超高天塹崖壁建造及地貌復(fù)原治理施工關(guān)鍵技術(shù)*

孫曉陽

(中建八局文旅博覽投資發(fā)展有限公司,江蘇 南京 211100)

1 工程概況

江蘇園博園天塹入口工程,人行通道兩側(cè)為泥巖邊坡,最高處與人行通道高差為55m,兩邊坡治理長度為546m,邊坡傾角為77°,開挖巖石為中等風(fēng)化灰?guī)r,爆破巖石深約35m,總面積3.2萬m2,有約1.2萬m2不穩(wěn)定滑坡層,天塹入口通道改造施工周期短,生態(tài)景觀恢復(fù)難度大,如圖1所示。通過泥巖靜態(tài)爆破開挖、邊坡支護(hù)加固、實(shí)時(shí)滑坡監(jiān)測、地貌復(fù)原治理等施工技術(shù)綜合應(yīng)用,大幅縮短了施工周期,實(shí)現(xiàn)了大型邊坡治理及天塹式景觀改造快速施工,經(jīng)濟(jì)性良好,可為類似工程施工提供借鑒。

圖1 天塹入口Fig.1 Entrance of heavenly cutting

2 技術(shù)特點(diǎn)及難點(diǎn)

1)利用削坡后邊坡短期內(nèi)的自穩(wěn)定狀態(tài),通過土釘支護(hù)與表面旱噴對削坡后邊坡進(jìn)行快速加固,加強(qiáng)邊坡短期內(nèi)的自穩(wěn)性,整體先削坡至底,再自下而上進(jìn)行逆序加固,保證施工質(zhì)量,降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

2)運(yùn)用基于北斗衛(wèi)星的高精度自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng),全過程、全自動(dòng)監(jiān)測邊坡安全穩(wěn)定性,結(jié)合全站儀監(jiān)測密化網(wǎng)格,進(jìn)行高精度監(jiān)測,由預(yù)警系統(tǒng)建立邊坡滑移數(shù)學(xué)模型,擬合邊坡實(shí)時(shí)變形狀態(tài),自動(dòng)預(yù)警預(yù)報(bào)險(xiǎn)情。

3)采用高邊坡靜態(tài)爆破,通過靜態(tài)破碎劑小口徑大空隙比的切割控爆,靜態(tài)整體切割巖石,確保天塹邊坡切割面的平整度,凸顯原地質(zhì)特色。

4)通過混凝土擋墻與土方回填構(gòu)建生態(tài)恢復(fù)基礎(chǔ),運(yùn)用骨架造型+塑石咬花、雕刻、噴涂+景觀苗木、砂巖立面垂直景觀覆蓋等方法,實(shí)現(xiàn)高邊坡生態(tài)恢復(fù)和園林造景。

5)采用超重天然砂巖干掛施工法,以機(jī)械錨栓固定、砂巖堆疊搭建高邊坡砂巖天塹景觀,砂巖整體色彩合理布局、區(qū)塊呼應(yīng),實(shí)現(xiàn)天塹崖壁自然狀態(tài)仿真。

3 關(guān)鍵技術(shù)及工藝

工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程Fig.2 Process flow

3.1 靜態(tài)爆破

靜態(tài)爆破使用的破碎劑屬非爆炸危險(xiǎn)品,通過膨脹破碎巖石,無需布設(shè)雷管炸藥,無強(qiáng)烈爆炸風(fēng)險(xiǎn),無需辦理傳統(tǒng)炸藥所需的各種許可證等手續(xù),減少施工前的準(zhǔn)備時(shí)間,縮短工期。

3.1.1設(shè)計(jì)布孔

臺階爆破布孔如圖3所示(a=20cm,b=30cm)。采用φ38鉆孔;橫向分布孔距20cm,縱向30cm,鉆孔平排布置,鉆孔深度為1.5 m;沿自由面垂直鉆孔,邊坡部分的邊孔根據(jù)邊坡坡度采用傾斜鉆孔,呈梅花形排列?？咨罴s為爆破實(shí)物厚度的 80%～90%, 膨脹劑用量約為15.36kg/m3。采取逐排作業(yè),不同排同時(shí)作業(yè),鉆孔內(nèi)的余水和余渣應(yīng)用高壓機(jī)吹洗干凈,孔口旁應(yīng)干凈無土石渣。

