平陸運河高陡軟巖邊坡機械化防護施工關(guān)鍵工藝

摘 要：針對平陸運河馬道樞紐最高邊坡2#坡地質(zhì)以強中風化的泥巖為主、裂隙發(fā)育、邊坡防護安全風險大的問題，文章提出基于隧道“開挖一級、防護一級、綠化一級”施工理念的高邊坡機械化施工工藝，明確截排水溝、邊坡排水管、錨桿/索、掛網(wǎng)噴混凝土等高邊坡關(guān)鍵防護工藝的控制要點，可為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高邊坡防護；壓力分散型錨索；機械化施工；邊坡排水管

中圖分類號：U615.38? 文獻標識碼：A??文章編號：1673-4874（2024）04-0001-03

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展，水利、交通等行業(yè)工程建設面臨著朝高山峽谷等偏遠山區(qū)發(fā)展的趨勢。由于地形高差顯著，工程建設時不可避免地出現(xiàn)劈山開路，因此邊坡的安全防護施工已成為巖土工程領域中重要的研究內(nèi)容［1-2］。目前我國邊坡防護工藝大量采用人工施作，機械化程度低、施工周期長、質(zhì)量控制難度大［3］。傳統(tǒng)邊坡錨桿、排水管成孔時利用鋼管搭設腳手架平臺，在邊坡平臺上插打鋼筋，平臺支架立桿插在鋼筋上，橫桿頂撐在坡面，再采用便攜式潛孔鉆機成孔［4］。錨桿（索）灌漿時，錨孔內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造不明確，灌漿質(zhì)量不可控，灌漿周期長且過程無數(shù)據(jù)記錄，灌漿效果評價難以進行［5-6］。坡面封閉采用干法或濕法作業(yè)，干法作業(yè)時人員數(shù)量多，配合設備多，工效低；噴射式作業(yè)粉塵大，對工人和環(huán)境均造成明顯不良影響。傳統(tǒng)濕噴機功能單一、機械化程度低、施工效率低、回彈率高，同時回彈產(chǎn)生的物料影響了作業(yè)面環(huán)境［7］。

本文以平陸運河馬道樞紐邊坡工程為背景，總結(jié)了現(xiàn)場高陡軟巖邊坡防護施工技術(shù)，并對施工過程中關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制要點進行了明確，可為后續(xù)運河工程高邊坡施工提供參考。

1 工程概況

平陸運河始于西江干流西津庫區(qū)，經(jīng)欽州市沿欽江干流南下進入北部灣欽州港海域，全長134.2 km，可通航5 000噸級船舶，運河貫通后將成為中國西南地區(qū)最重要的出?？?。馬道樞紐是平陸運河的第一梯級樞紐，工程涉及13個高邊坡施工，2號坡高188 m，為運河最高邊坡。邊坡巖體節(jié)理較為發(fā)育，主要地質(zhì)條件為：砂巖、泥巖、砂泥巖互層，局部存在炭質(zhì)泥巖，且?guī)r層產(chǎn)狀為中高傾角。強風化砂巖、炭質(zhì)泥巖節(jié)理裂隙密集發(fā)育，較富水；中風化巖體除局部破碎帶外，透水性弱。

采用錨桿、錨索格梁護坡，錨桿格梁為3 m×3 m網(wǎng)格，錨桿設置在格梁交叉節(jié)點位置，單根錨桿長6 m、直徑25 mm。邊坡高度每10 m為一級，設3 m寬普通馬道，每隔30 m設一條7 m寬馬道，馬道上設置排水溝，邊坡正向坡開口線外設置截水急流槽。壓力分散型預應力錨索間距4 m以梅花形布置。錨索總長度為40～65 m，錨入中風化巖長度≥15 m，膠結(jié)式內(nèi)錨固長度為12 m，錨索孔徑200 mm；每根錨索布置4級承載體，采用12根規(guī)格1 860 MPa、直徑15.2 mm鋼絞線，單根錨索拉拔力設計值σcon=1 000 kN。典型防護斷面如圖1所示。

2 “隧道”三維施工理念

邊坡土石方開挖與防護工程必須同步進行、全斷面施工，嚴格按照“開挖一級、防護一級、綠化一級”理念進行。深度優(yōu)化施工工序：控制步距，不同工序間形成流水作業(yè)，開挖一級、噴錨一級、防護一級、綠化一級；全斷面同步施工，同一道工序拉開作業(yè)面形成平行作業(yè)；實行24 h循環(huán)作業(yè)，以空間管理換時間提前，以時間管理換空間創(chuàng)面。最終帶動防護面不斷向前。

