基于悬臂挑梁的山区公路路基施工技术

徐枫

（徐州市公路工程总公司，江苏徐州 221000）

0 引言

在常规的公路路基工程中，场地条件允许时，一般可采取填方、挖方或半填半挖等形式进行路基施工，形成路堑或路堤，也可采用挡土墙以及明洞形式。但对于某些位于不良地段的山区公路而言，其修筑时的路基施工范围可能会受到一系列的因素限制，诸如地形地貌、地层土质以及公路设计线形等，导致其路基方案设计时存在较多的客观条件限制，无法通过常规手段进行处理。与此同时，随着绿色施工、节能环保等理念的深入人心，需要大挖大凿等不利于环保的施工方案也难以适用。基于此，本文针对上述山区公路特殊条件下的路基施工，提出一种基于悬臂挑梁的公路路基施工技术，其操作便捷、原理简单，有效保证了公路路基施工的造价与工期。

1 工程概况

某山区公路项目根据方案要求需进行区段路基改建，设计改建公路区段全线长约80km，路线沿途的地质条件较差，所处山区的潜在病害种类多，诸如泥石流、滑坡、多年冻土等均有存在，且分布广泛，涉及区域范围大。本次涉及改建路段的公路路基沿线大多为较陡的山体，外侧为较深的峡谷，属于典型的危险山区公路施工。路基地层情况经勘查，主要表现为岩石风化堆积土，在不良自然环境的诱导下，如振动或降雨等，极易造成路基稳定性失衡，引起滑坡或不均匀沉降等病害。

在原先设计中，为使路基宽幅达到标准，已经采用挡土墙防护的方式实施路基拓宽，且浆砌片石工程基本完工。然而经过一段时间服役后，挡土墙最大沉降值超过了2.6m。为保证公路通行安全，若采取改线措施，则不得不进行一侧较陡岩体的开挖，施工难度巨大且安全隐患众多，经济和工期上也不允许该方案。为此，为在原先设计区段实施路基改建施工，通过当地土层勘查研究，提出一种基于悬臂挑梁的公路路基施工技术，解决了上述的相关问题。经项目应用，该悬臂挑梁路基工艺效率高、质量好，且安全性和经济性均较有优势，在工程实践中取得了良好的实施效果，适合推广应用。

2 悬臂挑梁路基施工原理

在本次山区公路的改建中，设计悬臂挑梁形式的路基区段含3个跨度，每跨长13m，并在两端头位置采取墩台基础，中间则为悬臂挑梁方案，路面的现浇板设置于挑梁上方，如图1所示。墩台基础设计在坚硬的岩石层上面。在该工艺中，挑梁下方的混凝土挡墙是受力支撑点，外侧路面上方行车荷载通过时将产生一定的弯矩，为抵消该弯矩，设计采取预应力锚杆打入坚硬岩层的方式对挑梁另一端实施固定，从而平衡路面行车荷载的弯矩，保证结构安全、不倾覆。

图1 悬臂挑梁路基的施工工艺图

3 施工方法

3.1 施工准备

（1）对施工区间的测量系统相关指标实施复测，具体包括导线与水准点等。同步对上述点位或导线实施补充或加密措施。提前按照设计方案要求完成放线施工任务。

（2）对进入到路基施工现场的各种材料进行检测，保证质量合格和计量正确。

（3）本工艺的关键一环为预应力锚索的施工，因此需要对相应的锚具、油泵、成孔机械、索体以及张拉机具等实施检定，保证其使用的有效性。

3.2 土方开挖

土方主要采取人工配合挖机的形式，大面范围采取挖机，部分边角处或邻近构件处采用人工风镐的形式进行挖除。遭遇岩层时则采用爆破开挖。挑梁下方的混凝土挡墙基础需开挖至坚硬岩层，底部呈向内侧倾斜的斜面。

3.3 墩台、挡墙施工

墩台混凝土的浇筑采用预拌混凝土的方式，主要由搅拌站生产完成后经由罐车运至现场由汽车吊实施吊灌入模。浇筑时同步采取插入式振动棒进行充分振捣，保证混凝土密实。浇筑完成后洒水养护至少7d。构件成型表面应平整、顺直。

