微型钢管群桩及预应力锚索综合加固已有滑坡

2012-07-26张卫民毛宜宾

铁道建筑 2012年2期

张卫民，毛宜宾

(1.金华职业技术学院，浙江金华 321000;2.广州铁路集团公司，广东广州 510600)

对已经产生滑坡的工程进行临时加固处理或工程抢险是工程得以正常进展的前提，在制定合适的加固方案基础上，采取的加固结构必须满足安全可靠、可快速施工、适应性强、造价较低等特点。本文以工程实例介绍一种综合加固方法:微型钢管群桩和预应力锚索构成的复合边坡支护。

1 工程概况

1.1 工程简介

某高速公路大桥位于云贵高原东部斜坡地带，受侵蚀、剥蚀影响，地形条件复杂，地表植被茂密，属中等切割的侵蚀、剥蚀中低山地貌。桥位跨越山间沟谷，所跨地段地形高程介于365～478 m，相对最大高差110 m。其中7#桥墩至9#桥墩之间的边坡山体横坡坡度较陡，基岩风化带较厚，岩层产状为顺层。在施工8#桥墩挖孔桩过程中，由于连日强降雨，边坡产生滑坡迹象，正在施工的8#墩4根挖孔桩护壁以下6.5 m左右出现不同程度的纵横向位移。为保证正常开挖，必须对滑坡进行治理。

1.2 工程地质条件

桥墩所处斜坡附近有一小溪流经，流量约5 L/s，常年径流。场区地下水主要以大气降水补给，降雨经地表渗入风化带基岩裂隙从高向低径流，在低洼处的沟谷部位排泄。场地岩土构成自上而下分述如下。

1.2.1 覆盖层

1)亚黏土(1-1层):黄色、褐色，呈软～可塑状，该层厚0～7.6 m，各墩位均有分布。

2)碎、块石土(1-2层):主要为变形残余砂岩，粒径20～80 mm，含量60%以上，少量亚黏土，稍密、稍湿，厚0～11 m，零星分布。

3)卵石土(1-3层):灰黄色，主要为变余石英砂岩，粒径40～80 mm，含量75%以上，其余为砂土，厚0～5 m，分布于沟谷内，为冲积物。

1.2.2 基岩

1)全风化层(2层):褐黄、紫红色，薄～中厚层状，节理裂隙极发育，岩土极破碎，风化强烈，已泥化，岩质极软，钻进快，厚1～26 m。

2)强风化层(3-1层):灰黄、褐黄及黄绿色，薄～中厚层状，构造节理、风化裂隙发育，风化强烈，岩体破碎，厚2～27 m。钻进极不稳定，易卡钻、掉块。

3)强风化层(3-2层):灰黄、黄绿色，节理及风化裂隙较发育，岩体较破碎，岩质软。

4)微风化层(4层):灰绿色，水口岸坡上(除桥台)及沟谷内节理裂隙发育，岩体破碎。

2 加固施工方案

2.1 微型钢管桩及局部清方

由于已有滑坡迹象，多处出现裂缝，且处于发展中，原开挖中的桩孔产生倾斜变形，若继续施工存在较大的安全隐患。因此，在8#墩靠山下一侧3 m处布置微型钢管群桩，桩纵横向中心距离1 000 mm，呈梅花形布置。单桩钻 φ150 mm的孔，孔内放置壁厚6 mm钢管，在钢管内放置10号工字钢，然后进行注浆加固，桩长25～30 m，共68根(分4排)(图1)。要求注浆钢管嵌入强风化基岩8 m以上，这样钢管桩可以穿透滑动面，并有效锚固在下部稳定基岩上，起到稳定滑坡体的作用。注浆材料为52.5号普通硅酸盐水泥纯水泥浆，水灰比为1∶1，注浆压力1.5～2.0 MPa。注浆完成后在靠8#墩位处进行清方，高度为4 m，形成平台，一方面可减少下滑荷载，另一方面便于8#桥墩的施工。

图1 钢管桩布置(单位:mm)

2.2 混凝土板预应力锚索加固

钢管注浆完成后，在坡面上设置混凝土板预应力锚索，对边坡进行加固。在清方后4 m高的边坡上，锚索板和锚索紧密连接在一起(图2)，共计24根锚索，索长25～30 m，倾角20°，锚固段长9 m。锚索采用无黏结预应力钢绞线，由7φs15.2 mm组成，Rby=1 860 MPa，Ey=1.95×105MPa。每束锚索由8束无黏结预应力钢绞线组成，钻孔孔径 φ130 mm，锚索孔内自孔底一次性压满水泥砂浆，浆体强度≥35 MPa。注浆压力≥0.6 MPa，注浆必须饱满密实，第一次注浆完毕，水泥砂浆凝固收缩后，孔口应进行补浆，注浆完毕后进行锚索张拉。

