锚杆框架格梁在朔黄铁路扩能改造工程深路堑边坡加固防护工程中的技术应用

尚培培

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北沧州 062350)

锚杆框架格梁在朔黄铁路扩能改造工程深路堑边坡加固防护工程中的技术应用

尚培培

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北沧州 062350)

近些年来，锚杆框架格梁作为一种轻型岩土支护结构，在不良地质条件路堑及深路堑边坡加固防护工程中得到了广泛的应用，并取得了良好的加固效果。朔黄铁路扩能能改造工程深路堑边坡防护共4处，1625延长米，主要位于龙宫站和小觉站，其边坡在加固防护时均采用了锚杆框架格梁。以龙宫站为例，论述锚杆框架格梁在深路堑边坡加固防护工程中的技术应用。

锚杆框架格梁 扩能改造 深路堑 边坡防护

近些年来，锚杆框架格梁作为一种轻型岩土支护结构，在不良地质条件路堑及深路堑边坡加固防护工程中得到了广泛的应用，并取得了良好的加固效果。锚杆框架格梁支护结构由锚杆、框架格梁以及其他堑坡防护工程(如：植物防护、C20正六边形空心砼块内植草防护、浆砌片石护坡、护墙防护等)三部分共同构成，其中锚杆主要包括预应力锚杆(索)和普通全长黏结式水泥砂浆锚杆(无预应力)两种。目前，在一般的深路堑岩石边坡加固防护工程中应用较多的是普通全长黏结式水泥砂浆锚杆，而对于稳定性较差的高陡岩石边坡加固防护则采用预应力锚杆(索)。锚杆深层加固效果较好，可将堑坡表层不稳定的部分固定于堑坡深层稳定地层中，而框架格梁与坡面接触面积较大，可将锚杆传出来的力均匀分布于整个堑坡上，其他堑坡防护工程可以使堑坡尽量减少自然侵蚀，三者有机结合，相互协调作用，形成稳固的抗滑支撑结构。

朔黄铁路扩能改造工程主要集中在神池南、宁武西、龙宫、原平南、东冶、小觉、西柏坡、三汲、定州西、肃宁北、沧州西、黄骅南、黄骅港13个站及神朔改线段，路基工程主要为延长到发线或增加股道而引起的帮宽路堤、扩挖路堑、边坡防护、设置挡护及软土处理地基加固等。全线个别路基设计工点共60处，全长49 123.13延长米，主要包括高路堤及路堤坡面防护、深路堑及路堑坡面防护、软土地段路基、地下水路堑、浸水路堤、挡土墙等。其中，深路堑坡面防护共4处，1 625延长米，主要位于龙宫站和小觉站，其中龙宫站2处，位于K41+690～K42+150、K42+540～K43+100；小觉站2处，位于K201+490～K201+725、K201+900～K202+270。根据扩能改造路个别工点设计原则，当挖方地段为石质，且边坡坡面高度大于30 m时，于下两级边坡内设3 m×3 m锚杆框架格梁，锚杆框架格梁应嵌入开挖边坡内，其外侧边坡坡面再采用M7.5水泥砂浆砌片石护墙进行防护。

1 工程概况

龙宫站为朔黄线上的中间站，车站中心里程为K41+865.15，既有到发线4条(含正线)，有效长度为1 054～1 175 m，大机线1条，5 000 t列车装煤线1条。龙宫站本次改建，鉴于小里程端为曲线特大桥(芦沟特大桥)，大里程端为曲线隧道(芦庄隧道)，处于高填深挖地段，到发线只能将部分股道有效长延长至1 800 m。为避免对两侧路基均拆改，减少右侧大运公路的改移，仅在车站左侧对其进行扩建，正线K40+800～K43+200向左改移10 m，装煤线及装煤站台也相应改建。改建后，本站设1800 m到发线5条(含正线)，1050 m到发线3条，959 m装煤线1条。

龙宫站左侧进行扩建时，个别路基设计工点共包括5处，1550延长米，主要包括路堤坡面防护、深路堑及路堑坡面防护。其中，深路堑坡面防护工点共2处，1020延长米，工点具体情况如下：(1)K41+690～K42+150段线路以挖方通过，路堑中心最大挖深14.0 m，左侧路堑边坡高63.0 m；(2)K42+540～K43+100段线路以挖方通过，路堑中心最大挖深6.9 m，左侧路堑边坡高33.5 m。地层：新黄土，黄褐色，坚硬—硬塑，厚度大于3.0 m；砂岩夹页岩，紫红色、灰绿色，薄—中厚层状，强风化—弱风化。地震动峰值加速度：0.15g，最大冻结深度：1.30 m。

