,得出錨筋樁支護(hù)方案起到加強(qiáng)支護(hù)、保證邊坡穩(wěn)定性的作用；劉全超[6]結(jié)合實(shí)際案例,在介紹固結(jié)灌漿技術(shù)和錨筋樁技術(shù)的同時(shí),對(duì)固結(jié)灌漿結(jié)合錨筋樁技術(shù)在水電站地基處理中的應(yīng)用做出初步探討,為水電站的地基加固工作提供參考；王忠輝[7]以砂漿錨筋樁在白沙河水電站廠房后邊坡巖石邊坡支護(hù)處理施工為例,研究結(jié)果表明,錨筋樁技術(shù)在進(jìn)行滑坡處理時(shí)施工簡(jiǎn)單、方便,工期短且經(jīng)濟(jì),可供類似地質(zhì)邊坡支護(hù)加固工程借鑒。童康益等[8]結(jié)合上海城區(qū)某電力隧道和管線工程項(xiàng)目特點(diǎn),工程范圍地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估,分析工程建設(shè)可能引發(fā)的邊坡失穩(wěn)、地基變形、水土突涌、地面沉降、砂土液化等地質(zhì)災(zāi)害問題,并進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分析,提出地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)措施。杜光遠(yuǎn)[9]以某高原公路K66邊坡滑坡治理為例,通過對(duì)該滑坡體的水文地質(zhì)、形成原因、穩(wěn)定性等分析,采取了錨筋樁與預(yù)應(yīng)力錨索框架梁等工程措施,并對(duì)坡體地下、地表排水進(jìn)行了綜合處治,取得了理想的治理效果,具有一定的借鑒意義。

本文將針對(duì)一些常見的山區(qū)公路病害類型，分析其災(zāi)害原因，并采用錨筋樁方案進(jìn)行治理。尤其在應(yīng)急搶險(xiǎn)中，采用錨筋樁方案不僅減少了投資，縮短了施工工期，且治理效果明顯、有效。

1 錨筋樁構(gòu)造

錨筋樁樁徑為D=130 mm或D=150 mm，間距按1～2 m布置，樁長(zhǎng)最大可達(dá)15 m。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)際地形設(shè)置多排，按梅花形布置。必要時(shí)可在錨筋樁頂部設(shè)置冠梁，增加錨筋樁的整體性。錨筋樁注漿采用M30水泥漿。水泥宜采用P.O.42.5R水泥，配合比為水泥∶水=0.45～0.55。

圖1 錨筋樁構(gòu)造

2 錨筋樁施工工藝

1)錨筋樁鉆孔施工宜采用風(fēng)動(dòng)干鉆成孔、地質(zhì)鉆成孔等；超鉆20 cm作為存渣段。在松散覆蓋層或極破碎基巖地層鉆進(jìn)過程中如果遇到成孔困難，可采用套管方式成孔；為保證注漿效果，套管必須在注漿前拔出，且須重復(fù)利用，跟管鉆進(jìn)增加的工作量以監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)為準(zhǔn)。

2)錨筋采用HRB400級(jí)鋼筋，垂直放入；錨筋頂端應(yīng)嵌入墻頂50 cm，沿桿體每隔1.0 m設(shè)置一組鋼筋托架，保證錨桿的保護(hù)層厚度不低于25 mm；錨筋之間采用雙面焊接。

3)M30水泥砂漿采用P.O.42.5R水泥，配合比為水泥：水=0.45～0.55，必須過秤計(jì)量，準(zhǔn)確配比，并用攪拌機(jī)不停攪拌，避免沉淀離析。分為兩個(gè)序次實(shí)施，即跳孔注漿。注漿采用上行式，注漿壓力為0.25～0.5 MPa，當(dāng)孔口返出正常漿液時(shí)即停止，如果出現(xiàn)漿液凝固收縮回落到孔口以下要及時(shí)補(bǔ)漿，直到孔口注滿為止。

4)在施工錨筋樁前必須在監(jiān)理的見證下做現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，試驗(yàn)的錨筋樁數(shù)量不應(yīng)少于3根，根據(jù)注漿量平均值修正設(shè)計(jì)注漿量。當(dāng)實(shí)際注漿量不超過設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，按上述正常注漿工藝實(shí)施；如現(xiàn)場(chǎng)超漿情況十分嚴(yán)重，改注水泥砂漿(水灰比采用灰砂比1∶1，水灰比0.45～0.55)。注漿前應(yīng)按設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求做好配合比試驗(yàn)。

