高填土路基边坡工程中的锚杆和钢管桩联合加固技术

2023-02-15喻又平

工程建设与设计 2023年2期

喻又平

（广东省南粤交通河惠莞高速公路管理处，广东河源 517000）

1 引言

高填方路基相较于常规路基来讲，具备较大的修筑高度和较大的累积形变可能，通常在设计、作业和水文地理等因素的负面影响下，使其在后续运用过程中易生成路基侧滑现象。在采取应急支护措施时，若未能选取适宜的措施将会导致路基处出现塌方，进而导致严重的经济和生命损失。如何选取适宜、经济效益较高的支护措施以应对路基侧滑状况，是保持高填方地基稳固性和公路正常运营的重要因素。

2 工程概况

由于每年夏季均持续出现强降水，某高速公路K25+680~K25+740段路基在施工填筑到上部路床的过程中，在道路右侧方横纵向均生成开缝状况，横向开缝宽度为0.5~1.0 cm。通过实地勘察、检测可知，公路中隔离线右侧方区域的纵向开缝为圆弧的形状，拱顶处于路基右侧方偏向道路内侧的行车线内，开缝的两端点均沿路肩的两侧延伸至边缘，即横向开缝穿透了路基整体。地势方面，公路左边的地表高程比右边要高，从左侧到右侧基本上是一个约10%的斜坡，右边的斜坡底部有蓄水的痕迹，鉴于路基生成侧滑还处在发育阶段，所以右边的路堤坡没有明显凸起部分，坡底处也没有显著凸起现象。

3 工程地质条件

参照建造后的路基所留存的施工地质钻孔信息显示，在勘察区域内将施工场域从上到下划分成4层，岩土特性如下。

1）素填土层的充填物料关键以片麻岩小碎块和碎石为主，取芯呈现出碎块或者石粒状，部分区域为短柱样。在开钻进程中进尺要均匀，适宜深度为9~10 m。

2）粉质黏土呈黄棕色，断面更为粗糙，韧性适中，土壤成色不均匀，部分物料以砂砾为主，层厚0.5~1.0 m。

3）片麻岩整体均风化后呈浅灰色，岩体风化作用较强，矿物质组成要素均遭到严重侵蚀，钻进取芯为砂土状态，因风化不匀导致在强风化状态下生成岩体碎块，层厚1.0~2.0 m。

4）片麻岩进强烈风化后呈灰黄状，岩体遭受风化强度较高，为片麻结构状态，岩体间开缝发育较好，钻进取芯为砂砾和碎屑状态，块体直径通常为2~6 cm，70%的取芯概率，层深通常控制在11.0 m之内[1]。

4 路基病害原因

考察现场调查和勘测结果可知，此高填土路基之所以生成侧滑，关键要素在于路基所处区域地形陡峭且变化大，推动部分路基生成应力较高区域和聚集区域。另外，由于在施工过程中长时段持续降水，路堤填修物料均是具有高渗透能力的砂砾、碎块土层，由于持续的雨水渗透，使得土壤存水率增大，土体的流变性能也随之发生改变，强度下降，从而造成路堤局部向外侧方滑移推动，从而生成纵向开缝。此外，在后续测控中，还发现了斜坡的底端存在着大量积水，从而为斜坡滑移提供了充足的条件。为了防止高填方路基坡体边缘滑移现象加重，确保工程建设和行车安全，对此段路基开展稳固处理显得尤为迫切。

5 路基加固设计

5.1 设计方案

在保证公路正常运行的情况下，采取的加固处理方式既要节约作业造价，又要维护临近生态环境安全，且所需时长较短。鉴于路基下部存有较稳定的风化片麻岩基础，可以在作业中选择防滑钢管桩来增加路基的稳固性。

在验算未加固前的坡体安全参数的过程中，鉴于需将线路垂直走向、原地质走向由从南到北的客水流动纳入考虑范围，因此，在开展斜坡稳固性的校核作业时，应将旧有地形线上下两端0.5 m之内的土壤抗剪强度减小，斜坡处于非稳定状况。根据边坡安全系数1.3可有效推知出斜坡其余下滑力，此下滑力是以钢管桩与上部锚杆一同承载的，共配置2排钢管桩，排与排间间距为1.5 m，桩与桩距离为1.0 m[2]。

5.2 钻孔注浆

注浆技术是将混合制成后的浆液在预设的压强下通过注浆管道注浆到土壤内，使浆液充分浸透、填入并补足土壤颗粒之间的空隙，在浆液固化凝结后与土壤黏合而成新的固化物，从而增强地基荷载功用以提升其抗形变能力。该工程均配置竖向钻孔，孔径在75~90 mm，深度钻至岩体基岩部位，每隔3 m成一孔，排距3 m，布设为矩形状，注浆压力为0.3~0.6 MPa。

5.3 全长黏结锚杆

为了削减钢管桩生成的内力，在桩顶提前配置了一列锚杆，锚杆向外的一端安设在桩顶端的连接梁上，杆身上每距离1.5 m处配置一对中定位托架，将桩身和锚杆向外的一端以混凝土注浆的方式与连接梁连接起来，锚杆的类型为全长黏结锚杆。