2 工程措施

对受自然因素作用易产生破坏的边坡坡面，应根据边坡的土质、岩性、水文地质条件、边坡坡率与高度、环境保护、水土保持要求等，选用适宜的防护措施。龙宫站站改2处深路堑边坡坡面加固防护工程如图1所示，采取的主要工程措施包括：

图1 边坡加固防护工程示意(单位：m)

(1)拆除左侧既有边坡防护，并对拆除的片石加以利用。

(2)路堑边坡坡度应根据地层岩性和产状，并参照既有边坡坡率确定，一般采用1∶0.75～1∶1.0，该站2处深路堑边坡坡率均取1∶1.0。

(3)于路基左侧侧沟外设2.0 m宽平台，并用M7.5水泥砂浆砌片石加固，厚0.3 m，平台外边坡坡面采用水泥砂浆砌片石变截面护墙防护。

(4)变截面护墙顶宽0.4 m，胸坡1∶1，背坡1: 0.95，墙底倾斜度0.2∶1，基础埋深不小于1.0 m。为增进护墙的稳定性，墙高大于8 m时，于护墙中部设耳墙一道，耳墙底宽1 m。墙高每10 m一级，每级间设2.0～4.0 m宽错台(本工点采用2.0 m)，并用M7.5水泥砂浆砌片石砌筑防护，厚0.40 m，做向堑内4%流水坡，同时在每级错台上设底宽0.40 m、高0.40 m、边墙宽0.30 m的C15混凝土平台截水沟，截水沟在适当位置同天沟连接，并保证排水畅通。护墙墙顶设厚0.25 m、宽1.0 m的墙帽，并使其嵌入边坡内0.2 m。护墙墙身高出路肩部分，每2～3 m，上、下、左、右交错设置直径0.10 m泄水孔，泄水孔采用PVC管，管尾头用透水土工布(400 g/m2)包裹，以免细颗粒被水冲走，土质或强风化软质岩路堑边坡泄水孔后还需设0.5 m×0.5 m砂夹卵(碎)石反滤层，厚0.3 m。护墙沿线路方向每隔10～20 m设伸缩缝一道，缝宽0.02 m，缝内填塞沥青麻筋。

(5)为确保边坡稳定，于K41+760～K42+102下两级及K41+880～K41+925第五、六级，K42+580～K42+697、K42+750～K42+795下两级，K42+697～K42+716最下一级路堑边坡内，设3 m×3 m锚杆框架格梁，格梁采用C30钢筋混凝土浇0.4 m×0.4 m正方形截面，锚杆采用B25 mmHRB335钢筋，长9～15 m，锚孔直径为75 mm，孔内注浆采用M30水泥砂浆；同时在边坡高20 m和土石分界处留错台宽6.0 m，边坡坡面仍采用变截面护墙防护。锚杆框架格梁布置如图2所示。

图2 锚杆框架格梁布置(单位：cm)

(6)根据现场情况，在边坡坡顶及边坡平台设置变形监测设备。

3 施工工艺流程

龙宫站站改深路堑边坡加固防护工程施工工艺流程如图3所示。

图3 龙宫站站改深路堑边坡加固防护工程施工工艺流程

4 施工控制要点

4.1 路堑开挖

路堑开挖施工前，施工单位应先对工点地形和施工地质情况进行复查核对，如地形、地质资料与原设计不符时，需及时与建设、监理及设计等有关单位联系处理。施工前，还应做好堑顶截、排水设施，形成畅通的排水系统，防止表水冲刷开挖面或局部积水，恶化边坡的地质条件，影响边坡的稳定。所采用的施工方法及施工顺序应避免扰动山体，以免引发工程滑坡。深挖路堑工程要做好土石方开挖与支挡加固工程的有机结合和进度协调，坚持“分级开挖、分级支护”的原则，自上而下，开挖一级，加固防护一级，严禁一挖到底再进行支挡防护，以确保施工期间路堑边坡的稳定。