圖3 臺階爆破布孔Fig.3 Bench blasting hole layout

3.1.2裝藥及反應(yīng)

根據(jù)施工期間的氣溫或工作環(huán)境溫度選擇無聲破碎劑型號。無聲破碎劑的密度和每立方米漿體中無聲破碎劑用量K,如表1所示。

表1 無聲破碎劑密度及漿體容量Table 1 Specific gravity and slurry capacity of silent crushing agent

無聲破碎劑用量Q計(jì)算如下:

Q=πR2LK

(1)

式中:Q為每米鉆孔的無聲破碎劑理論用量(kg/m);R為鉆孔半徑(m);L為鉆孔高度(m);K為每立方米無聲破碎劑漿體中無聲破碎劑用量(kg/m3)。

計(jì)算可得,無聲破碎劑Ⅰ,Ⅱ的理論用量Q1=4 838.064R2(kg/m);無聲破碎劑Ⅲ,Ⅳ的理論用量Q2=5 183.64R2(kg/m)。

將藥劑加30%的水充分?jǐn)嚢璩闪髻|(zhì)狀后,迅速倒入孔內(nèi)并用略小于鉆孔的捅桿搗實(shí)捅緊,特別長的鉆孔,可多分幾段,逐段捅實(shí)。如發(fā)現(xiàn)巖石裂縫,應(yīng)立即向裂縫中加水,以支持藥劑持續(xù)反應(yīng)。藥劑反應(yīng)時(shí)間與溫度相關(guān),溫度越高,反應(yīng)時(shí)間越快,通過加入保溫劑和控制拌和水溫度,將反應(yīng)時(shí)間控制在30～60min。連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示,淺孔爆破網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。

圖4 連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)Fig.4 Continuous charging structure

圖5 淺孔爆破網(wǎng)絡(luò)Fig.5 Shallow hole blasting network

3.1.3土方轉(zhuǎn)運(yùn)

靜態(tài)爆破后,土方開挖轉(zhuǎn)運(yùn)采用橫向分層、縱向分段、階梯掘進(jìn)方式。每級開挖完成后,對邊坡較高的軟弱、松散巖石邊坡,采用分級開挖、分級支擋、分級防護(hù)的坡腳預(yù)加固措施。開挖過程中應(yīng)及時(shí)做好排水工作;雨季施工時(shí),應(yīng)集中施工力量快速施工,工作面應(yīng)保持大于4%的坡度,邊坡不得受水浸泡、沖刷。靜態(tài)爆破及土石方清理完成如圖6所示。

圖6 靜態(tài)爆破及土石方清理完成Fig.6 Static blasting and earthwork cleaning completed

3.2 分級綜合支護(hù)

3.2.1一級土釘支護(hù)

邊坡機(jī)械開挖到位后,人工修整坡面達(dá)到土釘施工作業(yè)面。采用鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔,并清除孔內(nèi)的土渣。鋼管土釘采用熱軋或熱處理焊接鋼管。鋼管端部制成封閉尖錐狀,尖錐頂角取30°～60°,倒刺采用Q235B鋼管,與土釘鋼管夾角取20°～30°(見圖7)。倒刺鋼管直徑宜取20mm,壁厚同釘體鋼管,長30～40mm。土釘安放時(shí)要防止鋼管桿體彎曲,頭部距孔底100～200mm,桿體放入角度要與鉆孔角度一致。選用P·O42.5水泥漿,水灰比為0.45～0.50,注漿量不宜少于30L/m。采用孔底反向注漿法,注漿后并應(yīng)在4h內(nèi)補(bǔ)漿,注漿要飽滿。

圖7 土釘結(jié)構(gòu)Fig.7 Soil nail structure

3.2.2二級錨桿支護(hù)