5.4 抗滑钢管桩

在稳定性极差的岩性土壤中，采用抗滑桩形式的结构作为地基的加固方法是相当有效的。在开展作业的进程中，在路基的边沿处和路肩之间，分别配置了两组径长237 mm、厚8 mm的钢管桩，布设桩主要参照“梅花”状布设，其基坑深度需超过5 m。用C30混凝土浇筑钢管内部，外面部分用M30砂浆注浆[3]。

5.5 混凝土联系梁

为了确保钢管桩在整体层面上的受力分布，在每一排桩顶均配置有1根40 cm×40 cm的连接梁，这样就可以将锚杆+钢管桩+桩内土壤紧密组合在一起，从而组合形成空间钢架建构体系，有效提高了桩的承载能力和抗弯矩性能。

6 施工技术

鉴于旧有坡体早已生成滑移状态，所以高效安排开工次序有助于顺利开展加固防护作业。此次加固作业的开工次序是：钢管桩布设作业→路基开孔成浆作业→锚杆作业→配置联系梁。

6.1 钢管桩施工

1）钻孔布设需依据实地桩点指定方位来配置，利用全站仪，参照设计列间距离1.0 m，排间距离1.5 m，孔位误差低于10 mm，再以全站仪定位桩点和判定孔口高度，并将高度详细记载下来，以钻探合适的孔深度，孔径则为350 mm。

2）需参照施工预设方案开展生产和布设钢管桩作业，桩间的交汇处需最先开展坡口加工作业，且以焊接的方式将坡口加工完毕，焊接口外端需利用大于钢管外径的多层钢管呈圆周状有序匀称加固。在预埋完毕的钢管内部注浆C30砂浆，外层以泵输送M30砂浆，制浆为32.5常规硅酸盐水泥，注浆压强为0.6 MPa。

6.2 路基钻孔注浆

1）成孔前，需参照实地控制点精确布设作业轴线和成孔方位，孔直径为75~90 mm，全部为竖向孔，以干成孔法开展钻探作业，若过程中形成塌方或遭遇块石下落等状况时，应换用硬性合金钻头，钻机在井眼周围开展钻探作业，成孔方位必须保持在预设指定点的5 cm之内。

2）制浆进程中主要为水泥质煤灰浆液，制浆混合比例：水泥∶粉煤灰=4∶1，煤灰水配制比为0.5~0.55，采用32.5R混合复合硅酸盐水泥。

3）在注浆作业开展前需预埋形变监测点，以避免因注浆作用力影响导致地表生成过度形变而对已建造完毕的路基造成损害。钻孔封闭深度需在1.5 m及以上，注浆压力则为0.3~0.6 MPa。在作业开展期间应仔细监测地表高程变化和水平位移状况，以防止路基侧倾。为了避免砂浆沿着旧开缝溢出，在注浆之前，应先将已存有的开缝注浆、填补完毕，在达到预设压力并维持该状态15 min后，方可停止注浆作业。

6.3 锚杆施工

1）锚杆定点和成孔钻探需参照实地标高控制方位，以水准仪参照预设距离1.2 m判定锚杆所在方位，孔位误差需在100 mm及以下。锚杆与水平方向的角度为40°，锚杆应确保在岩体5 m内，钻孔直径在100 mm及以上。

2）生产和布设锚杆均使用φ32 mm的2号螺栓，在杆体上每1.5 m处布置一对中定位托架，以确保钢筋外层具有适宜厚度的混凝土防护层。在孔内清洁完毕后，将已加工好的锚杆插入钻孔，并对其外露部分和地点进行检验，以保证其外端部分能与钢管桩及后续配置的联系梁对接。

3）孔内注浆主要通过泵将M30水泥浆输送至锚孔内，水煤灰配比0.4∶1，以32.5R常规硅酸盐水泥开展作业，注浆压力为0.5~1.0 MPa。

6.4 连续梁施工

在生产、布设钢管桩及锚杆的作业均终止后，再开展连接梁配置作业。首先，在钢管桩所设的作业轴线上挖出截面在40 cm×40 cm及以上的沟槽，将槽内浮土清除后，参照预设需求布设2道钢筋，每道均设有φ20 mm钢筋5根，箍筋为φ6 mm@25 cm，将钢管和钢筋焊接，再以天然土壤为模板直接开展混凝土注浆作业。每距离20 m配置1条宽2 cm的伸缩缝，并将沥青麻筋填入其内部。

7 桩侧土压力监测结果分析

在作业期间土压力计检测到的压力变化曲线如图1所示。

图1 土压力变化曲线

由图1可知，除了3号土压力计以外，1号、2号和4号土压力计所检测的土压力的变化幅度趋于一致，这是土压力计在埋地后，地基和面层作业开展引起的水平土压力的改变。6月16日土压力之所以大幅度提升，主要在于下层铺设作业刚完毕，再加上6月中旬持续几天的强降水，导致土体给予桩的压力增加，随后渐渐稳定。3号土压力计在埋置后虽然土压力略有增加，但其变化区间仍低于0.1 MPa，并逐步回复到正常水平，表明在钢管桩的防护状态下，斜坡已逐步趋于应力均衡，这表明以钢管桩开展土体防护作业是有效的。