高填土路基邊坡工程中的錨桿和鋼管樁聯(lián)合加固技術(shù)

喻又平

（廣東省南粵交通河惠莞高速公路管理處，廣東河源 517000）

1 引言

高填方路基相較于常規(guī)路基來(lái)講，具備較大的修筑高度和較大的累積形變可能，通常在設(shè)計(jì)、作業(yè)和水文地理等因素的負(fù)面影響下，使其在后續(xù)運(yùn)用過(guò)程中易生成路基側(cè)滑現(xiàn)象。在采取應(yīng)急支護(hù)措施時(shí)，若未能選取適宜的措施將會(huì)導(dǎo)致路基處出現(xiàn)塌方，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和生命損失。如何選取適宜、經(jīng)濟(jì)效益較高的支護(hù)措施以應(yīng)對(duì)路基側(cè)滑狀況，是保持高填方地基穩(wěn)固性和公路正常運(yùn)營(yíng)的重要因素。

2 工程概況

由于每年夏季均持續(xù)出現(xiàn)強(qiáng)降水，某高速公路K25+680~K25+740段路基在施工填筑到上部路床的過(guò)程中，在道路右側(cè)方橫縱向均生成開(kāi)縫狀況，橫向開(kāi)縫寬度為0.5~1.0 cm。通過(guò)實(shí)地勘察、檢測(cè)可知，公路中隔離線(xiàn)右側(cè)方區(qū)域的縱向開(kāi)縫為圓弧的形狀，拱頂處于路基右側(cè)方偏向道路內(nèi)側(cè)的行車(chē)線(xiàn)內(nèi)，開(kāi)縫的兩端點(diǎn)均沿路肩的兩側(cè)延伸至邊緣，即橫向開(kāi)縫穿透了路基整體。地勢(shì)方面，公路左邊的地表高程比右邊要高，從左側(cè)到右側(cè)基本上是一個(gè)約10%的斜坡，右邊的斜坡底部有蓄水的痕跡，鑒于路基生成側(cè)滑還處在發(fā)育階段，所以右邊的路堤坡沒(méi)有明顯凸起部分，坡底處也沒(méi)有顯著凸起現(xiàn)象。

3 工程地質(zhì)條件

參照建造后的路基所留存的施工地質(zhì)鉆孔信息顯示，在勘察區(qū)域內(nèi)將施工場(chǎng)域從上到下劃分成4層，巖土特性如下。

1）素填土層的充填物料關(guān)鍵以片麻巖小碎塊和碎石為主，取芯呈現(xiàn)出碎塊或者石粒狀，部分區(qū)域?yàn)槎讨鶚?。在開(kāi)鉆進(jìn)程中進(jìn)尺要均勻，適宜深度為9~10 m。

2）粉質(zhì)黏土呈黃棕色，斷面更為粗糙，韌性適中，土壤成色不均勻，部分物料以砂礫為主，層厚0.5~1.0 m。

3）片麻巖整體均風(fēng)化后呈淺灰色，巖體風(fēng)化作用較強(qiáng)，礦物質(zhì)組成要素均遭到嚴(yán)重侵蝕，鉆進(jìn)取芯為砂土狀態(tài)，因風(fēng)化不勻?qū)е略趶?qiáng)風(fēng)化狀態(tài)下生成巖體碎塊，層厚1.0~2.0 m。

4）片麻巖進(jìn)強(qiáng)烈風(fēng)化后呈灰黃狀，巖體遭受風(fēng)化強(qiáng)度較高，為片麻結(jié)構(gòu)狀態(tài)，巖體間開(kāi)縫發(fā)育較好，鉆進(jìn)取芯為砂礫和碎屑狀態(tài)，塊體直徑通常為2~6 cm，70%的取芯概率，層深通?？刂圃?1.0 m之內(nèi)[1]。

4 路基病害原因

考察現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘測(cè)結(jié)果可知，此高填土路基之所以生成側(cè)滑，關(guān)鍵要素在于路基所處區(qū)域地形陡峭且變化大，推動(dòng)部分路基生成應(yīng)力較高區(qū)域和聚集區(qū)域。另外，由于在施工過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)段持續(xù)降水，路堤填修物料均是具有高滲透能力的砂礫、碎塊土層，由于持續(xù)的雨水滲透，使得土壤存水率增大，土體的流變性能也隨之發(fā)生改變，強(qiáng)度下降，從而造成路堤局部向外側(cè)方滑移推動(dòng)，從而生成縱向開(kāi)縫。此外，在后續(xù)測(cè)控中，還發(fā)現(xiàn)了斜坡的底端存在著大量積水，從而為斜坡滑移提供了充足的條件。為了防止高填方路基坡體邊緣滑移現(xiàn)象加重，確保工程建設(shè)和行車(chē)安全，對(duì)此段路基開(kāi)展穩(wěn)固處理顯得尤為迫切。

5 路基加固設(shè)計(jì)

