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擋土墻及路肩墻水泥砼抗滑樁施工工法

1  前言

近年來,國家對交通基礎設施建設的投入不斷增加,交通建設事業的快速發展和國家總體戰略布局的實施,高速公路施工將逐漸向山區、深山區等復雜地形、地質情況下推進,不可避免地會遇到滑坡體進行滑坡處治的施工。為了爭取最快最有效的滑坡處治方案,“綏滿高速公路綏芬河至牡丹江段工程建設項目”“綏滿國道主干線海林至亞布力公路改擴建工程”“哈爾濱繞城高速公路工程建設項目”均設計采用了擋土墻及路肩墻水泥砼抗滑樁施工工法,通過整體體系防御能力的提高來治理滑坡,達到了滑坡治理目的。由于在復雜地質情況下,水泥砼抗滑樁在擋土墻及路肩墻處治滑坡作用方面效果明顯,且工藝技術較為成熟,所以有較明顯的社會、經濟效益。應用此項工法的綏滿國道主干線海林至亞布力公路改擴建工程榮獲二0一0年度國家優質工程銀質獎。2011年7月該工法關鍵技術經黑龍江省交通運輸廳組織的專家鑒定,認為達到國內領先水平。2011年8月本工法經科技查新,國內未見相同文獻報到.

2  工法特點

2.1 利用機械鉆孔灌注樁作抗滑樁,能有效地阻擋滑坡地質災害地進一步發展,并保證工程的順利實施。

2.2 建造在軟土地基上的擋土墻,其整體穩定性往往不能滿足設計要求,在擋墻下設置抗滑樁以阻止地基滑動。

2.3 對建造在地基土為抗剪強度較低的柔弱土層時,極易引起地基滑動,影響擋墻及路基的穩定,故在距路肩墻內側4米縱向間距5米設置抗滑樁,卸載部分側向滑動力,以減小滑坡體對路肩墻橫向的直接受力影響。

2.4 抗滑樁用系梁相互連接,極大的增強了抗滑樁的整體抵御滑坡的能力。

3適用范圍

深山區復雜地質、地形條件下高速公路、鐵路施工,山區城市滑坡地質災害處治及其預防施工。

4工藝原理

在路肩墻基礎下或路肩墻前緣某指定截面設置抗滑樁,通過滑動面以下的有效錨固長度再通過樁的支撐作用來穩定滑坡,再兼顧系梁的連接,增強整體抵御側向滑動的能力。也通過路肩墻的整體強度抵御滑坡體上荷載對滑坡體的側向受力影響。一般適用于非塑性體淺層和中厚層滑坡前緣,抗滑樁位置靈活,可以分散作業,省時省料,破壞滑體少,便于施工,易于搶修,結合路肩墻的整體抗側滑能力,能立即產生抗滑作用。在正在通車的線路或已成型建筑物附近施工,可以不影響行車或正常生產。在新線施工中,對易產生滑坡的山坡或暫時穩定的古老滑坡可以采用先施工抗滑樁后再開挖路塹或砌筑擋墻的施工方法,可以成功地避免滑坡的產生或復活,確保施工或構造物的安全。此外,機械鉆孔抗滑樁的樁孔本身就是一個很好的深探井,通過它可以檢查和修改原有的設計,達到動態設計目的,使設計更加符合實際情況。

           5施工工藝流程及操作要點

抗滑樁按施工方法不同,可分為打入樁,鉆孔樁和挖孔樁。由于機械鉆孔抗滑樁配合路塹擋墻及路肩墻的適應性強、施工簡便等優點,在工程上使用較多,因此,本工法僅對鉆孔樁抗滑樁配合路塹擋墻及路肩墻的施工作詳細介紹。