3 錨筋樁在病害處治中的運(yùn)用

3.1 用錨筋樁處治路基沉降

由于排水不暢或者施工時(shí)路基未壓實(shí)，使得路基土物理力學(xué)指標(biāo)降低，加上過往的重車碾壓，導(dǎo)致路基發(fā)生沉陷、開裂。此時(shí)，若采用路基換填，則需要裝載機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)等重型機(jī)器，加上材料運(yùn)輸，等不僅延誤工期、造價(jià)高，而且影響道路正常通行。而采用錨筋樁進(jìn)行處治，施工主要為風(fēng)動(dòng)干鉆成孔、地質(zhì)鉆成孔等，對(duì)場(chǎng)地條件要求低，造價(jià)低，而且可以保證公路半幅路面通行。所以采用錨筋樁進(jìn)行防護(hù)是快捷、可行的。錨筋樁治理路基沉降的主要工作機(jī)理：①錨筋樁成孔注水泥漿可硬化地基土，提高地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，提高承載力。②錨筋樁穿過軟基至穩(wěn)定地層，既增加了路基的整體性，同時(shí)可以將路面壓力傳遞至路基以下的穩(wěn)定地層。

如圖2所示，K241+705～K241+760段路基地形較陡，由于該段邊溝破損，流入的地下水并未通過邊溝流入管涵排走，而是直接滲入路基，從擋墻下方的坡體中以地下泉水的形式排出，導(dǎo)致路基土體飽水軟化，進(jìn)而使地基土物理力學(xué)指標(biāo)降低。同時(shí)，地基土中的細(xì)顆粒被地下水帶走，導(dǎo)致路基發(fā)生沉陷。采用錨筋樁對(duì)該段路基加固，利用錨筋樁成孔注漿提高地基物理力學(xué)指標(biāo)，提高路基的承載力，同時(shí)路基承受來自重車的壓力一部分可通過錨筋樁作用傳到底部穩(wěn)定地層，從而使路基的整體穩(wěn)定性增大。

圖2 K241+705～K241+760段路基沉降治理方案圖(碧白公路)

3.2 錨筋樁加固擋墻

山區(qū)公路的擋墻出現(xiàn)變形開裂、滑移、傾斜的原因有很多，但主要是地基軟弱且不均勻、擋墻尺寸小、施工質(zhì)量差以及排水不暢等造成。其中，對(duì)于施工質(zhì)量較差、尺寸小引起的擋墻開裂或者傾斜，若采用拆除重建擋墻，不僅造價(jià)高、工期長(zhǎng)、公路保通難度大，而且嚴(yán)重造成資源浪費(fèi)。而采用錨筋樁加固，縮短了工期，保證了道路的通暢，造價(jià)低，節(jié)約了砂石料。錨筋樁加固擋墻的設(shè)計(jì)機(jī)理主要為：①山區(qū)公路一些路段由于施工較差，造成很多漿砌擋墻砂漿量嚴(yán)重不足，采用錨筋樁進(jìn)行加固，可以利用注水泥砂漿充填擋墻內(nèi)的空隙，從而增加擋墻的強(qiáng)度；②使用錨筋樁穿過擋墻基礎(chǔ)，可使得擋墻基礎(chǔ)埋深增大，增加了擋墻的整體剛度，同時(shí)增大了擋墻的抗滑移和抗傾覆力。K79+390～K72+450段路面開裂，擋墻變形、開裂及路基和擋墻加固方案如圖3～圖5所示。

圖3 K79+390～K72+450段路面開裂

圖4 K79+390～K72+450段擋墻變形、開裂

圖5 K79+390～K72+450段路基和擋墻加固方案

K79+390～K72+450段擋墻變形、開裂，伴隨著該段路面沉降、開裂，采用錨筋樁進(jìn)行防護(hù)，可保證半幅路基暢通，施工便捷，不僅加固了擋墻，同時(shí)也解決了路基沉降問題。達(dá)到“一石二鳥”的加固效果。

