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贵州崇遵高速公路高工天滑坡综合治理与施工
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内容提示：通过贵州省崇(溪河)遵(义)高速公路高工天滑坡施工中,对路基边坡滑坡施工方案的比选,总结出在该类不良地质路基施工中的一些经验,以供类似路基边坡施工方案进行参考。
1 工程概述
崇遵高速公路第五合同段K25+190~K25+320段路基,位于高工天古滑坡体边缘,边坡高度为40 m~50 m不等。原设计边坡坡度1∶0. 5,每8 m一级,每级边坡之间设2 m宽碎落台。边坡防护形式采用预应力锚索与地基梁结合防护,坡面采用普通砂浆锚杆挂网喷射混凝土防护。地基梁长度分为13 m和18 m两种,纵向间距2. 7 m,采用C30钢筋混凝土。每根地基梁采用3根或4根锚索索固,根据地质情况,锚索长度18 m~27 m不等,锚固段长度9 m,锚孔倾角15°。设计要求边坡施工一级一级开挖,开挖完成一级防护一级。（参考《建筑中文网》）
施工单位于2003年10月份开始施工,于2004年4月底完成大部分锚索和地基梁及喷射混凝土工程。2004年5月份,两次大暴雨后,坡面喷射混凝土出现裂缝,坡顶出现开裂,裂缝与路线交角约50°。随后一两天内裂缝开裂加快,出现与路线斜交50°下滑,部分地基梁拉断,锚索全部失效,古滑坡体激活,形成新滑坡体。经初步勘察,已经滑塌部分呈撮箕形,体积在10万m3左右,滑坡裂缝后缘呈陡壁状,且为碎块石堆积层。若已滑动部分继续向路线方向滑动,失去对整个坡体的反压作用,可能使后缘坡体发生更大滑动。
2 滑坡体产生原因分析
设计单位对古滑坡体重新进行地质钻探,经地面地质调绘及钻探资料分析,K25+190~K25+320左侧为一古滑坡体,滑坡体规模大。滑坡舌为现已开挖的路基部分,滑坡鼓丘位于现防护坡面,滑坡台阶为坡口以上的平台,滑坡后缘已被崩塌岩堆覆盖,属顺向坡。该古滑坡体在路基开挖前较稳定。经调查,约80年前,由于山洪等原因出现过一次滑动,但滑动规模较小。
新滑坡体形成机理分析:
1)该古滑坡体在长时间的蠕滑后,已形成相对稳定状态,然而路基开挖后,形成新的临空面,破坏了坡体的平衡。虽然设计采用锚索及地基梁,边坡喷锚等防护措施,但滑坡体下滑方向并不与路线方向垂直,锚索不能充分发挥锚固作用。
2)该滑坡体表面覆盖层较厚,主要分为两层,上层为块、碎石砂砾及粘土堆积物。下层为砂岩、砂质泥岩块石组成。由于坡面堆积物较松散,锚索按照设计张拉后,经过一段时间,受张拉力作用,地基梁下陷,致使锚索出现部分拉力失效,从而不能抵抗滑坡体下滑力。
3)滑坡体上方为水稻田,加之5月份两次连续强降雨,地表水排泄不畅,雨水沿松散的碎块石下渗,使古滑坡体形成新的软弱滑动面,诱导或触发滑坡的形成。
3 滑坡治理设计
3.1 地质勘察
地质勘察共施钻15个,经过对芯样分析,滑坡体为残坡积层、古滑坡堆积层及下伏基岩组成,其中残坡积层主要由块石、碎石砂砾及粘土组成,直径20 mm~1 500 mm不等,中间粘土含量10%~90%,厚度0. 8 m~4. 0 m,较为松散;古滑坡、崩塌堆积层由砂岩、砂质泥岩块石组成,层间夹少量粘土,块石直径200 mm~4 000 mm,含量约55%~90%,层厚为2.0 m~29.0 m。该层底部为紫色砂砾粘土、含砂质泥岩及砂岩风化残块,厚度0. 5 m~3. 0 m,为主滑动面。
