香溪长江大桥拱座基坑边坡防护施工方案研究

胡名良

（中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司，武汉 430050）

湖北香溪长江公路大桥是拟建的湖北省骨架公路网中第6纵第2条支线跨越长江的节点工程，本项目起点为秭归县郭家坝镇米仓口隧道出口约290 m处，在兵书宝剑峡峡口向北跨越长江，沿香溪河东岸上行2 km向西跨越香溪河，终点为归州镇向家店，路线全长5.419 km[1]。其中香溪长江大桥采用主跨531m的中承式钢箱桁架拱桥，桥跨布置为2×35+531+3×（3×30）m，全长883.2 m。南岸2#拱座采用明挖扩大基础，分离式混凝土结构，底面设计成阶梯形，在上下游拱座基础之间设置一道横系梁，上下游拱座基底尺寸均为28.3 m×6.5 m，拱座高26 m。1#墩为桩基础承台，与2#拱座中心距离35 m，距拱座第四级基坑边坡开挖边线2 m[1]。拱座基坑边坡防护平面如图1所示。

图1 拱座基坑边坡防护平面图

香溪长江大桥两岸地形陡峻，河谷成相对狭窄的“V”型，坡面岩石破碎，稳定性较差，地表坡度达50°～70°，具有典型沟梁相间地形地貌特征。桥址区基岩大多直接出露，主要为碎石土、块石，成分主要为灰岩，结构松散，厚度一般小于3 m。桥址区受区域地质构造变动作用较强烈，主要构造形迹为小型褶曲、断层及裂隙。通过钻探孔揭露南岸2#拱座基坑区有溶洞、溶隙，溶洞洞径为0.5～5.6 m，1#墩桩基础周边也有溶蚀孔洞，且岸坡上游侧有f1、f2两处发育明显的断层，两断层近平行顺层发育，断层带充填断层泥及碎裂岩，部分泥质胶结，断层面波状弯曲，局部断面有光滑擦痕。

1 边坡防护施工方案的选择

根据地勘报告，2#拱座边坡存在倾向坡外的软弱夹层和断层，其倾角小于坡角，但大于其内摩擦角，同时发育顺坡向裂隙和平行边坡走向的张裂缝，特别是f1断层以上部分在强降雨或地震工况下可能顺层面滑移、失稳，该基坑边坡开挖高度达40 m，边坡岩体主要为强卸荷岩体，坡面开挖过程中可能引起顺层向滑移和临空面滑塌，因此需对拱座顶面以上的坡面进行特殊加固防护及抗滑设计，对层面临空和强卸荷岩体采取先支护后开挖的综合治理措施。

设计采取了边坡逐级开挖、预应力锚索、挂网锚喷、压力灌浆、抗滑桩等措施进行治理防护，边坡加固处治完成后再进行拱座基坑开挖。拱座基坑边坡防护布置如图2所示。

图2 拱座基坑边坡防护布置

2 边坡防护施工方案的实施

2.1 逐级放坡开挖

拱座基坑边坡共4级，1#墩边坡共3级，采用自上而下逐级开挖，预裂、光面爆破与深（浅）孔台阶松动爆破相结合的方式进行。深孔台阶松动爆破在达到开挖目的的同时，减少了爆破振动和后拉破裂作用；光面爆破保证了边坡壁面齐整，避免超欠挖。

2.2 预应力锚索

拱座第2～4级边坡采用105根预应力锚索加固，沿高度方向分3层布置，间距5 m，单根锚索长30～35 m。锚索为OVM.CPS岩锚体系，采用6Φ15.2 mm钢绞线，设计锚固力600～650 kN。

（1）锚索钻孔、清孔

锚索采用潜孔钻机进行风干法钻孔，钻孔孔径Φ110 mm，钻进过程中保证下倾角稳定，与水平成25度角，误差±2°，偏差≤5 cm[2]，并不断用空压机清孔，保持孔壁干净，在孔口安装吸尘装置，避免尘土飞扬[1]。

（2）锚索加工与安装

锚索的锚固段按每0.6 m分别设置紧箍环和扩张环，以保证其受力均匀；自由段采用钢丝绑扎。钢绞线用注黄油的PVC软管包裹，用薄钢板焊接一个10～15 cm的导向帽，固定在锚索的最前端，便于锚索的安装。

（3）锚索注浆、张拉

采用M30水泥浆，水灰比0.45～0.5，在1～2 MPa压力下注浆，自孔底一次性压满，待浆液从孔口溢出规定稠度浆液后即可停止注浆，并在孔口用止浆塞封住[3]。

张拉前需进行张拉试验，试验束锚具下设置压力环。锚索张拉24 h后，测压力或应力变化，确定预应力损失值，再调整参数进行批量张拉。锚索施工时用设计预应力值的1.1倍进行预张拉，最后按设计值锁定，稳定时间不少于5 min[1]。

2.3 挂网喷射混凝土

采用挂网喷射混凝土对坡面进行封闭，锚喷施工的主要工序有：清理边坡、钻孔、清孔、注浆、放入锚杆、挂钢筋网和喷射混凝土施工。

（1）锚杆施工

清除松散岩石，确定锚杆孔位，用凿岩机钻孔。锚杆为Φ22 mm螺纹钢筋，间距1～1.5 m，长3.5 m，呈梅花形布置，安装时孔内积水和岩粉应吹洗干净，一边灌M20膨胀性砂浆一边插入锚杆，砂浆必须拌和均匀，随拌随用，锚杆插入孔内长度不应小于设计值的95%[2]，锚杆安装后不得随意敲击扰动。