5.1 施工工藝流程

施工準備→測量放樣→樁孔開鉆→地質情況檢查和修改設計→終孔→鋼筋安裝→混凝土澆筑→路塹擋墻的砌筑

5.2 操作要點

5.2.1  鉆孔前的施工準備工作

鉆孔前的準備工作主要包括接通水路、電路,樁位放樣,整理平整場地,布設施工便道,設置供電及供水系統,制作和埋設護筒,制作鉆孔架,泥漿的制備和準備鉆孔機具等。

1 場地整理

施工前,施工場地按不同情況進行處理。對于處在水中的鉆孔樁基礎都必須搭設施工平臺,樁基處在旱地時,清除雜物后夯壓密實即可。

2 本標段鉆孔樁均使用鋼護筒,采用3mm-5mm鋼板制作。為保證其剛度,防止變形,在護筒上、下端和中部外側各焊一道加勁肋。本合同段的鉆孔樁直徑為3000px和2500px。根據鉆孔樁直徑,我們所做的護筒直徑為3625px和3125px。護筒埋設時,其軸線對準測量所標出的樁位中心,護筒周圍和護筒底接觸緊密,保證其位置偏差不大于125px,傾斜度不大于1%。

3 泥漿的制作

制漿前,先把粘土盡量打碎,使其在攪拌中容易成漿,縮短成漿時間,提高泥漿質量。制漿時,可將打碎的粘土直接投入護筒內,使用沖擊錐沖擊制漿,待粘土已沖攪成泥漿時,即可進行鉆孔。多余的泥漿用管子導入鉆孔外泥漿池貯存,以便隨時補充孔內泥漿。

4 鉆機就位

埋設好護筒后,即可進行鉆機就位,本標段使用的鉆機為卷揚機牽引式沖擊鉆和沖抓鉆。就位時,只要使鉆錐中心對準測量放樣時所測設的樁位即可,其對中誤差不得大于125px。

5 測量放線

按設計坐標采用全站儀測定樁位,根據樁孔線或四邊角點進行放樣,考慮施工誤差,每邊可較設計放大0.05m。同時對滑坡體建立監控體系,定期觀測,及時提供監控報告和發出報警通知。

5.2.2鉆孔工藝

1沖擊鉆鉆孔工藝

1)開鉆前應注意的事項

開鉆前,在護筒內多加一些粘土。地表土層松疏時,還要混和加入一定數量的小片石,然后注入泥漿和清水,借助鉆頭的沖擊把泥膏、石塊擠向孔壁,以加固護筒角。為防止沖擊振動使鄰孔坍塌或影響鄰孔已灌注砼的凝固,必須等鄰孔砼灌注完畢并達到一定的強度后方可開始鉆孔。

沖擊鉆孔時宜用小沖程,當孔底在護筒腳下3-4m后,可根據實際情況適當加大沖程。

在鉆孔樁上部淤泥段,考慮采用沖抓鉆:一方面可防止坍孔,另一方面可以適當加快施工進度。 鉆機安裝處事先整平夯實,以免在鉆孔過程中鉆機發生傾斜和下陷而影響成孔的質量。

鉆機必須固定牢固,嚴禁在鉆孔過程中鉆機移位。鉆孔時,隨時察看鋼絲繩的回彈情況,耳聽鉆錐的沖擊聲,以判別孔底情況,掌握勤松動,少量松繩的原則;孔內水泥漿水平面須高出護筒腳至少0.5m以上,以免泥漿面蕩漾損壞護筒腳孔壁,但比護筒頂面低0.3m,防止泥漿溢出;沖擊過程中勤抽碴,勤檢查鋼絲繩和鉆頭的磨損情況,預防安全質量事故的發生。

2)抽碴時應注意的幾個問題

及時向孔內補漿或補水,如向孔內投放粘土自行造漿,在抽碴后隨著沖擊投放粘土,不宜一次倒進很多,防止粘結;抽碴筒到孔底后,要在孔底上、下提放幾次,使用權其多進些鉆碴,然后提出;鉆頭刃口在鉆井中不斷磨損,直徑磨耗不得超過37.5px,每班開鉆前檢查鉆頭直徑、及時補焊,不宜中途修補,以免卡鉆;準備備用鉆頭,輪換使用和修補。