3 施工步驟

3.1 施工流程

高邊坡的施工流程如下頁圖2所示。

3.2 施工控制要點

3.2.1 截水溝施工

測量人員提前根據(jù)設計圖紙要求，放樣出水溝位置，現(xiàn)場做好標記；根據(jù)現(xiàn)場放樣標記開挖截水溝，并進行人工修整；根據(jù)尺寸定制好模板后進行加固，完成混凝土澆筑；混凝土澆筑完成后將截水溝背后與土體之間的孔隙回填密實、平整。坡頂截水溝按設計圖施工，每5 m設置結(jié)構(gòu)縫，縫寬20 mm，用低發(fā)泡高壓聚乙烯板填充，豎向排水通道順著開挖邊坡設置，順接至坡底急流槽。

3.2.2 排水管施工

淺層排水是在坡面設置直徑為100 mm的排水孔，孔深4.0 m，間距3.0 m×3.0 m，梅花形布置。深層排水孔孔深為20～40 m，排水管預留直徑10 mm圓孔并采用土工布包裹2圈；水平向間距10～20 m，局部加密。按照放樣定位→鉆孔→排水管安裝→固定管口進行施工。嚴格控制排水管安裝方向，保證不透水側(cè)朝下，透水側(cè)朝上，承接地層中的水，便于坡體排水。嚴格控制排水管仰角，為防止出現(xiàn)“朝天式”排水管，應采用坡度尺精確測量鉆桿仰角，每次鉆孔前對鉆桿角度進行測量并記錄。

3.2.3 錨桿施工

坡面驗收完成后，測量人員放樣出排水溝及護腳墻頂口線。錨桿孔位放測時，應用油漆在巖層面上畫出孔位，孔位誤差±20 mm，根據(jù)坡面放測的孔位準確安裝、固定鉆機，認真進行機位調(diào)整，確保錨桿孔開鉆就位，縱橫誤差應≤±10 mm，鉆孔傾角和方向與坡面垂直，傾角允許誤差滿足≤2%。

坡面錨桿及排水管鉆孔采用ZGYX-420T潛孔鉆機無水干鉆成孔，錨桿鉆孔直徑80 mm、孔深5.5 m，用時僅10 min。鉆孔完成之后必須使用高壓風槍清除孔內(nèi)和孔口處的水、浮渣及粉塵。在清孔的同時，需對孔位、孔深進行檢查驗收，允許偏差為±20 mm。插入前需進行定位支架焊接，定位支架采用6.5 mm的HPB300鋼筋制作，間距1.5 m。并在距錨桿彎折段0.35 m位置焊接限位筋，防止錨桿下滑，保證彎頭卡入格梁內(nèi)。錨桿安裝后采用注漿設備從孔底灌注M30水泥漿，至孔口返漿停止，確保內(nèi)部密實、飽滿，漿液配合比可采用婆梅氏比重計檢測。待達到設計強度后按照每級邊坡設計數(shù)量抽取3%即≥3根錨桿進行拉拔試驗。

3.2.4 錨索施工

壓力分散型錨索的特點是錨索全長范圍內(nèi)鋼絞線均不與漿體直接接觸，鋼絞線均由套管及油脂保護，預應力被承載板和擠壓套轉(zhuǎn)換為承載體對注漿體的壓應力。因此，在錨索制作過程中要注意鋼絞線嵌入擠壓套內(nèi)的長度，不能過渡剝皮導致鋼絞線裸露，造成鋼絞線與注漿體粘結(jié)，張拉時局部應力集中，鋼絞線被拉壞。

為克服破碎地層易塌孔、套管不易拔出及鉆頭斷裂等現(xiàn)象，采用安曼HDL-200D型頂驅(qū)式多功能鉆機鉆進，主要特點是：（1）套管在鉆進過程中與鉆桿呈反方向旋轉(zhuǎn)鉆進巖層，避免了套管拔出困難；（2）動力頭帶有大功率頂部沖擊器，不用潛孔錘和空壓機就可以達到?jīng)_擊鉆進的效果，成孔效率高、質(zhì)量好，特別適用于富水破碎泥巖地層鉆進，其主要參數(shù)如表1所示。

常規(guī)承載板易被鋼套管管靴處的凸臺卡住，引起錨索下放困難，造成錨索卡死。采用砂輪機將承載體邊緣棱角處磨圓，形成一個人工圓角，可減少卡住的次數(shù)。

注漿時采用普通的PE注漿管，參數(shù)為外徑25 mm、壁厚2 mm、承載力1.6 MPa，注漿管與錨索一起編束，并隨錨索下放。采用三缸雙管路注漿機進行注漿，但易在靠近孔口位置處發(fā)生注漿管爆裂現(xiàn)象。由于錨索較長，孔壁易坍塌，且壓力分散型錨索的特點是靠近孔底部位的鋼絞線少，注漿管外圍保護鋼絞線的部分減少，易被坍塌的土體壓住，造成堵管或者漿液流動通道縮小。管口部位漿液不斷進入管內(nèi)，壓力上升，易造成注漿管破裂，因此需要選擇合適材質(zhì)的注漿管。經(jīng)驗證高強度PE注漿管，材質(zhì)為全新塑料，抗壓強度可達2.0 MPa，可有效防止注漿壓力大導致破裂，注漿前先采用高壓風機進行注漿管貫通。