（2）钢筋网施工

采用@20 cm×20 cm的Φ8 mm钢筋网片，网片间搭接宽度不小于10 cm。在砂浆强度达到设计要求后铺设，钢筋网必须与锚杆联结牢固，喷射时钢筋不得晃动。

（3）喷射混凝土

采用C20混凝土喷射，喷射前应进行试喷，调整回弹量，调试合格后方可大面积施工。喷头与受喷面垂直，保持0.6～1.0 m 的距离，喷射应从下往上，呈螺旋轨迹移动，分2次喷射，第1次厚6 cm，第2次厚4 cm。喷射应保持混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑和滑移流淌现象。

2.4 拱背压浆

拱座地基及后背在开挖时局部有角砾灰岩，风化较严重，采用压力灌浆加固。浆液为M30水泥浆，加固深度10 m，灌浆孔间距1～1.5 m，采用小口径孔口封闭自上而下分段钻灌法，孔径为70～110 mm，注浆压力控制在0.4 MPa[3]。

2.5 抗滑桩

基坑开挖前，在岸坡上游侧设置抗滑桩对f1、f2断层进行加固，抗滑桩距拱座上游20 m，按2～3排呈梅花形布置。f2断层上部设置19根抗滑桩，截面尺寸3 m×3.5 m，桩长30～40 m；f1、f2断层中间设置5根，截面尺寸2 m×3 m，桩长15 m。

抗滑桩以1m为一个施工节段，用水磨钻、风镐破碎开挖；钢筋在孔内绑扎，桩身混凝土采用干浇施工方式。

2.6 溶洞回填

对拱座边坡及1#墩桩基周边的溶洞、溶隙采用M30水泥浆进行注浆处理，采用低压间歇式灌注工艺。对边坡开挖露出的溶洞，采用C20混凝土回填。

2.7 边坡防护施工注意事项

（1）边坡开挖要从上至下，当边坡开挖成型后，先施工锚索再进行喷锚防护，避免边坡长期暴露；待上一级锚索张拉后，再开挖下一级边坡，拱座开挖防护工程最多可滞后1.5台阶。

（2）拱座基坑开挖深度大、坡度陡，为防止边坡坍塌，爆破要严格控制炸药用量。

（3）抗滑桩施工时，根据实际情况设置超前地质钻孔，同时在基坑周边布点，对山体、边坡的稳定性进行位移、沉降、应力等观测。

（4）基坑开挖后，岩体与地下水自然平衡状态发生了改变，边坡自稳程度会随着暴露时间的延长而降低，因此应尽量缩短工期，尽早回填封闭。

（5）开挖过程中断层与岩体不均匀变形会引起桩身产生拉应力，桩基混凝土未达凝期前禁止边坡开挖。

3 边坡防护施工监测

3.1 监测部位设置

（1）拱座背坡。在拱座背坡设置多点位移计2个、预应力锚索测力计3个；（2）顺层坡。在顺层坡上设置测斜管1个、多点位移计1个；（3）抗滑桩应变。测斜管3个、混凝土应变光纤计6个、钢筋计6个、混岩压力盒6个；（4）1#墩桩基。应变计12个、钢筋计6个、压力盒2个；（5）表面观测点。在稳定、通视较好的坡面上设置表观墩1个。

3.2 监测成果

南岸2#拱座基坑于2016年11月30日完成开挖，在施工中，分阶段对边坡进行了监测。

（1）拱座背坡多点位移。拱座边坡位移2～4 mm：其中9月份产生位移约1～2 mm，多为爆破产生突变位移；随着开挖，10月份产生1～2 mm蠕变位移，指向临空方向。多点位移计曲线如图3所示。

图3 多点位移计曲线

（2）拱座测斜。边坡上游侧临空岩体位移量2～4 mm，沿深度方向局部凸起，主要为灌浆液流失后存在空隙导致。

（3）抗滑桩。对3根抗滑桩进行了监测，其中变化最大的为1#抗滑桩，测斜管相对位移最大处为管口下30～40 m，为f1断层切割位置，位移主要产生于7～8月拱座背部4～2级坡开挖阶段，后趋于平稳，至11月中旬，累计位移约6 mm。1#抗滑桩f1断层附近位移随时间变化如图4所示。

图4 1#抗滑桩f1断层附近位移随时间变化图

（4）边坡表观。表面测点数据变化在3 mm以内，在系统误差范围内。

（5）拱座背坡锚索张拉。锚索预应力锁定荷载为600 kN、650 kN，测试值为633 kN、570 kN，预应力损失为17 kN、30 kN，在设计误差范围内。

通过对边坡的监测，拱座边坡位移、桩基础应力及变形、地表沉降、锚索应力损失的变化均能满足要求，边坡趋于稳定。

4 结语

香溪长江大桥南岸2#拱座基坑边坡采取逐级开挖、锚索、挂网锚喷、压力灌浆、抗滑桩防护等综合治理措施，边坡施工过程中，根据监测结果，基坑边坡的位移、变形、地表沉降等指标趋于稳定，达到了预定的效果。同时也说明在高边坡防护中，采取合理的治理措施和施工方案，可以有效地治理边坡失稳，对今后类似的工程施工有一定的参考价值。

参考文献

[1]JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范[S].

[2]JTGF801—2004公路工程质量检验评定标准[S].

[3]CECS22：2005岩土锚杆（索）技术规程[S].