3.2 滑坡治理设计要点
此滑坡体体积较大,如采用单一治理方案无法根治。根据地质勘察结果,结合实际情况,治理采用抗滑桩支挡防护、井字梁锚索防护、花管注浆防护及防排水、坡面植草等防护措施相结合的方案。
3.2.1 防排水
该滑坡体滑动产生原因最主要为裂隙水,特别是坡顶上水田,常年对滑坡体产生影响,为此,解决渗水问题为首要问题。排水采用防排结合,主要有:
1)由业主协调,对坡顶上面水田进行改造。改为旱田,以减少水对坡面的影响。
2)在坡顶处设计水沟,与原截水沟相连,防止坡角上水流冲刷及灌入滑坡体。
3)在滑坡体裂缝以后设置纵向渗沟,将坡体内地下水排入截水沟内,防止后缘坡体发生更大范围的坍塌。
3.2.2 花管喷锚
为防止地表水沿滑坡体上缘渗入,造成新的滑动,滑坡体上缘部分坡面采用花管(土钉)注浆防护,外面挂网喷射混凝土。花管采用外径33. 5 mm普通钢管,长10 m,间距1. 2 m,呈正方形布置。花管注浆压力不小于0. 8 MPa,注浆采用525纯水泥浆。花管(土钉)大样图见图1。
3.2.3 抗滑桩、挡墙支挡防护
根据地质勘察结果及滑坡体的大小进行推力计算后,确定采用两排抗滑桩防护。第一排设置于距路基边缘16. 7 m处,与左侧路线方向呈47°角,垂直于主滑动面,共设置9根,抗滑桩截面尺寸为2 m×3 m,桩间距为4 m,由地勘确定桩长20 m。第二排设置于路基边缘,分为A型和B型桩。A型桩4根,垂直于主滑动面方向设置,抗滑桩截面尺寸为2 m×3 m,桩间距为4 m; B型桩平行于路线方向设置,共13根,抗滑桩截面尺寸为2 m×3 m,桩间距为4 m。根据地形在K25+190~K25+211. 5位置设置抗滑挡墙,挡墙墙高6. 0 m。
3.2.4 预应力锚索及井字梁
顺主滑动面及路基面方向,设置两排井字梁锚索,以稳定边坡。井字梁9. 8 m×9. 8 m,梁体宽度为80 mm。十字交叉处采用锚索拉紧。每孔锚索采用7根15. 24 mm钢绞线构成,锚固段长度为9 m。钻孔孔径135 mm。锚索孔内自孔底一次性压满水泥砂浆,浆体强度不小于25 MPa,注浆压力不小于0. 15 MPa,锚索自由段采用防护油及塑料管隔离。锚索最终设计施加张拉力为1 500 kN,张拉为两次四级张拉,每级间隔时间30 min,每级拉力为375 kN。
3.2.5 坡面防护
在该段滑坡路线的切割坡面上采用挂网喷射混凝土防护,在侧向坡面上采用喷播草籽进行绿化防护。
4 滑坡治理施工要点及存在问题解决方案
高工天滑坡治理施工要点主要有: 1)花管(土钉)注浆施工。2)井字梁锚索施工。3)抗滑桩施工。在施工过程中存在如下问题: 1)花管及锚索施工中成孔困难,存在塌孔问题。2)花管及锚索注浆过程中由于裂隙发育,浆液无法注满。3)井字梁施工完毕张拉前,存在蠕动及张拉时下陷问题。针对以上存在的问题,制订了相应的解决方案。
4.1 成孔问题
由于滑坡体表层较为松散,在成孔过程中多次出现塌孔现象,特别是最初3 m~4 m左右极易塌孔,为保证成孔质量及施工速度,针对花管及锚索各自成孔要求,分别采取如下措施。
4.1.1 花管成孔
施工初期采用普通钻杆,钻进速度慢,且易塌孔。后采用螺旋钻杆,十字钻头,加快了施工速度,缩短了成孔时间。但部分孔眼仍然出现塌孔。对于此类塌孔孔眼,直接将花管套在钻机上钻进,然后边注浆边退出,待24 h后重新采用钻杆钻进,从而避免出现塌孔。