4.2 锚杆施工

(1)测放孔位

根据施工图设计，先按设计边坡坡率整平坡面，然后在锚杆施工范围内，用仪器设置起止点固定桩，中间视条件加密，并应保证在施工阶段不得损坏；最后，以固定桩为基准，将锚杆孔位准确测放在坡面上，孔位误差不得超过±50 mm，并在测定的孔位点埋设好标志，严禁边施工边放样。

(2)钻孔

首先根据工点锚固地层的岩土性质、锚孔孔径、孔深、锚固形式以及现场施工场地条件等合理选择钻孔机具。本工程根据工点具体情况选择潜孔钻机钻孔，然后利用A50 mm脚手架杆搭设施工平台，并确保其稳定牢固。钻机用三脚支架提升到平台上，根据坡面测放孔位准确安装固定钻机，并对机位进行调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不超过±50 mm，钻孔倾角符合设计要求(倾角允许误差±3%)，最后进行钻孔施工。成孔禁止带水钻进，以确保钻孔施工不致恶化边坡条件，钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层岩土性质严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其他意外事故。钻进过程中，应对每孔地层变化(岩粉情况)、进尺速度(钻速、钻压等)及一些特殊情况做现场记录，若遇塌孔，应立即停钻，进行处理后再重新钻进，钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。为确保锚孔孔径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径；为确保锚孔孔深，要求实际钻孔深度大于设计深度0.5 m。

(3)清孔

各钻孔深度达到设计要求后，不能立即停钻，要稳钻1～2 min，防止发生孔底尖灭，达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞。钻孔完成后，使用高压空气(风压0.2～0.4 MPa)将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩(土)体的粘结强度。清孔完成后，须经现场检验合格后方可进行下道工序施工。

(4)锚杆制作及安装

锚杆采用B25 mmHRB335钢筋制作，长度误差不得大于±50 mm，沿锚杆轴线方向每隔1.5～2.0 m焊接一组对中支架(由3根长10 cm的B25 mm短钢筋组成)，以保证锚杆的保护层厚度。锚杆杆体使用前应除锈、除油。安装锚杆前再次认真核对锚孔编号，确认无误后再次用高压风吹孔，人工缓缓将锚杆放入孔内，用钢尺量出孔外露出的锚杆长度，计算孔内锚杆长度(误差控制在±50 mm范围内)，以确保孔内锚固长度。锚杆端部设弯钩，并与格梁钢筋焊接成一体，如与格梁钢筋、箍筋相干扰，可局部调整钢筋、箍筋的间距，竖、横主筋交叉点必须绑扎牢固。

(5)注浆

采用M30水泥砂浆，应按试验确定的配合比进行拌制，随拌随用。锚孔注浆应采用孔底注浆法，注浆管应插至距孔底5～10 cm处，并随水泥砂浆的注入逐渐拔出，在拔管过程中应保证管口始终埋在砂浆中，直至孔口溢出新鲜浆液，注浆压力一般为0.2 MPa。实际注浆量一般要大于理论注浆量，如注满后发现孔口浆面回落，要在30 min内进行孔底压注补浆2～3次，确保孔口浆体充满。砂浆达到设计强度的70%以前，不得敲击、摇动锚杆，不得在锚杆端头悬挂重物。

(6)拉拔试验

锚杆正式施工前，应采用与正式施工相同的施工方法施做试验锚杆，进行现场拉拔试验，以确认其抗拔力是否满足设计要求并确定施工参数。试验的锚杆数为工作锚杆的3%，且不小于3根。试验合格后方可进行大面积锚杆施工，土层及风化岩层相对应的锚杆抗拔力要求不小于80 kN。

4.3 框架格梁施工

(1)基槽开挖

开挖前，先按施工图将基槽位置测放在边坡上，然后按照框架格梁尺寸和边坡放线进行人工开挖，当格梁基槽底面或侧面不平整时，底面应采用C20混凝土或M7.5水泥砂浆摸平。

(2)立模

模板采用木模，按设计尺寸进行拼装，挂线施工，保证线形顺畅，满足设计要求。模板与混凝土接触的表面刷隔离剂，拼装要求平整、严实、牢固、净空尺寸准确。用脚手架钢杆支撑固定模板，模板底部要与基础紧密接触，以防跑浆、胀模。

