遵余高速湘江大橋高邊坡施工方案研究及應(yīng)用

張忠剛

中鐵開發(fā)投資集團有限公司

1 工程概況

遵余湘江大橋位于貴州省遵義市播州區(qū)與黔南州甕安縣交界處，主橋橋型布置為（72+212+560+212+72）雙塔雙索面疊合梁斜拉橋，主梁采用工字形鋼梁，橋面采用預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板。主塔為高度288m的薄壁空心菱形索塔。橋型布置如圖1所示。

圖1 邊坡支護設(shè)計圖

遵余湘江大橋橋位處山谷為“V”字形，橋位岸坡較陡，自然坡度30°～45°。橋梁主墩所處位置十分復(fù)雜，進出場交通運輸差、陡坡邊坡上下運輸難、裂縫發(fā)育、邊坡坡率陡、工序銜接難度大等難點

遵義至余慶高速公路遵余湘江大橋2#主塔施工平臺支擋防護工程地處貴州黔北山地，平臺自然邊坡陡峭。挖方邊坡最大邊坡高度61m，按臺階式設(shè)計開挖，邊坡分級高度15m，邊坡坡面巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，邊坡巖體大規(guī)模破碎。

湘江特大橋墩臺全部處于半山腰地帶，單個索塔承臺尺寸為34.8m×22.8m×7m，單個承臺樁基設(shè)計D3m樁基24根，最小樁間凈距3m，余慶岸主墩樁基長度50m，承臺底面標(biāo)高為742.67m，遵義岸主墩樁基長度48m，承臺底面標(biāo)高為762.67m。整個山體坡度基本在30°～50°左右，且多為石方山體，采用局部挖機開挖和光面爆破相結(jié)合的方式進行平臺開挖。

邊坡主要采用以下幾種方式進行防護：

（1）采用錨索框架梁+植生袋護坡。

（2）錨桿預(yù)加固。

（3）被動防護網(wǎng)。

（4）預(yù)應(yīng)力錨索+獨立錨墩。

（5）平臺外側(cè)采用氣泡混合輕質(zhì)土擋墻支護。

2 高邊坡工程施工設(shè)計

2.1 高邊坡工程施工設(shè)計理念

山區(qū)陡坡地形不良地質(zhì)高邊坡支護施工，根據(jù)現(xiàn)場實際的地質(zhì)情況，采用光面爆破開挖方式，更能確保邊坡的平整度；采用錨索框架梁的防護方式，形成穩(wěn)定的錨固體系，消除潛在滑移隱患，使整個邊坡更具有穩(wěn)定性和耐久性，為大橋的施工和運營提供了相對安全的環(huán)境。同時在施工中總結(jié)出如下四點關(guān)鍵技術(shù)，為整個高邊坡工程施工提供有力保證。

（1）巖質(zhì)陡坡破碎地帶光面爆破的邊坡開挖方式。由于本項目主墩平臺位于陡峭的斜坡地帶，并且?guī)r性較為破碎，根據(jù)以往施工經(jīng)驗，采用普通的爆破方式，一是爆破產(chǎn)生的飛石較多，造成不必要的炮損；二是普通爆破開挖形成的邊坡平整度較差，造成后續(xù)的防護工程施工困難。實際施工中實施性較差，因此改變該平臺開挖的方式，對炮眼的布置、深度、裝藥量以及引爆方式進行優(yōu)化，從而達到光面爆破的效果。

（2）該處邊坡坡面巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，邊坡巖體大規(guī)模破碎，因此為防止塌孔，現(xiàn)場鉆孔時應(yīng)采用跟管鉆進技術(shù)。錨孔孔徑為130mm，錨孔鉆進采用無水干鉆（即風(fēng)動鉆進）。為滿足錨固要求，錨固段造孔時，不得采用泥漿等有礙結(jié)合強度的護壁造孔。該邊坡巖體裂隙發(fā)育，現(xiàn)場采用跟管鉆進技術(shù)，如遇坍孔，應(yīng)立即停鉆，采用壓力為0.1MPa～0.2MPa水泥灌漿固壁，初凝后重新掃孔鉆進，成孔后應(yīng)采用高壓風(fēng)清孔，將孔內(nèi)巖粉，碎屑及積水排出，保持孔內(nèi)干燥及孔壁的干凈粗糙。孔深鉆進達到設(shè)計要求后，不能立即停鉆，要穩(wěn)鉆3min～5min，并應(yīng)及時進行錨孔清理。