5.1 設(shè)計(jì)方案

在保證公路正常運(yùn)行的情況下，采取的加固處理方式既要節(jié)約作業(yè)造價(jià)，又要維護(hù)臨近生態(tài)環(huán)境安全，且所需時(shí)長(zhǎng)較短。鑒于路基下部存有較穩(wěn)定的風(fēng)化片麻巖基礎(chǔ)，可以在作業(yè)中選擇防滑鋼管樁來(lái)增加路基的穩(wěn)固性。

在驗(yàn)算未加固前的坡體安全參數(shù)的過(guò)程中，鑒于需將線(xiàn)路垂直走向、原地質(zhì)走向由從南到北的客水流動(dòng)納入考慮范圍，因此，在開(kāi)展斜坡穩(wěn)固性的校核作業(yè)時(shí)，應(yīng)將舊有地形線(xiàn)上下兩端0.5 m之內(nèi)的土壤抗剪強(qiáng)度減小，斜坡處于非穩(wěn)定狀況。根據(jù)邊坡安全系數(shù)1.3可有效推知出斜坡其余下滑力，此下滑力是以鋼管樁與上部錨桿一同承載的，共配置2排鋼管樁，排與排間間距為1.5 m，樁與樁距離為1.0 m[2]。

5.2 鉆孔注漿

注漿技術(shù)是將混合制成后的漿液在預(yù)設(shè)的壓強(qiáng)下通過(guò)注漿管道注漿到土壤內(nèi)，使?jié){液充分浸透、填入并補(bǔ)足土壤顆粒之間的空隙，在漿液固化凝結(jié)后與土壤黏合而成新的固化物，從而增強(qiáng)地基荷載功用以提升其抗形變能力。該工程均配置豎向鉆孔，孔徑在75~90 mm，深度鉆至巖體基巖部位，每隔3 m成一孔，排距3 m，布設(shè)為矩形狀，注漿壓力為0.3~0.6 MPa。

5.3 全長(zhǎng)黏結(jié)錨桿

為了削減鋼管樁生成的內(nèi)力，在樁頂提前配置了一列錨桿，錨桿向外的一端安設(shè)在樁頂端的連接梁上，桿身上每距離1.5 m處配置一對(duì)中定位托架，將樁身和錨桿向外的一端以混凝土注漿的方式與連接梁連接起來(lái)，錨桿的類(lèi)型為全長(zhǎng)黏結(jié)錨桿。

5.4 抗滑鋼管樁

在穩(wěn)定性極差的巖性土壤中，采用抗滑樁形式的結(jié)構(gòu)作為地基的加固方法是相當(dāng)有效的。在開(kāi)展作業(yè)的進(jìn)程中，在路基的邊沿處和路肩之間，分別配置了兩組徑長(zhǎng)237 mm、厚8 mm的鋼管樁，布設(shè)樁主要參照“梅花”狀布設(shè)，其基坑深度需超過(guò)5 m。用C30混凝土澆筑鋼管內(nèi)部，外面部分用M30砂漿注漿[3]。

5.5 混凝土聯(lián)系梁

為了確保鋼管樁在整體層面上的受力分布，在每一排樁頂均配置有1根40 cm×40 cm的連接梁，這樣就可以將錨桿+鋼管樁+樁內(nèi)土壤緊密組合在一起，從而組合形成空間鋼架建構(gòu)體系，有效提高了樁的承載能力和抗彎矩性能。

6 施工技術(shù)

鑒于舊有坡體早已生成滑移狀態(tài)，所以高效安排開(kāi)工次序有助于順利開(kāi)展加固防護(hù)作業(yè)。此次加固作業(yè)的開(kāi)工次序是：鋼管樁布設(shè)作業(yè)→路基開(kāi)孔成漿作業(yè)→錨桿作業(yè)→配置聯(lián)系梁。

6.1 鋼管樁施工

1）鉆孔布設(shè)需依據(jù)實(shí)地樁點(diǎn)指定方位來(lái)配置，利用全站儀，參照設(shè)計(jì)列間距離1.0 m，排間距離1.5 m，孔位誤差低于10 mm，再以全站儀定位樁點(diǎn)和判定孔口高度，并將高度詳細(xì)記載下來(lái)，以鉆探合適的孔深度，孔徑則為350 mm。

2）需參照施工預(yù)設(shè)方案開(kāi)展生產(chǎn)和布設(shè)鋼管樁作業(yè)，樁間的交匯處需最先開(kāi)展坡口加工作業(yè)，且以焊接的方式將坡口加工完畢，焊接口外端需利用大于鋼管外徑的多層鋼管呈圓周狀有序勻稱(chēng)加固。在預(yù)埋完畢的鋼管內(nèi)部注漿C30砂漿，外層以泵輸送M30砂漿，制漿為32.5常規(guī)硅酸鹽水泥，注漿壓強(qiáng)為0.6 MPa。

6.2 路基鉆孔注漿

1）成孔前，需參照實(shí)地控制點(diǎn)精確布設(shè)作業(yè)軸線(xiàn)和成孔方位，孔直徑為75~90 mm，全部為豎向孔，以干成孔法開(kāi)展鉆探作業(yè)，若過(guò)程中形成塌方或遭遇塊石下落等狀況時(shí)，應(yīng)換用硬性合金鉆頭，鉆機(jī)在井眼周?chē)_(kāi)展鉆探作業(yè)，成孔方位必須保持在預(yù)設(shè)指定點(diǎn)的5 cm之內(nèi)。