(3)钢筋绑扎

在使用前应清除钢筋表面的油渍、漆污、水泥浆，并用锤敲击，剥落浮皮、铁锈等。钢筋应平直，无局部折曲。在安装绑扎框架格梁钢筋前，应先清除基槽底部浮渣，保证基础密实。钢筋连接方式、接头位置应符合设计要求，质量应符合国家和铁路行业现行有关标准的规定。此外，为保证钢筋的混凝土保护层厚度，还应在钢筋与模板之间采用垫块支垫。

(4)浇筑框架格梁混凝土

浇筑混凝土前应仔细检查模板，确保框架格梁截面尺寸符合设计要求。混凝土应连续浇筑，边浇筑边振捣。在浇筑过程中或完成时，如发现混凝土表面泌水较多，应在不扰动已浇筑混凝土的条件下，采取措施将水排除。浇筑混凝土期间，应设专人检查支架、模板、钢筋和预埋件等的稳固情况，如发现有松动、变形、移位时，应及时处理。

(5)拆模及养护

混凝土浇筑完成后，应及时对混凝土进行保温保湿养护，并在强度达到一定强度后方可拆模。暴露面混凝土初凝前，应卷起覆盖物，用抹子搓压表面至少两遍，使之平整后再次覆盖，且此时应注意覆盖物不能直接接触混凝土表面，直至混凝土终凝为止。

4.4 堑坡防护工程施工

堑坡防护工程施工应符合铁路行业现行的规范标准，防护的坡体表面应整平，坡面如有松动岩石应先清除后再施工，防护层应与岩(土)体坡面密切结合，背后不留空隙，边坡有局部超挖或凹坑时，应先行挖成向内倾斜的台阶，再用相同的圬工砌筑，不可回填土或干砌片石，严禁使用易风化岩石做砌体材料，片石最低强度等级不应低于MU30。

5 路堑高边坡变形监测

路堑高边坡变形监测项目主要包括地表变形监测、深部位移监测以及地表变形巡视等内容。当路堑边坡满足以下条件之一时，应设置边坡变形监测系统：(1)滑坡、崩塌、错落等不良地质边坡；(2)泥岩、泥灰岩、白垩系砂岩、页岩等软质岩高边坡以及软硬岩互层地段高边坡的边坡高度≥20 m时；(3)顺层路堑、受构造影响不利结构面发育的路堑或土石界面倾斜堑内存在滑动可能的路堑；(4)黄土路堑边坡高度≥30 m时；(5)其他土质及全风化层路堑边坡高度≥20 m时。其余路堑边坡变形观测以加强工地巡视为主，必要时也可自行布置监测系统，以确保施工人员及机具安全。

路堑高边坡变形监测采用的监测方法和类型主要包括边坡地表变形监测(A型)、深部位移监测(B型)两种类型，其监测断面示意图如图4所示，可根据边坡高度和工程地质条件等单独或组合设置：(1)边坡地表变形监测系统(A型)主要是通过建立射线网法观测网，沿线路方向边坡每隔30～50 m设置监测断面，每个工点应有不少于2个监测断面，每个断面分别于路堑边坡的侧沟平台、边坡平台、堑顶以及堑顶外10.0 m设置观测桩，并于边坡可能破坏的范围外30 m分别设照准点和置镜点，采用水准仪、经纬仪或全站仪测量，监测边坡水平、垂直位移等变形状态，以指导施工；(2)深部位移监测系统(B型)主要是针对滑坡、崩塌、错落等不良地质边坡，以及土质、软质岩路堑边坡存在顺层或沿土石分界面等滑动可能时设置，边坡成形后在一级边坡平台、中部边坡平台及堑顶外5.0 m钻孔成孔埋置安装测斜管(竖直孔孔深应至稳定地层一定深度内)，采用测斜仪精确地测量岩土层内部水平位移，每工点应有不少于2个监测断面，每个监测断面设1～3个监测孔。监测频率要求如下：仪器埋设后应观测几次，确定稳定的起始基准值。路堑开挖施工期，1次/天；开挖间歇期1次/3天；施工完后1～3个月内1～2次/周，3个月以上1～2次/月。观测频率可根据边坡工程安全等级、边坡稳定性和施工进程及监测类型等实际情况进行适当调整。

图4 路堑高边坡变形监测断面示意(单位：m)