（3）錨索孔道采用兩次注漿技術(shù)，第一次用M35水泥砂漿進行低壓注漿，第二次用M35凈漿進行高壓劈裂注漿，使錨索的錨固性能和耐久性更佳。錨索深度穿過邊坡的破碎帶和潛在滑移面，錨固在完整的巖體內(nèi)，錨固段長度10m，錨索孔道采用兩次注漿技術(shù)，第一次用M35水泥砂漿進行低壓注漿，第二次用M35凈漿進行高壓劈裂注漿，使錨索的錨固性能和耐久性更佳。灌漿結(jié)束以實際灌漿量大于理論吃漿量和回漿相對體積質(zhì)量大于進漿相對體積質(zhì)量且孔內(nèi)不再吸漿為控制標(biāo)準(zhǔn)。漿液收縮后及時補漿，使孔口漿液飽滿。

由于本項目地質(zhì)條件較差，存在較多小型溶槽、溶洞，注漿過程中需要采取以下措施：

①間歇性注漿，過程中分階段進行，每注漿20min中間間隔5min，可以有效的降低溶槽及裂隙的影響，減少注漿方量。

②合理的布置止?jié){環(huán)，防止水泥砂漿在相互連通的裂隙中流竄，從而造成工程量增加。

（4）大坡率巖溶發(fā)育地帶錨索框架梁施工技術(shù)。平臺邊坡巖性較為破碎，常規(guī)的防護方式比如：掛網(wǎng)噴漿、掛網(wǎng)灌木護坡、抗滑樁+重力式擋土墻等防護方式均不適用，達不到邊坡防護的效果。本項目采用錨索框架梁的方式進行防護，坡面設(shè)置混凝土框架梁與錨索外端進行錨固，對所施加預(yù)應(yīng)力后，整個邊坡在框架梁的主動壓力下形成一個相對穩(wěn)定的錨固體系。相比于傳統(tǒng)的防護方式，錨索框架梁施工技術(shù)，降低了施工難度，安全性能高，為主墩提供安全的施工環(huán)境。

為確保框架梁整體線型的平順，現(xiàn)場施工時投入大量模板資源，對每級邊坡的框架梁進行整體施作，并且采用各種型號尺寸的調(diào)節(jié)模板，延坡面整體立模，避免框架梁隨坡面起伏，確保框架梁的整體線型。

2.2 高邊坡防護工程設(shè)計參數(shù)

遵余湘江大橋主塔（余慶岸）施工平臺受主塔承臺標(biāo)高和現(xiàn)場地形地貌影響，其自然坡面及開挖邊坡較高，邊坡失穩(wěn)對湘江特大橋主塔危害較大。主塔（余慶岸）施工平臺迎山側(cè)邊坡陡峭，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，邊坡巖體大規(guī)模破碎。邊坡按臺階式設(shè)計開挖，坡率采用1：0.5，邊坡分級高度15m，各級邊坡設(shè)置2m寬平臺，平臺采用向外4%橫坡。

邊坡坡面第一、二級采用錨桿框架梁加固，錨桿框架梁水平和豎向間矩為3.0m×3.0m，呈矩形布置，框架采用C30 混凝土現(xiàn)澆；邊坡坡面第三、四級采用錨索框架梁加固，錨索水平和豎向間矩為3.0m×3.5m，呈矩形布置。錨索框架梁截面尺寸0.5m×0.5m，采用C30 混凝土現(xiàn)澆。塹頂外側(cè)設(shè)置3 排獨立錨墩錨索加固，錨墩水平間矩為3.0m，縱向間距不小于3m，獨立錨墩尺寸為1.0m×1.0m×0.5m，采用C30 混凝土現(xiàn)澆。為防止邊坡開挖過程中失穩(wěn)，其最上一級邊坡應(yīng)隨挖隨護，并設(shè)置錨桿預(yù)加固措施，錨桿間距1.5m×l.5m。

3 高邊坡工程施工方案簡述

3.1 高邊坡工程施工總體方案介紹

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，為確保項目施工整體安全性，特確定以下施工作業(yè)流程：

清除坡頂外危巖落石→施工坡頂上側(cè)第一道被動防護網(wǎng)→清表（安全處理）→開挖截水溝→施工塹頂被動防護網(wǎng)→坡頂外側(cè)三排錨索施工→第四級邊坡開挖→錨桿預(yù)加固施工→錨索施工→施工第三級邊坡頂平臺排水溝→第三級邊坡開挖→錨索施工→施工第二級邊坡頂平臺排水溝→第二級邊坡開挖→錨索施工→施工第一級邊坡頂平臺排水溝→第一級邊坡開挖→錨索施工→邊溝施工。

