喷锚网技术在路基边坡中的应用

2010-08-15孙力虹

黑龙江交通科技 2010年2期

孙力虹

(张家口城投路桥工程有限公司)

1 概述

喷锚网支护是靠锚杆、钢筋网和混凝土层共同工作来提高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度,减小岩(土)体侧向变形,增强边坡的整体稳定性。主要适用于岩性较差、强度较低、易于风化的岩石边坡;或虽为坚硬岩层,但风化严重、节理发育、易受自然营力影响、导致大面积碎落,以及局部小型崩塌、落石的岩质边坡;或岩质边坡因爆破施工,造成大量超爆、破坏范围深入边坡内部,路堑边坡岩石破碎松散、极易发生落石、崩塌的边坡防护。张家口市城市快速路路段K 5+850～K6+355,因深切路堑,造成左边坡高达 20m,右边坡高 18m的高陡路堑石质边坡。由于施工队伍采用大爆破作业,使得左、右边坡破碎松散,犬牙交错,时有落石现象发生,严重影响后续工序的施工和将来的营运安全。为了使松散岩石边坡不出现落石、崩塌现象,确保行车安全,经技术经济比较,决定采用喷锚网支护方案进行防护。

2 设计方案及材料要求

张家口市城市快速路边坡系采用大型爆破施工形成的,岩层多为块状的层间结合较好的中厚层或厚层石灰岩体结构。由于前期爆破施工未采用将开挖区和保留区分开来的预裂爆破方式,使得岩层受一定的爆破影响,局部有层面张开裂缝,边坡破碎松散、犬牙交错,时有落石现象发生;根据路堑边坡现状,将需要加固防护的边坡分喷锚挂网防护和素喷混凝土防护两种类型;对边坡较高、坡面松散破碎严重,且破碎岩层较厚的地方采用喷锚网防护;而对那些边坡较低,只有少量裂缝,破碎不严重的地方则采用素喷混凝土防护,如路线前进方向的右侧边坡因边坡较低,破碎不严重,大部分采用了速喷混凝土保护。

2.1 构造设计方案

(1)喷射混凝土厚度采用 10 cm,喷射混凝土标号为C20细石混凝土。

(2)锚杆采用 Φ22钢筋;锚固深度视边坡岩层的破碎程度及破碎层的厚度而定,一般取 1.5m。为防止锚杆滑出,锚杆必须置于较好的岩层面以下一定深度;锚杆孔的深度应大于锚固深度 20 cm,并用 1∶3～1∶4的水泥砂浆固结;锚杆间距采用 2.0m×2.0m,梅花型布置。

(3)钢筋网的孔眼尺寸采用 20 cm×20 cm的方孔,钢筋采用 Φ6。

2.2 材料选择要求

(1)水泥:应优先选用 425#普通硅酸盐水泥;也可选用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥,水泥标号不得低于325#,性能符合现行水泥标准。

(2)砂:应采用坚硬耐久的中粗砂,细度模数宜大于2.5,含水率值控制在 5%～7%。

(3)骨料:应采用坚硬耐久的碎石或卵石,粒径不宜大于 15mm;当采用碱性速凝剂时,不得使用含有活性二氧化硅的石材。

(4)外加剂:应选用符合质量要求的速凝剂,掺速凝剂后的喷射混凝土性能必须满足设计要求。

(5)水:混合水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质,不得使用污水以及pH值小于 4的酸性水。

2.3 混合料的配合比设计

(1)水泥与砂石之重量比为 1∶2∶2 ～ 1∶2∶3;

(2)砂率宜为 45%～55%;

(3)水灰比宜为 0.4～0.45;

(4)速凝剂掺量应通过试验确定。

3 施工方法及技术措施

喷锚网支护的施工程序是搭设脚手,整修边坡,制作安装设施排水孔,第一次喷射混凝土,锚杆钻孔、注浆,挂网,第二次喷射混凝土,养生,拆除脚手架。

3.1 搭设脚手架

脚手架搭设前必须先对现有边坡的稳定情况进行观察,确定安全后再搭设脚手架。钢管支架立柱应置于坚硬稳定的岩石上,不得置于浮渣上;立柱间距 1.5m。架子宽度 1.2～1.5m;横杆高度 1.8m,以满足施工操作;搭设管扣要牢固和稳定;钢架与壁面之间必须楔紧,相邻钢架之间应连接牢靠,以确保施工安全。

3.2 坡面整修

由于现有的岩石边坡破碎松散且不平整,故必须将松散的浮石和岩渣清除干净。处理好光滑岩面;拆除障碍物;用石块补砌空洞;用高压水冲洗受喷面;对边坡局部不稳定处进行清刷或支补加固;对较大的裂缝进行灌浆或勾缝处理;在边坡松散空洞处和坡脚处设置一定数量的泄水孔,预留的长度根据现场确定布设。