龙宫站路堑高边坡施工过程中，边坡位移监测系统共设置7个观测断面：K41+690～K42+150段在K41+850(B型观测断面)、K41+900(B型观测断面)、K41+950(A型观测断面)设3个边坡位移监测断面；K42+540～K43+100在K42+660(A型观测断面)、K42+710(B型观测断面)、K42+800(B型观测断面)、K43+050(B型观测断面)设4个边坡位移监测断面。通过设置位移监测系统，可有效确保施工安全及既有线运营安全。

6 施工问题及整治措施

K42+750～K42+795段线路左侧新增股道，线路中心最大挖深约28 m，左侧边坡共三级，原设计为变截面护墙防护，下两级边坡内设3 m×3 m锚杆框架格梁。2011年10月2日，施工单位准备施工第一级边坡防护时发生边坡溜坍。事后经过各方现场共同勘查，初步确定溜坍原因为该段路堑堑顶天沟、边坡截水沟未及时施做，致使雨天堑顶地表水排水不畅，从而冲刷边坡并渗入边坡，导致边坡部分土体含水量增大并达到极限饱和状态，而且溜坍部位位于新黄土与砂岩结合面处，地质条件相对薄弱，极易形成滑动面，使该段路堑一级边坡部分土体沿滑动面发生溜坍。

经过各方共同分析研究，确定了整治方案，采取的主要技术措施包括：(1)施工单位尽快按设计图施工天沟、边坡截水沟，确保地表水排泄通畅；(2)鉴于第一级边坡已发生坍塌，于线路左侧平台外堑脚处设C25片石混凝土重力式路堑挡土墙，挡土墙高10 m，顶宽1.6 m，胸坡1∶0.30，背坡1∶0.20，沿线路方向每10 m设伸缩缝一道，缝宽0.02 m，缝内填塞沥青麻筋；墙身高出地面部分，每隔2～3 m上、下、左、右交错设置孔径0.10 m的泄水孔，采用PVC管，管尾用土工布包裹，基础需埋置在新鲜的基岩上，埋置深度不小于1.6 m；(3)挡土墙墙后分层填筑碎石土，墙后自挡土墙回填线以上每0.6 m铺设一层土工格栅(TGSG30)，宽2.0～8.0 m；(4)挡土墙以上填筑碎石土，于挡土墙顶留1.0 m平台后，以上路堤边坡坡度采用1∶1.5，高10 m，留2.81 m平台后与已施工完的护墙前边坡平台连接，坡面采用M7.5水泥砂浆砌片石砌护坡防护，厚0.30 m,,边坡平台厚0.40 m；(5)K42+950及K42+995挡土墙及护坡起点和终点与护墙边坡连接处采用M7.5水泥砂浆砌片石堵头护墙及护坡顺接。该段由于第一级边坡已按路堑重力式挡土墙施工，原设计图第一级锚杆格梁及护墙与第二级护墙不再施工。整治方案如图5所示。

图5 边坡溜坍整治方案示意(单位：m)

7 结束语

锚杆框架格梁可大大提高路堑边坡岩(土)体的强度和刚度，使边坡岩(土)体的整体性大大加强，边坡变形、位移及裂缝发展得到有效控制，边坡的稳定性得到显著提高，对不良地质条件路堑及深路堑边坡具有很好的加固效果。龙宫站站改深路堑边坡加固防护工程于2012年10月18日竣工，运营至今边已将近两年，目前该段线路运行良好，路堑边坡坚固稳定，未发生滑坡、溜坍失稳及防护工程冻胀开裂等病害，为以后朔黄线改扩建工程的深路堑边坡加固防护设计与施工提供了很好的借鉴。

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[11]铁道第三勘察设计院集团有限公司.朔黄铁路扩能改造工程神池南至黄骅港段K41+690～K42+150、K42+540～K43+100深路堑设计图(朔黄扩能施路-21、24)[R].天津：铁三院，2009

[12]铁道第三勘察设计院集团有限公司.朔黄铁路扩能改造工程神池南至黄骅港段路堑高边坡监测设计图(朔黄扩能施通-03)[R].天津：铁三院，2009

ThetechnologyapplicationoftheanchorframebeaminthedeepcuttingslopereinforcementprotectionEngineeringoftheShuo-Huangrailwayexpansionandreconstructionproject

SHANG Pei-pei

2014-08-07

尚培培(1984—)，男，2007年毕业于石家庄铁道学院土木工程专业，工程师。

1672-7479(2014)05-0029-06

U213.1+5

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