3.2 高邊坡工程施工工藝及方法

3.2.1 高邊坡爆破開挖施工工藝

邊坡預(yù)裂爆破施工工藝流程如下。

圖2 預(yù)裂爆破施工工藝流程圖

（1）平整工作面。一般根據(jù)鉆孔機械類型，用反鏟挖掘機對預(yù)裂爆破場地進行平整，確保預(yù)裂爆破施工場地的平整度和鉆機施工的安全場地。工作面應(yīng)盡量做到橫向平整、縱向平緩。

（2）測量放樣。預(yù)裂爆破效果的好壞很大程度上取決于預(yù)裂孔的方向、角度和深度。鉆孔前，用中海達GPS V30直線放樣功能準(zhǔn)確放樣出高邊坡的預(yù)裂孔的平面位置，孔口位置偏差不得超過1倍炮孔直徑。然后，距離預(yù)裂孔2m左右再進行直線放樣出對應(yīng)預(yù)裂孔的定向點。

（3）鉆孔。采用履帶式潛孔鉆車進行鉆孔。鉆孔前，在定向點上用簡易三腳架懸掛重垂線，使鉆車的鉆桿與重垂線保持在同一縱向平面上。

（4）布孔方式。主炮孔、輔助孔采用梅花形布孔，預(yù)裂孔沿坡頂直線布置，見圖3。

圖3 鉆孔布置平面圖（單位：m）

（5）孔位檢查。炮孔裝藥前應(yīng)對全部炮孔進行查驗，吹凈孔內(nèi)殘渣和積水，排不干的炮孔，爆破器材應(yīng)有防水措施。

（6）“藥串”加工。嚴(yán)格按爆破設(shè)計的線裝藥密度進行“藥串”加工，加工過程中，用防水膠帶將藥卷與導(dǎo)爆索、竹片綁扎牢固，防止藥卷脫落，并做好“藥串”加工記錄。

（7）裝藥。一般采用人工裝藥，多人將加工好的“藥串”輕輕抬起，慢慢地放入孔內(nèi)，使有竹片一側(cè)靠在保留區(qū)的一側(cè)。

（8）填塞。“藥串”到位后，用紙團等松軟的物質(zhì)蓋在藥柱上，然后用砂、巖粉等松散材料逐層填塞搗實。填塞長度必須滿足設(shè)計要求。

（9）網(wǎng)路連接。預(yù)裂孔內(nèi)采用導(dǎo)爆索串聯(lián)，導(dǎo)爆索網(wǎng)路的連接要可靠，孔外連接形式可采用搭接、扭結(jié)和水手接。導(dǎo)爆索主線與主炮孔的最初傳爆雷管聯(lián)接。

圖4 逐孔接力式起爆網(wǎng)路示意圖

（10）安全警戒。爆破器材運到工作面時應(yīng)設(shè)置警戒，警戒人員封鎖爆區(qū)，非爆破施工人員禁止進入爆區(qū)。

（11）擊發(fā)起爆。指揮部確定警戒完成后，發(fā)出預(yù)備信號、起爆信號。

（12）爆破安全檢查。起爆后，爆破員按規(guī)定的時間進入爆破場地進行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)危石、盲炮現(xiàn)象時，要及時處理。

（13）解除警戒。只有經(jīng)反復(fù)檢查，確保安全以后，爆破指揮部方可發(fā)出解除警戒信號。

3.2.2 錨索框架梁防護工程施工工藝

3.2.2.1 測量放樣

（1）在坡面開挖形成后，按施工圖要求采用全站儀結(jié)合坡面拉線進行測量放線，準(zhǔn)確定出錨孔和框架的位置，并鐵釬和油漆做標(biāo)記，以保證框架順直和美觀。

