新岭后大桥锥坡加固施工技术探讨

■姚建军

（福建省高速公路集团有限公司南平管理分公司，南平 353000）

随着我国国民经济的迅速发展，在当今的社会里，全国人民已经摆脱贫困，大部分家庭已过上小康生活， 广大民众的生活水平得到进一步提高，汽车已成为普通百姓家庭的主要出行工具。 因此，人们对高速公路出行快速性、舒适性和安全性的需求越来越高，如何确保高速公路路基桥梁等主要基础设施的完好性，是高速公路养护技术工作者一项非常重要的工作。

1 工程概况

新岭后大桥位于宁武高速公路K290+148 （福建南平市境内），属高山丘陵斜坡间山谷地貌，其武夷山台沿线路方向自然坡较缓， 坡度大致为8°～25°，下部原地表为大河。 2020 年7 月初，因当地连降暴雨， 该桥B 道武夷山桥台锥坡及部分路基于2020 年7 月8 日发生坍塌， 现场情况岌岌可危，严重影响宁武高速行车安全，具体见图1～3：（1）武夷山台B 道锥坡整个坍塌（图1）；（2）台前护墙下沉开裂（图2）；（3）1#桥墩桩基冲刷掏空严重（图3）。

图1 锥坡坍塌严重

图2 台前护墙开裂

图3 桥墩冲刷掏空

检测单位监测了新岭后大桥锥坡坍塌的动态变形情况，以及原有坡面构筑物的工作状况。 监测结果表明：（1）各监测孔及锥坡表面均未发现明显的变形，ZK5 监测孔在22 m 埋深处有活动变形的迹象；（2）材料有严重缺损，出现功能下降，构筑物大部分已损坏，影响交通[1]。 根据桥梁外观检查和锥坡的动态变形检测数据，可以推断该桥的锥坡处于蠕动变形状态。

根据 《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）[1]和检测单位的综合检测数据，评定新岭后大桥技术状况为三类桥。 为了确保桥上车辆的行车安全， 经业主研究决定于2020 年7 月下旬对该桥病害进行维修加固处治。

2 桥梁病害加固方案

设计单位对该边坡进行现场勘察后，结合桥梁外观病害、边坡动态变形及原有构筑物工作状态的检测报告，鉴于该桥桥头锥坡地质复杂，山洪频发且流量大，不良地质比较多，易产生边坡推移和坍塌等诸多因素。 研究决定采用锥坡脚混凝土挡墙、坡面预应力锚杆框架梁、 台前非预应力锚杆护面墙、坡面及平台片石混凝土硬化、台后路基注浆相结合的综合加固方案。

2.1 施工准备

施工前准备：（1）根据施工现场情况，须备好钢管支架等施工所需的杆件，注浆、张拉等机械设备必须由具有资质的单位进行检验，标定合格后方可投入使用。 （2）工地采用的镀锌钢筋笼、锚杆钢筋、水泥等所需的主要材料，在进场时，必须附有质量保障的出厂合格证明，并根据规范要求，由监理和业主进行随机抽检，通过抽查检验合格后才可投入使用，锚杆使用的钢筋须统一集中加工制作。 （3）做好“三通一平”即路通、电通、水通和场地平整的各项施工前准备工作。

2.2 施工总流程

因该桥锥坡地形变化较大，且坡面含有较多坍塌后的浮土乱石，故采用清除表层松散体后，再进行各个构筑物的施工， 具体施工顺序如下: 锥坡面挖台阶填片石→预应力锚杆钻孔注浆→非预应力锚杆钻孔注浆→预应力锚杆框架梁施工→坡脚仰斜式挡墙施工→台前护面墙施工→坡面及平台硬化→台后路基注浆加固。

3 综合加固施工工艺

该桥梁病害处治的项目大部分是地下隐蔽工程, 须严格按照有关技术规范和质量检评标准来实施， 地下隐蔽工程必须按顺序逐项施工和逐项验收，即完成上一道施工程序并经验收合格后，才能进行下一道工序的实施, 以确保锥坡构筑物的质量和施工安全。 桥梁综合加固方案见图4。

图4 桥梁综合加固方案布置示意图

锥坡及部分路基坡面在完成损坏松散体清理之后，首先对边坡水平、中心线、横截面进行复测，根据设计图纸放样坡面挡墙、护墙、预应力和非预应力锚杆、框架梁等构筑物的具体位置，并按设计要求打桩编号，每完成一项施工任务后，就将桩号用红漆一一标记在构筑物上。