4.1.2 锚索成孔
由于锚索要求孔径较大,设计为135 mm,更易塌孔。为保证施工进度,最终决定采用以套管护壁成孔代替裸眼成孔。根据地勘资料及现场施工机具,采用3 m长140 mm套管。钻机采用MD-50型锚杆钻机及相应的跟管钻具,利用气动潜孔锤的冲击功对钻头做高频冲击的同时,经连接在钻头上方的专用接头,对套管靴产生高频锤击,使套管随钻头同步下入。当套管进入设计深度后,反向转动钻头,钻头便随钻杆一起从套管中提出钻孔。
4.2 注浆渗漏问题
由于该滑坡体大部分为块、碎石及粘土组成,裂隙发育。如果采用设计要求一次完成注浆,注浆数量很大,且无法注满。最终采用二次注浆完成。
首先在锚索制作时预埋两根注浆管,一根为活动管,可以拔出;另一根为固定管,其中锚固段每隔1 m开两个注浆孔。注浆时先使用活动注浆管,采用常压注浆,注浆压力控制在0. 2 MPa,边注浆边拔出活动管,拔出速度控制在注浆液扩散半径达到0. 5 m左右,浆液加入1%速凝剂。一次注浆完成后待24 h,开始二次注浆,注浆按照设计要求的压力完成。
4.3 井字梁蠕动及下陷问题
由于坡面较为松散,井字梁自重较大,在施工完成第一个井字梁后,发现其产生微小位移,为吸取前期施工的锚索由于地基梁下陷而拉力失效的教训,决定在井字梁周围采用花管注浆固结。根据井字梁大小,每个井字梁采用16根4 m长33. 5花管注浆,具体布置见图2,同时在锚索张拉时采用超张拉,以减小锚索失效率。
5 结语
高工天滑坡治理边坡采用井字梁锚索及普通砂浆锚杆喷射混凝土防护。对于地表较为松散的坡面,不是很适用,特别是锚索施工过程中采用套管施工,增加了施工难度和成本,且施工速度慢。如采用自进式中空预应力锚杆,可大大提高施工速度,注浆后提高了边坡的整体稳定性,但造价较高。
崇遵高速公路第五合同段K25+190~K25+320段路基,位于高工天古滑坡体边缘,边坡高度为40 m~50 m不等。原设计边坡坡度1∶0. 5,每8 m一级,每级边坡之间设2 m宽碎落台。边坡防护形式采用预应力锚索与地基梁结合防护,坡面采用普通砂浆锚杆挂网喷射混凝土防护。地基梁长度分为13 m和18 m两种,纵向间距2. 7 m,采用C30钢筋混凝土。每根地基梁采用3根或4根锚索索固,根据地质情况,锚索长度18 m~27 m不等,锚固段长度9 m,锚孔倾角15°。设计要求边坡施工一级一级开挖,开挖完成一级防护一级。（参考《建筑中文网》）
施工单位于2003年10月份开始施工,于2004年4月底完成大部分锚索和地基梁及喷射混凝土工程。2004年5月份,两次大暴雨后,坡面喷射混凝土出现裂缝,坡顶出现开裂,裂缝与路线交角约50°。随后一两天内裂缝开裂加快,出现与路线斜交50°下滑,部分地基梁拉断,锚索全部失效,古滑坡体激活,形成新滑坡体。经初步勘察,已经滑塌部分呈撮箕形,体积在10万m3左右,滑坡裂缝后缘呈陡壁状,且为碎块石堆积层。若已滑动部分继续向路线方向滑动,失去对整个坡体的反压作用,可能使后缘坡体发生更大滑动。
2 滑坡体产生原因分析
设计单位对古滑坡体重新进行地质钻探,经地面地质调绘及钻探资料分析,K25+190~K25+320左侧为一古滑坡体,滑坡体规模大。滑坡舌为现已开挖的路基部分,滑坡鼓丘位于现防护坡面,滑坡台阶为坡口以上的平台,滑坡后缘已被崩塌岩堆覆盖,属顺向坡。该古滑坡体在路基开挖前较稳定。经调查,约80年前,由于山洪等原因出现过一次滑动,但滑动规模较小。