（2）測定孔位：采用全站儀測放孔位及傾角，并反復(fù)校核，誤差不得大于3mm。

3.2.2.2 機具準(zhǔn)備

（1）注意張拉設(shè)備及有關(guān)機具是否經(jīng)過標(biāo)定。

（2）運用兩點定線原理安裝鉆機方位角，用鉆機前后高差點和開孔點控制鉆機傾角、鉆孔軸線，鉆機安裝時多點固定，以確保鉆機穩(wěn)定可靠，鉆進時不會偏位。

3.2.2.3 坡面修整

坡面采用人工修整，隨開挖的下降及時進行清坡，清理邊坡采用臨時錨桿搭設(shè)腳手板做支護和平臺。

3.2.2.4 造孔

（1）施工平臺：采用扣件式鋼管腳手架，為全鋼腳手架，外架沿邊坡全長搭設(shè)。此腳手架用于邊坡支護施工。用Φ48×3.5鋼管和扣件搭設(shè)。腳手架立桿橫距為1.5m，立桿縱距為1.5m，腳手架內(nèi)立桿距邊坡面300mm。橫桿步距為1.2m。操作平臺采用腳手板滿鋪。外側(cè)設(shè)置1.2m高護欄。

每一級邊坡的腳手架每隔三層設(shè)置錨固附墻，附墻采用錨桿錨入堅硬巖層。每層附墻的所有水平橫桿與錨桿可靠連接。

腳手架兩端設(shè)置人行爬梯，外側(cè)滿掛密目安全網(wǎng)。

（2）造孔自下而上施工，隨鉆孔的進度，及時架立上一層操作平臺。工藝為：定位→鉆孔→高壓風(fēng)清孔。

（3）錨孔孔徑為130mm，錨孔鉆進應(yīng)采用無水干鉆（即風(fēng)動鉆進）。鉆進時根據(jù)底層變化調(diào)整鉆進速度，并記錄底層變化及地下水情況。為滿足錨固要求，錨固段造孔時，不得采用泥漿等有礙結(jié)合強度的護壁造孔。如遇松散破碎易坍孔時，應(yīng)采用跟管鉆進技術(shù)，如遇坍孔，應(yīng)立即停鉆，采用壓力為0.1MPa～0.2MPa水泥灌漿固壁，初凝后重新掃孔鉆進，成孔后應(yīng)采用高壓風(fēng)清孔，將孔內(nèi)巖粉，碎屑及積水排出，保持孔內(nèi)干燥及孔壁的干凈粗糙。孔深鉆進達到設(shè)計要求后，不能立即停鉆，要穩(wěn)鉆3min～5min，并應(yīng)及時進行錨孔清理。

④鉆孔機具的選擇：應(yīng)當(dāng)根據(jù)錨固地層的類型、鉆孔直徑、鉆孔深度、錨固工地的場地條件來選取鉆孔設(shè)備，本項目地質(zhì)為土夾石，并且有小型巖溶發(fā)育，采用以壓縮空氣為動力的潛孔鉆機，由于是在邊坡上鉆孔，坡度較陡，故選用輕便風(fēng)動小型潛孔鉆機（XZ30 型，鉆孔深度50m，鉆孔直徑小于130mm，主機重量250kg）。在巖層破碎或疏散的地層中應(yīng)采用跟套管鉆進技術(shù)，以保證鉆孔完整不坍塌。

3.2.2.5 錨索制作、運輸及安裝

（1）錨索制作：錨索按設(shè)計要求每索采用7 根Φ15.2 的高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，公稱直徑15.2mm，標(biāo)準(zhǔn)強度為1860MPa。錨索按設(shè)計的錨固段、自由（張拉）段、鎖定頭的長度和結(jié)構(gòu)要求制作。

（2）錨索運輸：錨索的運輸與安裝應(yīng)因地制宜擬定方案，條件不具備時在鉆孔現(xiàn)場編束。錨索水平運輸時，各支點間距不得大于2m，錨索彎轉(zhuǎn)半徑不宜過小，以不改錨束結(jié)構(gòu)為限；垂直運輸時，除主吊點外，其他吊點應(yīng)能使錨索快速、安全脫鉤；運輸、吊裝過程中，應(yīng)細(xì)心操作。不得損壞錨束及其防護涂層。主要依靠人工在邊坡上搬運，搬運前仔細(xì)核對該搬運的索長度與即將進入所對應(yīng)設(shè)計孔位的錨孔深度是否相符，確認(rèn)無誤后，才能組織人員抬至孔口。避免錯運，造成費工費時，甚至釀成質(zhì)量事故。搬運時，不得損壞各部位，凡有損傷的必須修復(fù)。扛抬各支點間距不得大于2m，其彎轉(zhuǎn)半徑不宜太小。

（3）錨索安裝：錨索入孔前應(yīng)進行下列各項檢驗，并經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可：錨孔內(nèi)及周圍雜物必須清除干凈；錨索長度應(yīng)與設(shè)計孔深相符；錨索編號是否與孔號一致，確認(rèn)無誤后，再以高壓風(fēng)槍清孔一次，即可安裝錨索。