3.1 锥坡面挖台阶填片石

在锥坡面填片石之前，必须先挖台阶，挖台阶由上向下，而填筑片石则由下向上，填片石表面层必须码砌，保持坡面大致平整。

3.2 预应力锚杆钻孔注浆

预应力锚杆（图5）总数8 根，钻孔孔径为110 mm，锚杆长20 m,采用PSB1080 螺纹钢筋,荷载不大于300 kN。（1）锚杆轴线方向每隔1.5～2.0 m 设置1 个对中器，以保证锚杆的保护层厚度。 （2）锚杆自由段防腐采用刷漆、涂防腐润滑脂、外套高密度聚丙烯塑料管及管外与孔壁间注水泥浆等多层防腐措施，所涂的润滑脂为复合钙基润滑脂。 （3）锚杆钻孔采用无水钻进方式成孔，同时采用高压气清除孔壁灰土岩屑等杂物，钻孔完成后将锚杆缓慢送入孔中至设计位置。 （4）锚杆钢筋的连接采用原厂配套连接器，连接器和外锚螺母的极限抗拉荷载不低于杆体母材的极限抗拉荷载。 （5）锚杆采用孔底注浆法注浆。 注浆材料为M30 水泥浆，注浆材料加入聚丙烯晴纤维（PAN），掺入量1.8～2.0 kg/m3（纤维抗拉强度不小于700 MPa）； 锚固段和张拉段注浆压力不小于2.5 MPa。

图5 预应力锚杆布置示意图

3.3 非预应力锚杆钻孔注浆

非预应力锚杆（图6）总数18 根，钻孔孔径为90 mm，锚杆长12 m,采用32HRB400 螺纹钢筋，荷载不大于124 kN。 （1）锚杆钻孔采用无水钻进方式成孔， 同时采用高压气清除孔壁灰土岩屑等杂物。（2）锚杆使用钢筋在施工初期，按使用锚杆数量的3%进行拉拔试验。 （3）锚杆支架钢筋应与杆体钢筋焊接牢靠， 每2 m 等距离布设一处，确保锚杆钢筋下入钻孔后居中；16 焊接钢筋为4 根， 分别与锚杆钢筋及护墙中钢筋焊接牢靠，以固定锚杆。 （4）钻孔完成后将锚杆缓慢送入孔中至设计位置， 然后采用M30 水泥浆孔底注浆，其压力0.2～0.4 MPa。

图6 非预应力锚杆布置示意图

3.4 预应力锚杆框架梁施工

坡面4 孔预应力锚杆框架梁（图7），规格8 m×8 m，数量2 片。 （1）框架梁嵌入坡面35 cm，硬质砌石边坡开挖凸出或凹进均不应大于20 cm， 软质填石则不应大于10 cm，框架梁刻槽后采用厚2～5 cm的水泥砂浆进行基底调平，遇局部架空采用C30 混凝土补调平整。 （2）框架竖肋基础底部先铺垫5 cm厚混凝土垫层，再进行钢筋安装。 若锚杆与框架箍筋相干扰， 可局部调整箍筋间距及横梁主筋位置。（3） 框架梁间设厚2 cm 变形缝， 用浸沥青木板填塞。（4）框架梁采用C30 混凝土浇筑，锚固节点处混凝土应采用小型振动棒从多方向进行多次振捣，保证混凝土振捣密实以满足混凝土受力要求。 （5）框架混凝土养生1 周左右，即开始框内60 cm 厚C25片石混凝土浇筑， 在浇筑前先将框底整平并铺设300 g/m2长丝土工布。（6）当框架梁混凝土养生（28 d）达到设计强度，开始对锚杆进行张拉，张拉值为300 kN，锚杆张拉分次进行，张拉力按30%左右递增，严禁单个锚杆一次张拉到位；全部锚杆张拉完成并锚固后，最后用混凝土封锚。

图7 预应力锚杆框架梁布置示意图

3.5 坡脚仰斜式挡墙施工

（1）在基础开挖之前，须根据设计图纸进行放样，放样好后再进行仰斜式挡墙基坑的开挖。 基坑开挖好后，及时测量地基承载力[2]，地基承载力小于300 kPa 的土层地段， 按设计要求增挖基础深度并换填80 cm 厚级配碎石垫层。 （2）砌筑镀锌钢筋石笼时，要错缝进行并上下层紧扣；钢筋石笼石材强度为MU30，最小尺寸不小于30 cm。 （3）挡墙与钢筋笼接触面铺设300 g/m2长丝土工布。 （4）仰斜式挡墙总长20 m 分两段施工， 第1 段实施一半后再进行第2 段，挡墙中间设一道2 cm 沉降缝；模板拆除后去除部分缝内木板，采用沥青麻筋填塞，并深入墙体内20 cm。 （5）挡墙模板安装好后，用导管将C25 混凝土送到指定位置，再使用振捣器将混凝土分层振捣密实。 （6）挡墙基坑回填后的地面标高，必须高于档墙基础顶面且不小于1 m。