3.3 錨筋樁加固邊坡

山區(qū)公路高邊坡坍塌類型多種，雨季來臨時(shí)，對(duì)于一些邊坡坍塌主要方式是坡口坍塌，且塌方量大，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致公路斷交。對(duì)于這一類邊坡，若不及時(shí)治理，邊坡將進(jìn)一步產(chǎn)生爬坡式破壞。坡口線越爬越高，邊坡也越來越高。這一類邊坡具有邊坡高陡，全坡面防護(hù)面積大等特點(diǎn)。若采用全坡面防護(hù)，不僅工期長(zhǎng)、造價(jià)高，施工過程中公路保通也是一大難題。而且對(duì)于需要應(yīng)急搶險(xiǎn)的邊坡時(shí)間緊、任務(wù)重。采用全坡面防護(hù)是不可行的。通過分析，這類邊坡僅僅坡口線以外發(fā)生破壞。為了防止邊坡進(jìn)一步破壞，而且經(jīng)濟(jì)、快捷、有效地治理此類邊坡，采用錨筋樁進(jìn)行邊坡鎖口防護(hù)，不僅大大縮短了工期，而且節(jié)約了造價(jià)，防止了大挖大填，保護(hù)了環(huán)境，保障了來往的車輛正常通行。錨筋樁用作鎖口防護(hù)其設(shè)計(jì)機(jī)理為：①通過注漿增加了坡口巖土體力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，增大了坡口處巖土體的抗剪強(qiáng)度；②錨筋樁直接深入坡口潛在的滑動(dòng)面從而達(dá)到邊坡鎖口的作用。

K282+500～K282+520段邊坡的坍塌區(qū)域主要為邊坡坡口區(qū)域(圖6紅色線框區(qū))，若不及時(shí)治理，邊坡將越塌越高，治理成本也將增大。采用錨筋樁鎖口是從根本上解決邊坡越塌越高，越塌范圍越大的問題，縮短了工期，保護(hù)了環(huán)境，節(jié)省了造價(jià)?？蓮V泛運(yùn)用于山區(qū)公路中類似破壞模式的邊坡治理中。

3.4 錨筋樁結(jié)合其他防護(hù)措施的運(yùn)用

1)錨筋樁作基礎(chǔ)。對(duì)于山區(qū)公路一些路段，由于地形限制，在修建一些構(gòu)筑物，如擋墻、貼坡墻等無法開挖至基礎(chǔ)埋深，或者開挖到相應(yīng)埋深時(shí)，需要的材料、造價(jià)相對(duì)較高等因素?？刹捎秘Q向錨筋樁和橫向錨筋樁，即保證了構(gòu)筑物的抗傾覆同時(shí)也保證了抗滑移的要求。

2)掛網(wǎng)噴錨。對(duì)一些較破碎的巖質(zhì)邊坡，掛網(wǎng)噴錨中加入錨筋樁，即達(dá)到了封閉坡面，防止沖刷的效果，同時(shí)采用錨筋樁加固，大大提高了基巖的完整性，使整個(gè)防護(hù)區(qū)域形成了一道堅(jiān)固的、類似完整巖體的邊坡。

圖6 K282+500～K282+520段邊坡坍塌治理方案

3)施工中的輔助措施。在一些施工中，由于棄土的堆載，使得渣場(chǎng)防護(hù)中的鋼筋石籠擋墻或混凝土擋墻發(fā)生滑移、斷裂?？刹捎缅^筋樁進(jìn)行加固處理，增加擋墻的抗剪強(qiáng)度及整體性。另外，在一些路基垮塌路段施工時(shí)，為了防止交通正常通暢和施工的安全，也可沿路基坍塌口采用錨筋樁進(jìn)行加固。

4 結(jié)論

1)錨筋樁具有抗剪、抗彎強(qiáng)度大，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性好，增大巖土體的物理力學(xué)指標(biāo)，具有施工快捷、縮短工期、節(jié)約材料、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

2)錨筋樁采用風(fēng)動(dòng)干鉆成孔、地質(zhì)鉆成孔等小型機(jī)械進(jìn)行施工，對(duì)場(chǎng)地條件要求低。采用錨筋樁處治地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)對(duì)場(chǎng)地狹小，受地形條件限制，交通管制要求高，應(yīng)急搶險(xiǎn)的工程具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3)采用錨筋樁處治邊坡可防止邊坡大挖大填，錨筋樁鎖口不僅防止邊坡越垮越大，而且保護(hù)了坡口以外的樹木的正常生長(zhǎng)，節(jié)約了土地，防止了水土流失，保護(hù)了環(huán)境。

4)錨筋樁對(duì)場(chǎng)地要求小的特點(diǎn)不僅可以作為主要措施治理地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，同時(shí)也可以作為輔助措施。作為一些構(gòu)筑物的基礎(chǔ)，增大構(gòu)筑物的抗傾覆、抗滑移的安全性?；蛟谝恍r質(zhì)邊坡防護(hù)措施如掛網(wǎng)噴錨、加入錨筋樁可大大提高基巖的完整性。除此之外，在地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)施工過程中，錨筋樁可用作一些安全性防護(hù)，如擋墻基坑開挖坡面鎖口、路基的加固等。既節(jié)約，又能有力地保障施工安全。