浅谈龙泉大桥桥下高边坡加固施工技术

■涂铧钦

（福州川达公路养护工程有限公司，福州 350001）

浅谈龙泉大桥桥下高边坡加固施工技术

■涂铧钦

（福州川达公路养护工程有限公司，福州 350001）

通过福银高速龙泉大桥高边坡加固处理实践，从工艺流程及技术措施等方面，阐述在已有锚固工程锚索预应力损失的情况下,利用钢管桩与预应力锚索框架梁相结合的综合加固方法，结合施工过程中所产生的问题，总结了一些经验和教训，为同类高边坡加固工程提供借鉴参考。

高速公路 边坡 钢管桩 锚索 防护加固

0 引言

随着国民经济日益增长和人民生活水平的不断提高，高速公路在经济发展和人民生活中起着举足轻重的作用，高速公路的顺畅通行倍受社会各界广泛关注。福建山区气候雨季长且暴雨频发，高速公路路基边坡开裂、滑塌的现象时有发生，如何确保高速公路路基边坡稳定问题显得非常重要，也是我们要引起高度重视的问题。高边坡病害的处治方案，是一门具有一定难度的技术课题，方案是否科学合理直接影响到运营高速公路行车顺畅和安全。

1 工程概况

龙泉大桥位于福银高速公路K169+721m（南平市境内），属低山丘陵斜坡间山谷地貌，其福州台沿线路方向自然坡较缓，坡度大致为6～20°，下部原地表为水稻田。2005年下半年，因施工时在坡体中上部大面积堆填弃土，于2006年桥下边坡发生变形，从而引起福州台发生拉脱及多处桥墩变形开裂；为此，原设计在卸除桥台周围弃土减载的基础上，采用预应力锚索框架对桥下边坡进行加固，同时结合急流槽、平台排水沟、截水天沟进行地表排水以防雨水渗入土体，该方法有效地控制了坡体变形、保证桥台及桥墩的安全。

2014年9月在对龙泉大桥外观的定期检测过程中发现龙泉大桥存在以下病害：①福州台支座纵向剪切变形1cm（图1）；②背墙开裂，形成错台2mm，缝长1.3m，缝宽0.3mm （图2）；③福州台背墙与防震挡块处开裂（图3）；④桥墩及横梁发展有多条环向裂缝及纵向裂缝（图 4）。

图1 支座变形

图2 背墙开裂

图3 挡块开裂

图4 环向裂缝

对龙泉大桥桥下边坡进行动态变形进行监测及边坡锚索预应力当前应力工作状态监测，监测结果表明：①各监测孔未发现明显变形活动情况，但是ZK3监测孔在埋深11m位置存在活动变形迹象；②所检测的锚索当前预应力均未达到设计要求，其中锚索最大的当前锚下预应力值为580kN，为设计值的82.9%，锚索最小当前锚下预应力值为288kN，仅为设计值的38.6%，锚索当前预应力平均值为408kN，预应力工作状态为设计值的58%，锚索锚固力损失比较严重。结合桥梁外观检测报告、边坡动态变形检测及锚索预应力当前应力工作状态检测结果，推测桥下边坡处于蠕动变形状态。

根据 《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）,经检测单位综合考虑检测结果，评定龙泉大桥左幅、右幅技术状况为三类桥。

2 龙泉大桥桥下边坡加固方法

对边坡进行现场踏勘后，结合桥梁外观检测报告、边坡动态变形检测及锚索预应力当前应力工作状态检测结果，鉴于龙泉大桥高边坡地质复杂,不良地质比较多,容易产生边坡推移和滑塌,为了确保边坡稳定和交通安全,本项目决定采用钢管桩、预应力锚索框架、预应力锚索十字梁、小导管注浆及消压孔等措施相结合的综合加固措施。

（1）施工总体流程

因该边坡地形变化大，且目前已有锚固工程，故采用清除表层浮土后原位加固的方法进行处理，具体施工工序如下:清除坡面浮土虚方→施做墩前消压孔→施做桥台边坡小导管注浆→施打钢管桩→浇筑钢管桩压顶梁→坡面预应力锚索注浆→浇筑锚索框架、锚索墩垫、锚索十字梁。

（2）施工准备工作

①根据施工场地情况准备好施工所需要的钢管支架及其它配套材料,张拉设备及有关机具必须由具备相关资质的单位进行标定,合格后方可使用于本项目。

② 采购所需要的无缝钢管、钢绞线等材料,所有进场的材料都必须要有出厂合格证等质量保证资料,并根据规范要求由具备相关资质的检测单位进行抽检,抽检合格后方可使用于本项目。