3.6 台前护面墙施工

（1）台前护面墙采用C25 混凝土浇筑。 安装模板时，在护面墙上布设直径φ75 mmPVC 泄水孔，间距2 m×2 m 呈品字形交错布设。 （2）护面墙背全部铺设300 g/m2长丝土工布。 （3）挡墙模板安装好后，用导管将C25 混凝土送到指定位置，再使用振捣器将混凝土分层振捣密实。

3.7 坡面及平台硬化

该项目包含锥坡和部分路基的坡面及平台。

（1）坡面及平台均采用C25 片石混凝土浇筑，安装模板时，根据坡面高和地基性质不同，每隔10～15 m 安设一道2 cm 厚沉降缝； 模板拆除后去除部分缝内木板， 采用沥青麻筋填塞， 并深入墙体内20 cm。 （2）坡面及平台底面全部铺设300 g/m2长丝土工布。 （3）在坡布设直径φ75 mmPVC 泄水孔，间距2 m×2 m 呈品字形交错布设。 （4）坡面及平台模板安装好后，即可开始浇筑C25 片石混凝土，在浇筑片石混凝土过程中，必须用插入式振捣器将混凝土分层振捣密实，片石参量不大于30%。

3.8 台后路基注浆加固

台后路基注浆（图8）采用φ90 mm 钻孔，钻孔间距1 m×1 m 梅花形布置， 花管采用9 m 长φ80 mm×3 mm 无缝钢管加工而成。 （1）钻孔采用无水钻进方式成孔，同时用高压气清除孔壁灰土岩屑等杂物。 （2）花管φ6 支架钢筋每处3 根，分别与花管焊接牢靠，支架钢筋1 m 等距离布设，确保钢花管下入钻孔后居中。 （3）出浆段每周钻4 个出浆孔，孔眼φ4～6 mm，梅花型布设，间距40 cm。 （4）钢花管管口进入路面以下0.1 m， 孔口设止浆塞并设排气孔，以保证注浆饱满。 （5）注浆材料采用M7.5 水泥砂浆，设计注浆扩散半径为0.6 m，注浆时可掺入一定量的水玻璃，尽量使浆液充分渗入土体，灌浆压力0.3～0.5 MPa，压浆结束后用浓浆封孔。

图8 台后路基注浆布置示意图

4 施工过程异常情况处理

（1）本工程地理位置和地质条件复杂，在开挖挡墙基础时部分地段内侧坡面出现蠕动变形现象，为了确保挖基工作继续开展，故采用分段跳槽进行开挖，即由两侧向中间跳槽逐段施工，开挖一段实施一段，待前一段施工完成后，再进行下一段基础的开挖。 （2）在锚杆钻孔过程中出现多次塌孔、缩孔、孔壁掉块、卡钻等异常情况。 应立刻停钻，并及时进行固壁灌浆处理，待水泥砂浆初凝后，重新开孔钻进，钻孔结束后，使用高压空气将孔内岩粉及杂质全部清除出孔外； 部分锚孔采用了套管跟进法，较好满足了设计的孔深要求。 （3）在锚孔注浆过程中，多次出现注浆管堵塞现象，采取进浆管锚孔补设回浆管，并通过回浆管进行注浆的方法，有效地提高了注浆数量， 较顺利完成了锚杆注浆任务。（4）在台后路基注浆过程中，部分注浆孔的注浆量已超过设计值，但压力还是达不到设计值，而且吸浆率还是较快，则采用加大灰浆的水灰比，并在灰浆中加入适量细沙， 并且采用间歇式注浆的办法，就很好地达到目标压力值的要求。

5 加固效果

高速公路桥梁加固是一项技术复杂而长期的工作， 如何选择采用经济合理防护有效的加固措施，是高速公路养护技术工作者一项值得深入研究和探讨的重要课题。 新岭后桥梁的加固，采用锥坡脚混凝土挡墙、坡面预应力锚杆框架梁、台前非预应力锚杆护面墙、坡面片石混凝土硬化和台后路基注浆相结合的综合处理方法，弥补了新岭后大桥下锥坡原有构筑物受力不足的设计缺陷，并为坡体增加一定的刚性支撑，能够有效减缓了锥坡体的蠕动变形，对防止地基土体的剪切破坏和失稳起到了积极作用。 在工程施工过程中，对桥台和锥坡进行了沉降量的观测， 其桥台和锥坡的沉降变化不大；工程竣工半年后， 检测单位对该桥梁进行一次监测，桥梁病害并没有继续发展，目前运行状况良好。 通过今年几场暴雨洪水的考验和近一年的行车运营实践证明，这种维修加固方法对类似桥梁病害的处治是有效可行的。