鉆孔成孔采用MGZ400錨桿鉆機(jī)施工。做好孔口鎖口,防止成孔后雜物掉入孔內(nèi)。成孔后及時(shí)進(jìn)行地質(zhì)編錄。錨桿安放前應(yīng)清理孔內(nèi)余渣,桿體放入角度同鉆孔保持一致,防止桿體扭曲、孔壁受損。桿體平順緩慢推送,安裝好后使桿體始終處于鉆孔中心,桿體末端距孔底50cm。若發(fā)現(xiàn)孔壁坍塌,應(yīng)重新鉆孔、清孔,直至能順利送入錨桿為止。錨桿注水泥漿,采用P·O 42.5級硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,采用無風(fēng)化、無雜質(zhì)、級配良好的砂料,最大粒徑不大于2mm,拌和用水必須潔凈、無污染。注漿管隨錨桿桿體一同放入孔內(nèi),管端距孔底50～100mm,依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行灌漿或壓力注漿。錨桿打入崖壁如圖8所示。

圖8 錨桿打入崖壁Fig.8 Anchor rod driven into cliff wall

3.2.3三級框架梁支護(hù)

框架-剪力墻式擋墻條基以⑤2層中等風(fēng)化(泥)灰?guī)r為持力層,基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,及時(shí)進(jìn)行基底整平和夯實(shí),并隨機(jī)對基巖進(jìn)行取樣,檢測巖石單軸天然抗壓強(qiáng)度,地基承載力特征值應(yīng)≥500kPa。地梁基礎(chǔ)部分應(yīng)嵌入巖層內(nèi)1m,并將坡面鉆進(jìn)產(chǎn)生的浮土清理干凈,挖出泥漿。

框架梁模板采用15mm厚竹夾板模板,模板支撐系統(tǒng)由方木、鋼架管、絲桿、托撐、鐵絲等組成。模板的次龍骨采用30mm×50mm木方,方木每200mm鋪設(shè)1道,主龍骨采用φ48鋼管。每700mm設(shè)1道鋼架管插入坡面巖土體內(nèi)作為橫梁的下部支撐,使用扣件與大橫桿或立桿垂直連接。側(cè)模采用對拉桿每700mm拉設(shè)1道,壓頂模采用φ48鋼管,每700mm設(shè)置1道并支撐于架體上。當(dāng)完成下部梁澆筑后,下部橫梁作為上部橫梁承重平臺。外架搭設(shè)如圖9所示。

圖9 外架搭設(shè)示意Fig.9 External frame installation

豎梁采用三面支設(shè)模板,每70cm設(shè)置1道鋼架管,側(cè)模板采用對拉桿加固鎖緊。對拉螺栓布置φ12@450(橫向、縱向間距均為450mm);擋墻靠巖側(cè)斜撐鋼管按450mm×450mm間距布置,長度 ≤2.5m; 豎向木方間距為200mm。

框架梁采用C30混凝土,分級澆筑,每級高度≤4m。 主要使用車載地泵接泵管及汽車泵進(jìn)行澆筑,部分使用汽車式起重機(jī)吊料斗澆筑或溜槽輸送至框架梁澆筑部位。養(yǎng)護(hù)達(dá)7d后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索張拉。

3.3 地貌復(fù)原施工

在擋土墻內(nèi)側(cè)回填碎石及種植土,為植物綠化創(chuàng)造地形條件。在山體邊坡區(qū)坡腳附近種植生態(tài)風(fēng)景林,形成優(yōu)美的綠化景觀。通過喬灌木、地被植物的布局、搭配和組景打造形態(tài)、色彩不同的四季景觀,使邊坡及山體綠化效果豐富多彩。

3.3.1塑石景觀

采用[12鍍鋅槽鋼制作懸挑施工馬道,通過化學(xué)錨栓錨固于原框架梁上。以6號鍍鋅角鋼焊接鋪設(shè)馬道層面及馬道護(hù)欄。馬道施工完成后,以井字梁為依托,選用12,6號鍍鋅角鋼搭建山體造型。鋼骨架主體結(jié)構(gòu)采用滿焊,完成后進(jìn)行防銹處理。