新滑坡体形成机理分析:
1)该古滑坡体在长时间的蠕滑后,已形成相对稳定状态,然而路基开挖后,形成新的临空面,破坏了坡体的平衡。虽然设计采用锚索及地基梁,边坡喷锚等防护措施,但滑坡体下滑方向并不与路线方向垂直,锚索不能充分发挥锚固作用。
2)该滑坡体表面覆盖层较厚,主要分为两层,上层为块、碎石砂砾及粘土堆积物。下层为砂岩、砂质泥岩块石组成。由于坡面堆积物较松散,锚索按照设计张拉后,经过一段时间,受张拉力作用,地基梁下陷,致使锚索出现部分拉力失效,从而不能抵抗滑坡体下滑力。
3)滑坡体上方为水稻田,加之5月份两次连续强降雨,地表水排泄不畅,雨水沿松散的碎块石下渗,使古滑坡体形成新的软弱滑动面,诱导或触发滑坡的形成。
3 滑坡治理设计
3.1 地质勘察
地质勘察共施钻15个,经过对芯样分析,滑坡体为残坡积层、古滑坡堆积层及下伏基岩组成,其中残坡积层主要由块石、碎石砂砾及粘土组成,直径20 mm~1 500 mm不等,中间粘土含量10%~90%,厚度0. 8 m~4. 0 m,较为松散;古滑坡、崩塌堆积层由砂岩、砂质泥岩块石组成,层间夹少量粘土,块石直径200 mm~4 000 mm,含量约55%~90%,层厚为2.0 m~29.0 m。该层底部为紫色砂砾粘土、含砂质泥岩及砂岩风化残块,厚度0. 5 m~3. 0 m,为主滑动面。
3.2 滑坡治理设计要点
此滑坡体体积较大,如采用单一治理方案无法根治。根据地质勘察结果,结合实际情况,治理采用抗滑桩支挡防护、井字梁锚索防护、花管注浆防护及防排水、坡面植草等防护措施相结合的方案。
3.2.1 防排水
该滑坡体滑动产生原因最主要为裂隙水,特别是坡顶上水田,常年对滑坡体产生影响,为此,解决渗水问题为首要问题。排水采用防排结合,主要有:
1)由业主协调,对坡顶上面水田进行改造。改为旱田,以减少水对坡面的影响。
2)在坡顶处设计水沟,与原截水沟相连,防止坡角上水流冲刷及灌入滑坡体。
3)在滑坡体裂缝以后设置纵向渗沟,将坡体内地下水排入截水沟内,防止后缘坡体发生更大范围的坍塌。
3.2.2 花管喷锚
为防止地表水沿滑坡体上缘渗入,造成新的滑动,滑坡体上缘部分坡面采用花管(土钉)注浆防护,外面挂网喷射混凝土。花管采用外径33. 5 mm普通钢管,长10 m,间距1. 2 m,呈正方形布置。花管注浆压力不小于0. 8 MPa,注浆采用525纯水泥浆。花管(土钉)大样图见图1。
3.2.3 抗滑桩、挡墙支挡防护
根据地质勘察结果及滑坡体的大小进行推力计算后,确定采用两排抗滑桩防护。第一排设置于距路基边缘16. 7 m处,与左侧路线方向呈47°角,垂直于主滑动面,共设置9根,抗滑桩截面尺寸为2 m×3 m,桩间距为4 m,由地勘确定桩长20 m。第二排设置于路基边缘,分为A型和B型桩。A型桩4根,垂直于主滑动面方向设置,抗滑桩截面尺寸为2 m×3 m,桩间距为4 m; B型桩平行于路线方向设置,共13根,抗滑桩截面尺寸为2 m×3 m,桩间距为4 m。根据地形在K25+190~K25+211. 5位置设置抗滑挡墙,挡墙墙高6. 0 m。
3.2.4 预应力锚索及井字梁
