莆永高速公路磻溪枢纽互通右侧边坡锚固工程加固技术及效果探讨

2020-07-06连崇骄

福建交通科技 2020年3期

连崇骄

（福建省高速公路集团有限公司泉州管理分公司，泉州 362000）

1 工程概况

1.1 基本情况

滑坡场区位于莆永高速公路磻溪枢纽互通A匝道桥旁，滑坡前缘为三阶挖方边坡，一阶坡脚为既有挡墙，紧邻原泉三高速公路，二阶为普通植草防护，二阶上部为村道，宽约4m，三阶坡脚距离村道2～8m，高约12m，为普通植草防护，构筑物几何相对位置如图1所示（卫星图）。

2016年下半年，受连续强降雨的影响，尤其是2016年9-10月“莫兰蒂”和“鲇鱼”超强台风过后，该段边坡于2016年10月上旬失稳形成滑坡，图2为边坡全景图。

图1 滑坡场区卫星图

1.2 成因分析

（1）据工程地质调绘及钻孔揭露，场地上覆残坡积土（Qdl-el），下伏基岩为侏罗系南园组（J3n）凝灰熔岩及其风化层。其最上层素填土，以粘粉粒为主，含少量碎石，粘性一般，堆填时间约3年；坡积粉质粘土韧性差，表层植物根系发育，夹少量碎石，芯遇水易软化。下部沉残积砂质粘性土、全风化凝灰熔岩、砂土状强风化凝灰熔岩等都具有遇水易软化特点，地层情况较差，锚固力难以保证。

图2 滑坡场区边坡全景图

（2）场区位于山脊下部，所在山体较庞大，且地形为上陡下缓，地表以灌木丛为主，孤、滚石发育，有利于地表水下渗和地表水、地下水汇集，增加了土体自重，使得坡体下滑力大大增加，同时降低土体抗剪强度和抗滑能力，不利于边坡的稳定，也给锚固工程施工增加了难度。

（3）坡体表层为坡积粉质粘土及残积砂质粘性土，厚约20m，呈散体状的全、强风化层较厚，达20m左右，凝灰熔岩风化层中矿物成分粘土化严重，遇水极易软化。其中残积土层和全、强风化岩层具有一定的渗透性，降雨后地表水较易入渗；且坡体中夹杂较多块径2～5m的孤石，破坏了坡体的完整性，不利于边坡的稳定，也大大增加锚索孔钻进过程塌孔、卡钻的风险，若不采取有效措施，成孔效率将大幅度降低。

2 锚固工程施工方案

2.1 锚固工程施工工序及控制参数

锚固工程施工分为施工准备、锚孔钻造、锚筋制安、锚孔注浆、锚筋张拉锁定，以及锚孔验收封锚。其中锚孔钻造、锚筋制安、锚孔注浆和锚筋张拉锁定是影响锚固工程质量最为重要的环节。保证施工质量的控制参数如下。

（1）锚孔钻造：锚孔位置放线应结合拉线和水准测量准确定位，钻机严格按照设计孔位、倾角和方位准确就位，钻机导轨倾角误差不超过±1°，方位误差不超过±2°；孔深应超钻50cm。

（2）锚筋制安：锚筋下料应整齐准确，误差不大于±50mm，预留张拉作业段钢绞线长度1.5m （钢筋锚杆0.5m）。架线环间距为1.0～1.5m，应准确定位、绑扎牢固，锚孔孔口位置必须设置一个架线环。注浆管穿索安装准确定位，绑扎结实牢固，应深入导向帽5～10cm。

（3）锚孔注浆：注浆应严格按照设计配合比配制水泥浆，注浆材料须经试验合格。锚筋安放至钻孔后应尽快进行注浆（一般为24h内），注浆采用孔底返浆方法，压力控制依据设计方案而定，可达2.0MPa，孔口须有浓浆排出，注浆完成发现孔口浆面回落，应在30min内进行孔底压注补浆2～3次。浆体未到达设计强度的70%时，不得在锚筋体端头悬挂重物和拉绑碰撞。