2）制漿進(jìn)程中主要為水泥質(zhì)煤灰漿液，制漿混合比例：水泥∶粉煤灰=4∶1，煤灰水配制比為0.5~0.55，采用32.5R混合復(fù)合硅酸鹽水泥。

3）在注漿作業(yè)開(kāi)展前需預(yù)埋形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以避免因注漿作用力影響導(dǎo)致地表生成過(guò)度形變而對(duì)已建造完畢的路基造成損害。鉆孔封閉深度需在1.5 m及以上，注漿壓力則為0.3~0.6 MPa。在作業(yè)開(kāi)展期間應(yīng)仔細(xì)監(jiān)測(cè)地表高程變化和水平位移狀況，以防止路基側(cè)傾。為了避免砂漿沿著舊開(kāi)縫溢出，在注漿之前，應(yīng)先將已存有的開(kāi)縫注漿、填補(bǔ)完畢，在達(dá)到預(yù)設(shè)壓力并維持該狀態(tài)15 min后，方可停止注漿作業(yè)。

6.3 錨桿施工

1）錨桿定點(diǎn)和成孔鉆探需參照實(shí)地標(biāo)高控制方位，以水準(zhǔn)儀參照預(yù)設(shè)距離1.2 m判定錨桿所在方位，孔位誤差需在100 mm及以下。錨桿與水平方向的角度為40°，錨桿應(yīng)確保在巖體5 m內(nèi)，鉆孔直徑在100 mm及以上。

2）生產(chǎn)和布設(shè)錨桿均使用φ32 mm的2號(hào)螺栓，在桿體上每1.5 m處布置一對(duì)中定位托架，以確保鋼筋外層具有適宜厚度的混凝土防護(hù)層。在孔內(nèi)清潔完畢后，將已加工好的錨桿插入鉆孔，并對(duì)其外露部分和地點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證其外端部分能與鋼管樁及后續(xù)配置的聯(lián)系梁對(duì)接。

3）孔內(nèi)注漿主要通過(guò)泵將M30水泥漿輸送至錨孔內(nèi)，水煤灰配比0.4∶1，以32.5R常規(guī)硅酸鹽水泥開(kāi)展作業(yè)，注漿壓力為0.5~1.0 MPa。

6.4 連續(xù)梁施工

在生產(chǎn)、布設(shè)鋼管樁及錨桿的作業(yè)均終止后，再開(kāi)展連接梁配置作業(yè)。首先，在鋼管樁所設(shè)的作業(yè)軸線(xiàn)上挖出截面在40 cm×40 cm及以上的溝槽，將槽內(nèi)浮土清除后，參照預(yù)設(shè)需求布設(shè)2道鋼筋，每道均設(shè)有φ20 mm鋼筋5根，箍筋為φ6 mm@25 cm，將鋼管和鋼筋焊接，再以天然土壤為模板直接開(kāi)展混凝土注漿作業(yè)。每距離20 m配置1條寬2 cm的伸縮縫，并將瀝青麻筋填入其內(nèi)部。

7 樁側(cè)土壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

在作業(yè)期間土壓力計(jì)檢測(cè)到的壓力變化曲線(xiàn)如圖1所示。

圖1 土壓力變化曲線(xiàn)

由圖1可知，除了3號(hào)土壓力計(jì)以外，1號(hào)、2號(hào)和4號(hào)土壓力計(jì)所檢測(cè)的土壓力的變化幅度趨于一致，這是土壓力計(jì)在埋地后，地基和面層作業(yè)開(kāi)展引起的水平土壓力的改變。6月16日土壓力之所以大幅度提升，主要在于下層鋪設(shè)作業(yè)剛完畢，再加上6月中旬持續(xù)幾天的強(qiáng)降水，導(dǎo)致土體給予樁的壓力增加，隨后漸漸穩(wěn)定。3號(hào)土壓力計(jì)在埋置后雖然土壓力略有增加，但其變化區(qū)間仍低于0.1 MPa，并逐步回復(fù)到正常水平，表明在鋼管樁的防護(hù)狀態(tài)下，斜坡已逐步趨于應(yīng)力均衡，這表明以鋼管樁開(kāi)展土體防護(hù)作業(yè)是有效的。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高填土路基是國(guó)內(nèi)目前公路建設(shè)中最為普遍的一種路基，其邊坡的加固作業(yè)十分關(guān)鍵。實(shí)踐證明，在地基上引入抗滑樁+錨桿+鉆孔注漿組合技術(shù)，可以極大地改善路基的抗側(cè)滑性能。該路基圖紙的設(shè)計(jì)、作業(yè)工序和動(dòng)態(tài)監(jiān)控作業(yè)對(duì)同類(lèi)項(xiàng)目的準(zhǔn)備、作業(yè)和運(yùn)行管控具有一定的參考價(jià)值。