3.2.2.6 注漿

（1）錨索注漿采用孔底注漿施工，漿液由孔底注入，空氣由排氣管排出，采用砂漿位置指示器控制注漿位置。

（2）注漿管安裝：注漿管應(yīng)滿足設(shè)計要求，具有足夠強度，保證注漿施工過程中注漿順利，不堵塞、爆管或破損拉斷，注漿管捆扎在錨筋體中軸部位。

（3）注漿工藝要求：錨索孔道采用兩次注漿技術(shù)，第一次用M35 水泥砂漿進行低壓注漿，第二次用M35 凈漿進行高壓劈裂注漿，使錨索的錨固性能和耐久性更佳。

灌漿結(jié)束以實際灌漿量大于理論吃漿量和回漿相對體積質(zhì)量大于進漿相對體積質(zhì)量且孔內(nèi)不再吸漿為控制標(biāo)準(zhǔn)。漿液收縮后及時補漿，使孔口漿液飽滿。

（4）由于本項目地質(zhì)條件較差，存在較多小型溶槽、溶洞，注漿過程中需要采取以下措施：

①間歇性注漿，過程中分階段進行，每注漿20min中間間隔5min，可以有效的降低溶槽及裂隙的影響，減少注漿方量。

②合理的布置止?jié){環(huán)，防止水泥砂漿在相互連通的裂隙中流竄，從而造成工程量增加。

3.2.2.7 框架梁施工

（1）從上到下開挖肋柱基礎(chǔ)，開挖過程中注意保護已施工的錨索孔。

（2）框格錨索肋柱布置：橫梁每隔2道縱梁設(shè)2cm伸縮縫，設(shè)在框格中間，縫內(nèi)采用瀝青麻筋填塞，填塞深度10cm。肋柱定位必準(zhǔn)確，應(yīng)垂直于路線，當(dāng)實測邊坡高度不以整10m 計時，可適當(dāng)調(diào)整最上一臺肋柱高度，高度變化應(yīng)平緩暫變，盡量減少破壞坡面原狀土圾植被。錨具應(yīng)設(shè)在橫豎向肋柱交結(jié)點上。

（3）框架梁混凝土拌和：由于框架梁混凝土在坡面上澆筑，作業(yè)面分散，澆筑速度較慢，須充分考慮混凝土的供應(yīng)數(shù)量和時間。

（4）混凝土的運輸：水平運輸用手推車運至卷揚機旁，垂直運輸用卷揚機沿坡面運輸4臺混凝土攪拌運輸車運輸，灌注現(xiàn)場人工用灰桶水平運輸。

（5）坍落度檢測：框架梁在坡面上澆筑，要從嚴(yán)控制坍落度。

（6）澆注混凝土框架梁：框架梁基坑開挖和澆注前用臨時錨桿和腳手板搭設(shè)臨時操作和運料平臺，采用卷揚機沿坡面垂直運料，人工灰桶運至澆筑地點。

3.2.2.8 張拉

錨索張拉時，一定要將錨索扶正與工作臺垂直后，再安裝千斤頂，張拉時應(yīng)設(shè)架保證千斤頂與工作臺垂直，確保各根鋼絞線受力均勻。

3.2.2.9 鎖定封錨

確認(rèn)錨索承載能力后，全部錨索張拉夠噸位，產(chǎn)生工程效果后，可切斷外露的工作鋼絞線，進行封錨作業(yè)。

4 結(jié)論

本項目施工設(shè)計的高邊坡施工方案，通過光面爆破工藝解決了破碎巖體坡面平整度的難題，全跟管鉆進、二次注漿工藝解決了裂隙發(fā)育、易塌孔地質(zhì)條件下，錨索鉆進和壓漿難，造價高，質(zhì)量不可控，工期長等施工困難。此方法施工山區(qū)陡峭地形不良地質(zhì)高邊坡施工質(zhì)量可靠、簡單快捷、便于控制造價，充分發(fā)揮了技術(shù)保障措施，克服了此類項目業(yè)主與施工單位的矛盾，促進了高邊坡技術(shù)的進步，增創(chuàng)了項目管理效益，為今后類似山區(qū)環(huán)境下技術(shù)復(fù)雜性橋梁基礎(chǔ)工程施工，特別是陡坡破碎地形、裂隙巖溶發(fā)育地帶、高填高挖陡邊坡的墩臺基礎(chǔ)工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗，可以大范圍的推廣應(yīng)用。