顺主滑动面及路基面方向,设置两排井字梁锚索,以稳定边坡。井字梁9. 8 m×9. 8 m,梁体宽度为80 mm。十字交叉处采用锚索拉紧。每孔锚索采用7根15. 24 mm钢绞线构成,锚固段长度为9 m。钻孔孔径135 mm。锚索孔内自孔底一次性压满水泥砂浆,浆体强度不小于25 MPa,注浆压力不小于0. 15 MPa,锚索自由段采用防护油及塑料管隔离。锚索最终设计施加张拉力为1 500 kN,张拉为两次四级张拉,每级间隔时间30 min,每级拉力为375 kN。
3.2.5 坡面防护
在该段滑坡路线的切割坡面上采用挂网喷射混凝土防护,在侧向坡面上采用喷播草籽进行绿化防护。
4 滑坡治理施工要点及存在问题解决方案
高工天滑坡治理施工要点主要有: 1)花管(土钉)注浆施工。2)井字梁锚索施工。3)抗滑桩施工。在施工过程中存在如下问题: 1)花管及锚索施工中成孔困难,存在塌孔问题。2)花管及锚索注浆过程中由于裂隙发育,浆液无法注满。3)井字梁施工完毕张拉前,存在蠕动及张拉时下陷问题。针对以上存在的问题,制订了相应的解决方案。
4.1 成孔问题
由于滑坡体表层较为松散,在成孔过程中多次出现塌孔现象,特别是最初3 m~4 m左右极易塌孔,为保证成孔质量及施工速度,针对花管及锚索各自成孔要求,分别采取如下措施。
4.1.1 花管成孔
施工初期采用普通钻杆,钻进速度慢,且易塌孔。后采用螺旋钻杆,十字钻头,加快了施工速度,缩短了成孔时间。但部分孔眼仍然出现塌孔。对于此类塌孔孔眼,直接将花管套在钻机上钻进,然后边注浆边退出,待24 h后重新采用钻杆钻进,从而避免出现塌孔。
4.1.2 锚索成孔
由于锚索要求孔径较大,设计为135 mm,更易塌孔。为保证施工进度,最终决定采用以套管护壁成孔代替裸眼成孔。根据地勘资料及现场施工机具,采用3 m长140 mm套管。钻机采用MD-50型锚杆钻机及相应的跟管钻具,利用气动潜孔锤的冲击功对钻头做高频冲击的同时,经连接在钻头上方的专用接头,对套管靴产生高频锤击,使套管随钻头同步下入。当套管进入设计深度后,反向转动钻头,钻头便随钻杆一起从套管中提出钻孔。
4.2 注浆渗漏问题
由于该滑坡体大部分为块、碎石及粘土组成,裂隙发育。如果采用设计要求一次完成注浆,注浆数量很大,且无法注满。最终采用二次注浆完成。
首先在锚索制作时预埋两根注浆管,一根为活动管,可以拔出;另一根为固定管,其中锚固段每隔1 m开两个注浆孔。注浆时先使用活动注浆管,采用常压注浆,注浆压力控制在0. 2 MPa,边注浆边拔出活动管,拔出速度控制在注浆液扩散半径达到0. 5 m左右,浆液加入1%速凝剂。一次注浆完成后待24 h,开始二次注浆,注浆按照设计要求的压力完成。
4.3 井字梁蠕动及下陷问题
由于坡面较为松散,井字梁自重较大,在施工完成第一个井字梁后,发现其产生微小位移,为吸取前期施工的锚索由于地基梁下陷而拉力失效的教训,决定在井字梁周围采用花管注浆固结。根据井字梁大小,每个井字梁采用16根4 m长33. 5花管注浆,具体布置见图2,同时在锚索张拉时采用超张拉,以减小锚索失效率。
5 结语
高工天滑坡治理边坡采用井字梁锚索及普通砂浆锚杆喷射混凝土防护。对于地表较为松散的坡面,不是很适用,特别是锚索施工过程中采用套管施工,增加了施工难度和成本,且施工速度慢。如采用自进式中空预应力锚杆,可大大提高施工速度,注浆后提高了边坡的整体稳定性,但造价较高。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201109/15023.htm
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