（4）锚筋张拉锁定：锚筋进行张拉时的注浆浆体与台座混凝土强度应满足设计及规范要求，一般要求其强度达到设计强度80%以上时方可进行张拉锁定作业。张拉设备在张拉前应进行配套标定，并将标定证书报监理工程师审核，同时绘制压力表读书和张拉关系曲线，以指导现场张拉作业。正式张拉前，应取10%～20%的设计张拉荷载对其预张拉1～2次，对于压力分散型锚索，因各单元锚索长度不同，张拉时应严格按设计次序分单元采用差异分布张拉。

2.2 施工过程中存在的问题

（1）锚索钻孔成孔困难

坡体表层呈散体状的坡积粉质粘土及残积砂质粘性土层厚，凝灰熔岩风化层遇水极易软化、坡体内存在破碎的凝灰熔岩，加上坡体内夹杂较多块径2～5m的孤石，地层情况差，使得锚索孔钻进过程存在塌孔、卡钻的风险，成孔效率大幅度降低。

（2）锚固段地层较弱、锚固力难以保证

依据勘察成果及设计断面图，边坡的一、三级坡面锚索锚固段位于全风化凝灰熔岩、砂土状强风化凝灰熔岩，锚固力难以保证（图3）。

（3）钻孔注浆超量现象严重

由于地层情况较差、裂隙发育岩体破碎，各锚索钻孔注浆普遍超量。

图3 勘察成果及设计断面图

2.3 解决办法

（1）针对钻孔成孔困难，一方面，应使用功率及扭矩较大、性能有保障的大型钻机，并且采用跟套管钻进工艺防止孔壁坍塌，配套钻具为跟套管钻进的偏心钻头，套管材质为无缝钢管。跟套管长度可根据地层情况动态调整。另一方面，钻进过程应多次回转、清孔，保证钻孔质量；钻进达到设计深度后，不宜立即停钻，可稳钻1～2min，防止孔底尖灭、达不到设计孔径；钻孔完成后，使用高压空气将孔内钻渣清除出孔外。

（2）针对锚固段地层较弱，锚固力难以保证问题，应采用二次劈裂注浆工艺。劈裂注浆以浆体强度来控制开始劈注的时间（一次注浆体强度为5MPa），时间间隔大概4～6h，注浆压力可达2.0MPa，根据现场实际情况确定。二次劈裂注浆应采用高压注浆管，需在二次注浆管的锚固段内设花孔和封塞，在锚筋制安过程应注意保护封塞不被破坏，且封塞的强度可预先进行现场试验，以确保劈裂注浆能够顺利进行。

（3）针对钻孔注浆超量严重的现象，可采用多次注浆补浆方法，保证锚孔内浆体饱满，针对孔口浆面回落，应在30min内进行孔底压注补浆2～3次，确保孔口浆体充满。另外，还可采用止浆袋工艺确保锚固段注浆饱满，保证锚固段锚固力，止浆装置应设在自由段和锚固段的分界处，并具有良好可靠的密封性能。宜采用密封袋作止浆密封装置，密封袋两端应牢固绑扎在锚筋体上。此外，注浆材料中还可加入聚丙烯腈纤维改善注浆浆液。

根据现场实际操作和施工资料记录，采用以上跟管钻进、二次劈裂注浆、止浆袋等工艺，有效解决了钻孔成孔困难、锚固力难以保证和锚孔注浆超量的问题。通过锚索张拉检测试验的验证，锚索抗拔力也能达到设计要求。

3 滑坡加固后的工程效果

为获得滑坡加固后的工程效果，对边坡开展坡体深部位移动态监测，及时了解和掌握高边坡的动态变形情况。

监测时间为2017年3月至2018年4月，由边坡变形监测方提供的资料表明，锚索张拉施工完成后，边坡变形情况逐渐趋于稳定，边坡锚固施工效果良好。在施工区域的监测孔中（图4），选取典型监测孔位JC1和JC6，孔位位移时间曲线见图5、图6。通过分析，建议谨防雨期前缘变形向后牵引而引发更大的变形病害，应加强巡查，雨期做好相应的安全布控工作。