③ 为了工程能够顺利,提前做好路通、水通、电通和场地平整的“三通一平”工作。

3 施工方法及工艺要点

3.1 锚固工程（预应力锚索）

锚固工程主体为地下隐蔽工程，严格按照有关锚固工程施工与验收技术规范和质量检验评定标准进行，确保边坡稳定和结构安全。锚索布置详见图5。

首先对边坡已进行中线、水平、横断面复测的边坡，按设计图纸确定并标示预应力锚索的位置，并依据设计要求进行编号，施工完成后将编号用红色油漆统一印模标示于混凝土框架上。锚固工程施工前，锚索集中制作。

边坡开挖施工过程中，结合边坡稳定情况，对锚索进行预张拉。锚索的预张拉采用槽钢等构件作为坡面反力抑制结构，预张拉在锚孔注浆施工完成7d后进行，预张拉力值不超过设计拉力值的30%。框架和地梁砼施工时，间隔解除预张拉，逐片浇灌混凝土，并进行张拉锁定，严禁大面积一次性解除预张拉。

（1）施工工序

锚索施工的内容包括施工准备、造孔、锚索制作与安装、注浆、砼结构钢筋制安、锚索张拉锁定、验收、封锚等7个环节。其中有两个主要环节，一是锚孔成孔，二是锚孔注浆。锚孔成孔的技术关键是如何防止孔壁坍塌、卡钻；注浆的技术关键是如何将孔底的空气、沉渣和地下水体排出孔外，保证注浆饱满密实。

（2）施工准备 首先进行锚索抗拔拉破坏试验。在试验锚孔施工完成后，在锚固浆体达到28d龄期且锚墩砼强度达到80%后进行试验。

图5 预应力锚索布置示意图

（3）锚孔钻造

根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件等选择采用潜孔钻机进行施工。按照锚固工程施工设计图要求，将锚孔位置准确放样于坡面，孔位纵横误差不超过50mm;锚孔钻进施工前，搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面放样孔位准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保钻孔纵横误差不得超过50mm，高程误差不得超100mm，钻孔倾角和水平方向角均符合设计要求。

锚孔钻进采用无水干钻，严禁带水钻进；钻孔速度根据钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。遇到塌孔、缩孔等不良钻进现象时，立即停钻，并及时进行固壁灌浆处理，待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。钻孔达到设计深度后，稳钻1～2min。钻孔结束后，使用高压空气将孔内岩粉及杂质全部清除出孔外。

锚孔检验 孔径、孔深检查采用设计孔径的钻头和标准钻杆，验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压空气吹验不存在明显飞溅尘碴及水体现象。

（4）锚索制作与安装

本工程预应力锚索采用压力分散型锚索，锚筋材料采用无粘结高强度低松弛钢绞线，对钢绞线不同单元和钢筋锚接头进行醒目可靠的标记。钢绞线一律采用机械切割下料。锚筋下料整齐准确，误差不大于±50mm，预留张拉段钢绞线长度1.5m，钢筋锚杆0.5m。

挤压头的组装，挤压套、挤压簧安装准确，挤压顶推进均匀充分，施工过程中严格控制钢绞线挤压套挤压工艺，并抽样3%进行检测，确保单根挤压强度不低于200kN。

组装承载体时定位准确，挤压套通过螺栓在承载体和限位片之间栓接牢固。架线环间距为1.0～1.5m，准确定位、绑接牢固，锚孔孔口位置设置一个架线环。注浆管穿索安装准确定位，绑扎结实牢固，深入导向帽5～10cm。导向帽点焊固定于最前端承载板上，并留有溢浆孔，保证孔底返浆。所有的钢质部分均均匀涂刷防腐油漆。

（5）锚孔注浆

选用水灰比0.45～0.5的纯水泥浆,注浆浆液严格按照配合比搅拌均匀，随拌随用，浆体强度不低于40MPa。锚孔注浆采用孔底返浆方法直至孔口溢出新鲜浆液，严禁抽拔注浆管或孔口注浆；如发现孔口浆面回落，在30分钟内进行孔底压注补浆2～3次，确保孔口浆体充满。锚孔钻造完成后及时进行锚筋体安装和锚孔注浆。