3.3 喷射混凝土作业

(1)喷射作业前必须对机械设备,风、水管路和电线等进行全面检查及试运转。

(2)喷射混凝土之前,用清水将坡面冲刷干净,湿润岩层表面,以确保粘结良好;采用气腿式凿岩机钻孔,孔径50mm;根据现场的情况确定锚杆深度一般为 1.0～1.5m,钻孔要垂直边坡面。锚杆采用 22mm钢筋,间排距20 cm,梅花型布置。

(3)如遇岩石过于坚硬须采取加水的方式钻孔,钻孔时必须随机钻速度钻进,不能强加压力冲钻,以免影响边坡岩石的稳定。

(4)采用压力泵将 1∶1的水泥砂浆注入锚孔。如遇空洞不能加压太大,要保持 0.1MPa的工作压力。注浆时注浆管应插至孔底 5～10 cm处,随砂浆的注入缓慢匀速拔出。注浆要保证砂浆饱满,不得有里空外满的现象。

(5)注完浆后,立即插入锚杆,若孔口无砂浆溢出,应及时补注砂浆。

3.4 挂网

(1)先将 Φ6钢筋调直,按边坡形状尺寸取料加工,按网孔 20 cm×20 cm的规格编织好钢筋网,分布要均匀,绑扎要牢固。

(2)编好钢筋网后,与锚杆交接处必须进行焊接,以保证喷射混凝土时钢筋不晃动。

(3)钢筋网必须紧贴混凝土表面,以保证钢筋网保护层厚度。

3.5 养生

(1)当最后一次喷射的混凝土终凝 2 h后,立即喷水养护,每天至少喷水四次。养护时间一般不得少于 7 d。

(2)在终凝后第一次喷水养生时,压力不宜过大,以防止冲坏喷射混凝土防护层表面。

(3)气温低于 5℃时,不得喷水养护。

(4)在养生过程中如果发现剥落、外鼓、裂纹、局部潮湿、色泽不均等不良现象,应分析原因、采取措施进行修补,以防后患。

4 现场质量管理与检测

4.1 现场质量管理措施

(1)严把钢筋、水泥、砂石、速凝剂等原材料质量关,并严格按配合比施工。

(2)严格操作规程:根据生产需要,专门制订出锚杆施工操作规程、喷射混凝土操作规程以及化验制度、机具测试维修制度、新工艺和新技术的推广制度等,使每一位施工人员都熟悉并掌握操作规程和技术要求。要求工人严格按操作规程施工,加强对其责任心的教育。

(3)加强对操作人员的培训。尤其是喷射手、搅拌人员、喷射机操作人员,一定要选择责任心强、技术熟练的工人担任,以保证喷射混凝土的质量。

(4)合理选择施工设备、机具和施工方案。施工前选好设备、机具,良好的机具是保证质量的基础。在选择施工方案时,要深入调查,进行测试研究,采用工程类比法,优化选择适合本工程的支护方式和施工方法。

4.2 现场质量检测

(1)强度检测。喷射混凝土必须做抗压强度试验,试块在工程施工中抽样制取,在喷射作业面附近,将模具敞开一侧朝下,以 80°(与水平面的夹角)左右置于墙脚:先在模具外的边墙上喷射,待操作正常后,将喷头移至模具位置,由下而上,逐层向模具内喷满混凝土。将喷满混凝土的模具移至安全地方,用三角抹刀刮平混凝土表面。在标准养护条件下养护 7 d后,将混凝土加工成边长为 100mm的立方体试块。继续在标准条件下养护至 28 d龄期后,进行抗压强度试验。本工程共计试件 30组,经测试,结果如下:

平均值 f＂cc=22.45MPa;

标准差sn=1.25MPa;

最小值 f＂ccmin=20.5＞0.85 ×20=17MPa。

根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GBJ86-85),本工程质量合格条件为 f＂cc-kcSn＞0.85 fcc。

即 22.45-1.6×1.25=20.5＞0.85×20=17.0MPa,满足要求。

(2)厚度检测。

用凿孔法检测。根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》,“每个断面上,全部检查孔处的喷层厚度,60%以上不应小于设计厚度;最小值不应小于设计厚度的一半;同时,检查孔处厚度的平均值,不应小于设计厚度值。”本工程共检测 40点,结果如下:

平均值X=10.8 cm＞10 cm;

最小值 Xmin=6.2 cm＞0.5×10=5 cm,符合要求。

(3)锚杆间排距检测。

锚杆间排距是锚杆施工质量的一项主要考核指标,是锚杆能否发挥支护作用的保证条件之一。本工程中,在锚杆被喷射混凝土覆盖前,主要采用在工作面用尺直接量测的方式进行检测,共检查 15点,其中 13点合格,符合《锚喷支护工程质量检测规程》(MT/5015一 96)的规定要求。

(4)外观感检测。