以鍍鋅鋼絲網(wǎng)為基層,噴射GRC塑石混凝土找型,采用人工切縫與著色工藝,使石頭肌理與原山體融為一體,塑造與自然山體融合的景觀。

3.3.2崖壁還原

天塹外立面采用大面積天然砂巖塑造崖壁景觀,單塊天然砂巖平均面積為1.2m2,重1.3t,通過使用機(jī)械錨栓+堆疊方法,依靠天然砂巖自身強(qiáng)度及骨架錨栓連接,解決了14m天塹通道區(qū)高邊坡砂巖立面景觀的干掛施工難題;通過選用大面積天然砂巖及整體色彩配合、區(qū)塊呼應(yīng)的方式,解決了天塹崖壁顏色還原、地質(zhì)景觀藝術(shù)構(gòu)造難題。采用8.8級M12機(jī)械錨栓植入墻體100mm,配合L形鍍鋅鋼板掛件,完成石材干掛,干掛節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖10所示。

圖10 干掛節(jié)點(diǎn)構(gòu)造Fig.10 Structure of dry hanging nodes

3.4 高邊坡滑坡監(jiān)測預(yù)警

高邊坡滑坡監(jiān)測常規(guī)檢測手段測點(diǎn)多、工作量大、人員需求大,易受場地、氣象條件影響,且無法24h實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測,存在礦區(qū)山地滑坡風(fēng)險(xiǎn)。采用常規(guī)監(jiān)測與自動(dòng)監(jiān)測結(jié)合,對重點(diǎn)區(qū)域加密監(jiān)測、配合人工監(jiān)測,可實(shí)現(xiàn)施工全過程的自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測、安全監(jiān)測預(yù)警,保障工程安全施工,減小或避免邊坡災(zāi)害損失。

3.4.1定位監(jiān)測點(diǎn)位布置

天塹入口邊坡長度大,沿邊坡施工區(qū)分階段設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)位,如圖11所示。施工準(zhǔn)備期臨時(shí)邊坡監(jiān)測點(diǎn)14個(gè),施工期邊坡變形監(jiān)測點(diǎn)54個(gè),巖體穩(wěn)定性監(jiān)測點(diǎn)10個(gè),地下水位監(jiān)測點(diǎn)2個(gè),加固錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)20個(gè),錨桿應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)20個(gè)。除自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)外,應(yīng)對監(jiān)測期間周邊施工工況和監(jiān)測情況加強(qiáng)巡視。

圖11 開挖、加固期監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)Fig.11 Monitoring points layout during excavation and reinforcement period

全站儀監(jiān)測點(diǎn)在施工邊坡布網(wǎng)設(shè)立,標(biāo)識明顯,中心定位準(zhǔn)確,滿足棱鏡多次復(fù)位的要求,測點(diǎn)與工作站全站儀直線視通,共計(jì)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)73個(gè),基準(zhǔn)點(diǎn)5個(gè)。

北斗衛(wèi)星定位監(jiān)測樁由混凝土澆筑,樁頂中心埋設(shè)接收機(jī)定位底座,位置選擇在衛(wèi)星遮擋最小、遠(yuǎn)離高壓線、磁場較小處。共計(jì)布設(shè)北斗衛(wèi)星定位監(jiān)測站10個(gè)。

搭建基于北斗衛(wèi)星的監(jiān)測測量數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)時(shí)分析的北斗監(jiān)測云平臺,配套制作北斗監(jiān)測手機(jī)終端APP,提供手機(jī)端數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查看,日報(bào)表、周報(bào)、月報(bào)及動(dòng)態(tài)信息查看,全程掌握監(jiān)測點(diǎn)變形數(shù)據(jù),并提高異常數(shù)據(jù)報(bào)警功能。北斗監(jiān)測云平臺和手機(jī)終端如圖12所示。

圖12 北斗監(jiān)測云平臺和手機(jī)終端Fig.12 Beidou monitoring cloud platform and mobile terminals