3.2 钢管桩施工

（1）为了对坡体提供一定的刚性支撑，在左幅2#墩（即右幅1#墩）前方施做4排钢管桩,桩长24m；左幅2#墩（即右幅1#墩）后方施做3排钢管桩,桩长15m（图6）。

图6 钢管桩布置示意图

（2）施工工艺流程

① 施工准备：平整和清理场地；测量定位放线；标出桩心位置，并用石灰撒圈标出桩径大小和位置；标出打桩顺序和桩机开行路线，并在桩机开行部位上铺垫碎石。

②钻孔:因钢管桩孔径较大，本项目采用地质钻机成孔,将钻机安放在指定位置，水平放置，防止倾斜；水管与钻杆接在一起，缓慢钻进；进深2m时,需要接一次钻杆，直至钻深到设计有效深度。并用浓水泥浆护壁，清孔后下钢管再灌注水泥浆。

③下管:本工程钢管桩采用外径 Φ203mm内径Φ187mm的无缝钢管,钢管桩在工厂分段制作后在现场进行拼接,搭接部位采用套筒搭接焊，套筒高度不小于钢管桩直径两倍，套筒壁厚不小于钢管桩的壁厚，在套筒四周进行焊接，焊缝饱满 。并在钢管桩上钻出浆口，直径10mm，间距100mm，出浆孔呈梅花型交错布置。

④清管:桩孔清洗后及时将预先制作好的钢管放入孔内，钢管露出地面200mm。便于接入注浆管。

⑤注浆:本工程注浆材料采用水灰比为0.45的纯水泥浆，水泥选用普通42.5硅酸水泥；为提高浆体的早期强度，水泥浆中加入适量的早强剂。水泥浆采用专用机械拌制，把拌制的水泥浆放入灰槽内，然后由注浆机注浆。注浆自孔底至孔口灌浆，在灌至孔时，进行封孔灌注，保证钢管壁与孔壁的胶结。

⑥压顶梁施工:绑扎压顶梁钢筋→钢筋自检后报验支设压顶梁侧模并加固→检查、验收→压顶梁砼浇筑→砼养护→模板拆除。

4 施工过程中的异常情况处理

（1）由于本工程地质情况复杂,在锚孔钻造的过程中多次出现塌孔、缩孔等异常情况,为保证锚孔达到设计深度,在部分锚孔钻造中采用了套管跟进的施工技术，保证了锚索能够达到设计要求。

（2）本项目锚索较长，注浆时容易发生进浆管堵塞的情况,可通过对进浆管堵塞的锚索采取补设回浆管、利用原回浆管灌浆、并提高灌浆压力等方式进行处理。

（3）为了限制坡体在锚索作用下的变形过大甚至破坏,进而导致锚索损失部分预应力,可适当增大锚墩面积,提高锚墩与坡面的有效接触面积,达到加固的目标。

（4）钢管桩在下管过程中,由于钢管自重大,焊接后总长度较长,容易发生倾斜、卡管等异常情况,为保证钢管桩的有效长度和垂直度,施工过种中采用了挖掘机配合钻机、加以人工辅助的方式进行下管。

5 加固效果

通过采用钢管桩与预应力锚索框架梁相结合的综合治理方式对龙泉大桥桥下高边坡进行加固施工,弥补原锚固工程的锚索预应力损失,为坡体增加了一定的钢性支撑,有效地减缓了边坡土体的蠕动变形,对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面起到了积极的作用。本工程在施工期间，对桥台与边坡进行了裂缝与沉降的观测，从2015年8月的观测结果看出，施工期间桥台与边坡的裂缝和沉降没有明显的变化；项目完工后，检测单位后期对桥梁进行监测，桥梁病害没有继续发展，运行情况良好，实践证明,该加固方法对于类似的高边坡加固施工是可行有效的。

6 结语

高速公路边坡防护与加固是一项复杂的长期的工程，对于高速公路的正常运行以及自然生态环境有重要影响。所以，一定要重视高速公路的边坡防护与加固工作。在高速公路工程建设中，应该综合分析影响边坡稳定的因素，并根据工程所在地的地质情况等实际工程状况，来选择采用经济实用，合理有效的边坡加固措施，从而保证高速公路的安全可靠。

[1]JTGT523-2008，公路桥梁加固施工技术规范[S].

[2]JGJ85-2002，预应力筋用锚具技术规程[S].

[3]贾跃斌，苏桂萍.高速公路边坡防护探讨[J].技术与市场，2012（6）.

[4]福建省交通规划设计院.福银高速公路南平段龙泉大桥桥下边坡加固工程设计.