3.4 岩体钻孔

（1）根据本次公路路基现场条件，采用干钻成孔形式，钻机型号为MGY-80型。

（2）方案中的锚索直径取130mm，凿进角度为成孔倾角85度（与水平方向夹角）。孔位最大偏差值为5cm，钻孔方向最大允许误差为1°。锚索长向的孔斜误差不大于3%。

（3）设计锚固段长10m，有效孔深不得少于设计值，最大允许正误差为400mm。

（4）钻机实施后仔细用风机将孔洞内的碎屑清除彻底，孔内残渣厚度不得大于100mm。

3.5 锚索制作

（1）预应力锚索的直径为15.2mm，采用1 860MPa级别的高强度、低松弛钢绞线。钢绞线原材应顺直，不得出现破损或死弯等质量问题。每根索杆体长16m，其中锚固段与自由段分别为10m、6m。锚索结构图如图2所示。

（2）钢绞线下料时应仔细确定其长度，一般包括锚索设计长、锚头高以及千斤顶长度，另外，不得忽略工具锚和工作锚的厚度，同时还应考虑张拉操作余量[1]。

（3）根据设计方案，将架线环、箍线环、导向帽等事先完成预制提前制，各零件的构造如图3所示。

（4）将下料完成的钢绞线平展于操作台上，按10m与6m的比例确定出锚固段与自由段的位置。在锚固段，将相应的架线环进行安装，前后距离为2m一道。在架线环之间增补箍线环，保证锚索顺直。在自由段，同样实施箍线环安装并以间距1m布置，外面包裹以直径10cm的PVC管，两者间填充有黄油。为保证锚索顶部质量，将导向帽安装于索体顶头处。

图2 锚索结构示意（单位：cm）

图3 架线环、箍线环、导向帽构件大样（单位：mm）

3.6 锚索安装

向锚索孔入索前，仔细核实锚索的编号，避免入错孔的情况发生。核实编号正确后，再次用风机清孔依次。展索入孔时，将导向帽端先置入孔内，再协作配合缓慢进尺，最终将锚索体全部插放于孔内直至设计深度。完成后再次复核锚索锚固段长度是否正确。

3.7 锚固段注浆

（1）拌制砂浆。本次锚索锚固段的砂浆强度为M30。拌制时先后加入水、砂、水泥和膨胀剂（3‰）。在加入后两者物质前，先启动拌和机进行工作，搅拌时间至少3min。

（2）安装压浆器具。实施注浆前，将密封盖、压浆嘴、压浆阀等有关的注浆配件安装到位，其中压浆管道一般是连接于压浆机及进浆阀，并保证其中的进出阀门均为开启。

（3）一次压注注浆。注浆时压力约为0.4MPa，管道由锚索底部开始喷浆而出，逐步将空气排出（止浆环设有排气管），保持一定的速度实施注浆，直至相应的注浆停止标准。

3.8 挑梁下部结构施工

挑梁下部构造主要包括0.5m厚度的混凝土垫层与1m厚的水稳碎石体系。索体锚固段结束时，先将结构底部的土基层夯平，然后铺设水稳碎石层。施工时尽量避开预埋的PVC管。垫层按传统方案支模灌注混凝土。

3.9 挑梁施工

挑梁悬臂段施工时需要搭设满堂脚手架，按传统盖梁施工方案实施。其中挑梁底模采取钢大模形式，铺设好后先进行预压，保证非弹性变形消除完全。预压质量一般为设计挑梁自重的115%。模板支设完成后进行混凝土浇筑，挑梁结构浇筑时应先从锚固段实施下料，再依次浇筑至悬臂端，过程中应合理分层，保证一次性浇筑厚度不大于0.3m。注意浇筑混凝土过程中不得碰撞预埋件，包括预埋PVC及钢板。尽量一次性完成结构浇筑，不得中断。混凝土浇筑时保证振捣密实，完工后采取覆盖保湿养护至少7d。