在鉆進中遇到破碎地層時，壓力注漿會出現(xiàn)坡面漿液滲流的現(xiàn)象，主要是坡體內(nèi)裂隙發(fā)育形成了滲流通道，可將注漿機其中一根管路注漿材料更換為水玻璃，按照1%～2%的比例摻入水玻璃，提高漿液快凝性能，可有效改善注漿質(zhì)量。

待漿體強度達到要求后，采用前卡式液壓千斤頂進行張拉。張拉步驟為：12根鋼絞線均預緊至0.1σcon→單根鋼絞線拉緊至0.5σcon→1σcon→1.1σcon，循環(huán)12次，千斤頂裝卸24次。

3.2.5 掛網(wǎng)噴混凝土

沿坡面滿掛鋼筋網(wǎng)片（鋼筋6 mm，網(wǎng)格間距15 cm×15 cm），為確保坡面噴射混凝土施工質(zhì)量，采用HTSP3016濕噴機械手進行噴漿作業(yè)，可遙控操作，僅需1名操作人員。噴嘴指向與受噴面噴射角度宜保持90°，噴射距離應≤1.5 m，確保噴射均勻、坡面找平。分兩次噴射混凝土，第一次噴射4 cm，掛鋼筋網(wǎng)片后，再噴射6 cm混凝土。初噴混凝土前在鋼筋網(wǎng)下加設砂漿墊塊，混凝土保護層厚度應≥3 cm，鋼筋網(wǎng)片搭接長度為20 cm。為保證厚度控制的精度，按照高程拉通線，在格構(gòu)梁交叉點附近進行噴層厚度標釘布設。在護腳墻的頂面安裝約10 cm高模板，防止噴射混凝土落入護腳墻中，同時作為噴層厚度標記。

3.2.6 格梁施工

測量放樣基準點，人工帶線標示出格梁中線，進行格梁鋼筋綁扎，錨桿端頭彎鉤與格梁縱向鋼筋可靠連接。箍筋間距300 mm，鋼筋保護層厚度≥40 mm。格梁橫向每15.3 m為一個結(jié)構(gòu)單元，單元之間采用2 cm厚低發(fā)泡高壓聚乙烯板填充形成沉降縫；模板采用裝配式定型鋼模板，安裝時帶通線確保格梁“線型順直、坡面一刀切”效果。

3.2.7 邊坡監(jiān)測

為保證邊坡安全，設置GNSS地表水平和豎向位移監(jiān)測、人工位移觀測、巖體內(nèi)部變形監(jiān)測、錨桿（索）應力監(jiān)測、地下水監(jiān)測、降雨觀測。為適應山區(qū)地形復雜、人工測量不便、電力供應困難問題，所有監(jiān)測項目全部實現(xiàn)智能數(shù)據(jù)采集、太陽能供電、無線數(shù)據(jù)傳輸。

4 錨桿、索拉拔試驗

4.1 錨桿試驗

待漿液強度達到后進行拉拔試驗，為探索錨桿的極限拉力，持續(xù)增大錨桿的拉力，當拉力超過設計的4倍時（209.22 kN），錨桿依然完好無損，后停止試驗。

4.2 錨索試驗

2023-02-26至2023-09-20完成馬道樞紐工程先導段221根錨索驗收試驗，安裝錨索應力計持續(xù)觀測錨索預應力變化。結(jié)果表明，初期預應力損失較快，但一周以后維持穩(wěn)定，均滿足設計錨固力要求，局部監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3所示。相比于錨索試驗中采用的裸鉆、普通鉆機跟管鉆進等技術(shù)，不僅提高了施工效率，錨索施工過程中也未出現(xiàn)卡鉆、塌孔、斷鉆頭及注漿量異常等問題，確保了施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

本文結(jié)合平陸運河馬道樞紐高邊坡防護工程，對高邊坡防護施工進行了深入研究，得出以下結(jié)論：

（1）多級高邊坡施工時推薦采用大型機械設備，如履帶式潛孔鉆機、濕噴機械手、頂驅(qū)式多功能鉆機。

（2）采用大型頂驅(qū)式多功能鉆機，套管和鉆桿共同鉆進，可以有效解決在富水破碎泥巖中大直徑鉆孔時出現(xiàn)的塌孔、卡轉(zhuǎn)及套管難以拔出等施工問題，提高了施工效率和質(zhì)量。

（3）采用水泥漿和水泥-水玻璃雙液漿組合灌漿方式，先注雙液漿填補錨孔中的裂隙，避免漿液四散，再注水泥漿加固錨固段，保證錨索的錨固質(zhì)量，既保證了錨索的錨固效果，又充分減少了漿液擴散量，降低了施工成本。

參考文獻

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作者簡介：宣俊旭（1992—），工程師，主要從事水運工程建設方面工作。