3.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警

基于巖土穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型,擬合出滑坡運(yùn)動(dòng)理論下流變萌發(fā)、穩(wěn)態(tài)蠕變、失穩(wěn)劇滑3個(gè)階段曲線,依據(jù)連續(xù)性原理,求解失穩(wěn)點(diǎn)和劇滑時(shí)間,提取穩(wěn)態(tài)蠕變特征和失穩(wěn)突變特征,實(shí)現(xiàn)蠕變時(shí)效下的滑坡有效預(yù)報(bào)、預(yù)測?；逻\(yùn)動(dòng)理論模型如圖13所示。

圖13 滑坡運(yùn)動(dòng)理論模型Fig.13 Theoretical model of landslide movement

報(bào)警分為藍(lán)色報(bào)警和紅色報(bào)警:當(dāng)被監(jiān)測體進(jìn)入局部流變或蠕滑時(shí)段,給出藍(lán)色預(yù)警,預(yù)示不會發(fā)生危險(xiǎn);當(dāng)被測體進(jìn)入時(shí)效蠕變時(shí)段,給出紅色預(yù)警,預(yù)示潛在危險(xiǎn),應(yīng)密切跟蹤并預(yù)測預(yù)報(bào)。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

1)靜態(tài)爆破開挖施工,應(yīng)加強(qiáng)對開挖標(biāo)高的控制,開挖接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),預(yù)留10cm厚土層,由人工輔助小型機(jī)械進(jìn)行清底,嚴(yán)禁超挖。截水溝應(yīng)沿開挖范圍之外開挖,攔截地表水流入工作面。

2)錨索的保護(hù)層厚度應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求。錨孔成孔后,用擋板遮蓋孔口,以免雜物落入空內(nèi)。單個(gè)錨索施工結(jié)束后應(yīng)覆蓋錨索頭,以免污染。

3)土釘與錨桿施工時(shí),成孔遇到不明障礙物時(shí),應(yīng)立即停止,確認(rèn)無害時(shí),再繼續(xù)施工。

4)當(dāng)?shù)刭|(zhì)出現(xiàn)變化跡象時(shí),須用地質(zhì)雷達(dá)等方法先探明工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況,才能進(jìn)行開挖。

5)種植土回填應(yīng)選用排水透氣,有較好的保水保肥能力的種植土。不應(yīng)選用建筑垃圾土、鹽堿土、受重金屬污染或其他有害成分的土壤、河道污泥淤泥、種植酸性作物的土壤(pH值應(yīng)控制在5.0～6.5)。

6)塑石景觀噴射砂漿強(qiáng)度滿足M15,厚度滿足120mm;塑石采用灑水保濕養(yǎng)護(hù);所有鋼結(jié)構(gòu)配件、構(gòu)件,都需做好防腐防銹蝕處理,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

7)天然砂巖幕墻需要求規(guī)格、尺寸、含水量、強(qiáng)度等滿足設(shè)計(jì)指標(biāo),做好成品保護(hù)。

8)臨時(shí)施工措施,腳手架搭設(shè)等應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,編制實(shí)施方案,使用前復(fù)檢合格,現(xiàn)場做好檢查記錄。

5 結(jié)語

江蘇省園博園項(xiàng)目天塹入口工程針對超長超高邊坡加固及地貌復(fù)原治理,采用靜態(tài)爆破開挖、高陡邊坡綜合支擋技術(shù),靈活應(yīng)對地形、地況復(fù)雜的泥巖高邊坡加固治理,以北斗衛(wèi)星定位監(jiān)測實(shí)時(shí)預(yù)測預(yù)警,在邊坡發(fā)生失穩(wěn)時(shí)能及時(shí)、有效地做出應(yīng)急響應(yīng),及時(shí)快速對失穩(wěn)現(xiàn)狀做出評價(jià)并預(yù)測預(yù)報(bào),將可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害造成的影響降到最低限度,確保工程施工安全,以景觀擋土墻作骨架,搭配喬木地被組景、塑石景觀、天然砂巖幕墻景觀,建造天塹崖壁景觀,旅游景區(qū)邊坡改造利用提供新思路,建筑與園林價(jià)值較高,施工速度快,安全性高,滿足了大型旅游景區(qū)入口天塹景觀快速建造,經(jīng)濟(jì)效益明顯,可為類此工程提供借鑒與參考。