图2 加固方案横断面

3 施工工艺

3.1 微型钢管桩施工工艺流程

场地清理→测量放线→设备、材料进场→钻孔→钢管桩安装→注浆体配置→压力注浆→成桩→养护。

1)清理场地:在钢管桩施工前进行场地清理，以保证测量放线准确和钻机就位钻孔。

2)测量放线:场地平整后按设计要求进行桩位放线，桩位误差＜50 mm。

3)钻孔:钢管桩钻孔采用就地钻探，钻孔连续进行。

4)安装钢管:钢管外径为150 mm，壁厚6 mm，长度25～30 m，钢管前端加工锥形，尾部焊接 φ8钢筋加劲箍，管壁四周钻φ8漏浆孔，间距为20 cm，呈菱形布置。成孔后安装钢管，管内放置10号工字钢(图3)。

图3 微型钢管桩大样(单位:mm)

5)高压灌注水泥浆:利用高压(1 MPa)清水循环冲刷注浆管内的泥浆等杂物，直至管内回水变清。然后将注浆管与钢管相接好后，开始灌注1∶1纯水泥浆，注浆压力1.5～2.0 MPa。

3.2 锚索施工工艺流程

开挖工作面→修整边坡→定孔位→钻孔→清孔→安装钢绞线→注浆→绑扎钢筋网片→喷射100 mm厚混凝土板→锚索张拉→锚固封锚。

3.3 质量控制要点

3.3.1 微型钢管桩［1-3］

1)成孔质量:成孔质量主要是指孔径、孔深、桩孔倾斜度等应满足设计及有关规范技术要求，如质量控制不好，可能发生塌孔、缩径、桩端持力层与设计不符或发生桩孔偏移等问题。

2)孔位、桩孔倾斜度的控制:场地平整后，根据施工图采用经纬仪和水平仪进行钻孔定位并编号，用钢管安装支架固定，严格控制孔位与设计偏差在25 mm以内。孔位确定后，按设计桩的倾斜度，调整钻架角度，在孔口设置定位钢管，以保证钻孔角度符合微型桩倾角要求，同时钻进过程中应对导杆角度进行测量，严格控制倾角偏差在1%以内。

3)钻孔孔径控制:微型桩是先成孔再在孔内成桩，成孔孔径的大小直接关系到成桩的直径。为避免施钻过程引起的动应力影响相邻孔壁的稳定，施工时应跳孔分批钻孔。钻孔过程中针对不同地层的稳定情况，主要采用了干钻、套管钻进、调整钻进速度、复核钻头直径等钻进工艺来保证成孔孔径满足设计要求。

4)桩长控制:微型群桩作为一个复合受力结构，需要承受拉、压、剪等应力，桩长穿过滑动面深入下部稳定地层，如桩长不足将达不到预期的效果。为控制钻进深度，钻架就位后及时复核钻具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的余长来校验成孔达到的深度。如孔壁稳定情况较差，提钻过程中碰撞了孔壁，将发生塌孔现象，并在孔底形成沉渣;为此，在下钢管前应对钻孔进行清孔，以保证桩长。

5)成桩质量保证:为确保成桩质量，除严格检查进场原材料的质量外，应控制孔内注浆的工艺。微型钢管桩注浆采用孔底返浆法，每孔的注浆过程应连续一次完成。将注浆管连同钢管下放至孔底，在孔底进行注浆排水灌注，一般注浆压力≥0.6～0.8 MPa，并应控制浆液的水灰比，以保证注浆饱满密实。为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，要控制好灌注工艺及操作，有序的拔管和连续注浆是保证成桩质量的关键，灌浆速度应适宜。

3.3.2 预应力锚索［4-5］

1)锚索自由端每束锚索设计施加张拉力为1 000 kN，先取150 kN的荷载进行预张拉，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直后，再进行整束张拉。锚索张拉为两次四级张拉:第一级拉力为250 kN，持荷时间为5 min;第二级拉力为500 kN，持荷时间为5 min;第三级拉力为750 kN，持荷时间为5 min;第四级拉力为1 000 kN，持荷时间为5 min。在施加预应力完毕后，切除外露的多余钢绞线并锁定。锚索最后锁定施加预应力为设计锚固力的110%，稳定时间不少于5 min。加荷及卸载速率要缓慢平稳，加荷速率每分钟不宜超过设计锚固力的10%，卸载每分钟不宜超过20%。

2)锚索张拉时，锚具底座顶面与钻孔轴线应垂直，确保锚索张拉时千斤顶张拉力与锚索在同一轴线上。预应力锚索张拉锁定后，锚头部分应涂防腐剂，再用C30混凝土封闭。钢筋锁定后，须用机械切割露头锚筋，并应预留5～10 cm外露锚筋，以防拽滑。

3)预应力筋锁定48 h内，若发现预应力损失大于锚索拉力设计值的10%，应进行补偿张拉。