3.1 0锚索张拉准备工作

（1）张拉千斤顶和油压表在投入应用前须保证经过检定合格，否则有可能造成过程控制不正确而返工。

（2）锚固段的砂浆、挑梁混凝土的强度等，需要满足一定的要求才能实施张拉。

（3）安装工作锚时，应将钢绞线有序稳步地插入锚孔中，不得错乱。夹片安装时要保证缝隙均一，端头的安装位置大致处于同一竖直面内，保证受力同步。

（4）千斤顶安装轴线要须对准孔洞中心，保证张拉受力的指向性。

（5）为便于工具锚的拆卸，将部分黄油涂抹于锚环与夹片间，起到一定的润滑功能。

3.1 1锚索的安装、张拉、封锚

（1）安装：采用的预应力锚索为钢绞线制作，型号为7股5丝，抗拔力为1 860MPa。在现场场地充裕地带进行锚杆体下料，自由段相应地涂抹黄油，再采取塑料管防护。锚杆体两端用胶带密封，底部为方便钻孔时进入，应将其束紧牢靠。杆体放置时，同步将注浆管跟随杆体放入，注浆管一般固定于锚杆孔定位架的中心处，以保证不被破坏。锚索杆体放入成孔过程应保持缓慢匀速，尽量避免孔壁坍塌或发生缠绕。

（2）张拉：锚杆张拉的前提是锚索锚固段的强度达到设计强度的75%以上方能进行，不可提前进行张拉操作。正式张拉前进行一到两次的试张拉，将非弹性变形消除，并使各部件连接紧密，杆体顺直。锚索设计分三次进行张拉，分别为设计值的10%、30%以及100%，每级持荷5分钟后测定索体伸长值，同步记录数据。

（3）封锚：张拉结束后拆卸相应的配件。隔天复查，保证钢绞线没有滑丝、断丝。然后用砂轮锯切割多余的钢绞线至外露长3cm，最后使用C30混凝土封锚。

3.1 2现浇板、护栏、桥面铺装

三跨桥面梁体的安装方法为整体现浇，护栏、桥面铺装等桥面系施工同等于常规方案，不再赘述。

4 工艺控制要点

（1）锚索施工时，若出现土层性质不同于设计的情况，应告知设计方实施变更。钻孔时保证满足设计深度要求，挖深不得存在负误差。

（2）钢绞线的安装质量至关重要，过程中宜根据方案规定实施疏编穿束，依次落实架线环、箍线环的设置，不得缠绕或死弯，影响受力要求。

（3）注浆的砂浆等级至少为30MPa，根据方案配比落实控制，一般采用普通硅酸盐水泥。

（4）注浆深度和索体的锚固段直接影响挑梁自由端的弯矩，须根据方案保证质量。

（5）挑梁混凝土浇筑中应振捣密实，为保证后期张拉受力要求，特别在锚垫板附近应严格落实振动方案。

（6）所用的张拉锚具不合格时将存在张拉质量与安全隐患，必须合格后方能进场。

（7）锚固段砂浆、挑梁混凝土均涉及张拉工序，因此实施前应满足一定的强度要求。

（8）锚索张拉采用张拉力为主、伸长值为辅的方案，实际与设计伸长值偏差较大时，应暂停，解决存在的问题后才可继续张拉。

5 实施注意事项

（1）严格落实安全方针，保证山区公路施工过程的安全，设置合理的安全管理体系，配置具有相应资质的管理人员，制定科学的安全管理制度，避免出现安全质量事故。

（2）在山体周边进行挖土、成孔、张拉等工序时，有可能扰动山体的稳定性，需要提前进行勘察作业，保证专人负责到岗，落实巡视制度。

（3）开工前由召开安全知识讲座，向施工作业队进行及时的安全交底，保证相关的操作人员对从事的工序内容了然于心。

（4）张拉过程中的油泵与夹片可能存在伤人隐患，现场人员应保持一定的距离，不得站在正前方，相应区域设置安全警示牌，无关人员不得进入。

（5）每次张拉前检查张拉涉及相关配件的连接情况，保证张拉工序的顺利进行。

6 结语

本文所述的基于悬臂挑梁的山区公路路基施工方案具有一定的新颖性，其针对地形复杂、土层性质不良的山区路段，能避免重新改线带来的成本与工期压力，使路基宽度受限条件下的山区路基施工成为可能，并在综合效益上达到了理想的实施效果。

采用基于悬臂挑梁的山区公路路基施工方案，避免了山区公路因不良土层性质造成而存在的下沉、滑坡等隐患，悬臂挑梁方式还避免了改线麻烦，能精确落实设计的公路走线方案，在保证设计线形的同时，降低工程造价，保证施工安全，并避免了对山区自然环境的进一步破坏。