2 回轉鉆鉆孔工藝

1)初鉆

先啟動泥漿泵和轉盤,使之空轉一段時間,待泥漿輸進一定數量后,方可開始鉆進。接、卸鉆桿的動作要迅速、安全,爭取在盡快時間內完成,以免停鉆時間過長,增加孔底沉淀。

2)鉆進時注意事項

開始鉆進時,進尺應適當控制,在護筒刃腳處,應低檔慢速鉆進,使刃腳處有堅固的泥皮護壁。鉆至刃腳下1m后,可按土質以正常速度鉆進。如護筒土質松軟發現漏漿時,可提起鉆錐,向孔中倒入粘土,再放下鉆錐倒轉,使膠泥擠入孔壁堵住漏漿孔隙,穩住泥漿繼續鉆進;在粘土中鉆進,由于泥漿粘性大,鉆錐所受阻力也大,易糊鉆。易選用尖底鉆錐、中等轉速、大泵量、稀泥漿鉆進;在砂土或軟土層鉆進時,易坍空孔。易選用平底鉆錐,控制進尺,輕壓,低檔慢速,大泵量,稠泥漿鉆進;在輕亞粘土或亞粘土夾卵、礫石層中鉆進時,因土層太硬,會引起鉆錐跳動和鉆桿擺動加大及鉆錐偏斜等現象,易使鉆機超負荷損壞。宜采用低檔慢速,優質泥漿,大泵量,兩級鉆進的方法鉆進;鉆進過程中,每進尺2~3m,應檢查鉆孔直徑和豎直度,檢查工具可用圓鋼筋籠(外徑D等于設計樁徑,高度3~5m)吊入孔內,使鋼筋籠中心與鉆孔中心重合,如上下各處均無掛阻,則說明鉆孔直徑和豎直度符合要求。

3)終孔

根據鉆孔實際地質剖面圖,經設計部門意見反饋,進入滑動面以下穩定的基巖深度滿足錨固長度和達到抗滑力要求后,可報請監理工程師進行終孔并計算抗滑樁體樁長。

4)檢測孔深、傾斜度、直徑和清孔

鉆孔完成后,必須檢測孔深、直徑和傾斜度,其中孔徑和孔深須達到設計要求,傾斜度不得大于1%。清孔就是在吊放鋼筋籠之前,對孔內的石碴、泥漿進行必要的清理,做到孔內含泥量、含碴量和孔底沉渣符合設計及圖紙要求。

5.2.3鋼筋安裝

在現場設置鋼筋棚,場地需進行硬化。

1鋼筋在鋼筋棚按設計要求下料,運到現場進行綁扎和安裝。

2鋼筋籠可在井口搭設輔助吊架,逐段綁扎成型逐段吊入孔內施工成型。

3鋼筋籠也可以在孔內綁扎,逐段升高到整體成型施工。

4鋼筋籠主筋采用在鋼筋棚加工完成套絲并運到井孔處,由工人在現場采用機械直螺紋套筒連接成型工藝進行主筋連接施工。

5 聲測檢測管(如有)隨鋼筋籠一同成型,并精確定位和控制垂直度,以確保檢測效果。

5.2.4混凝土澆筑施工

1現場設置拌和站或有條件時采用商品混凝土,對場地進行規整硬化,對計量器具進行標定。

2混凝土采用泵送或其他符合現場情況的方式進行運輸。

3在井孔內必須設置串筒或導管,確?;炷磷杂陕潴w高度不大于規范規定值,以防止混凝土離析影響樁基樁身混凝土質量。

4如井孔內滲水量上升速度大于6mm/分鐘,則采用水下澆筑混凝土工藝導管剪球法進行施工,防止混凝土被水洗而離析或出現質量缺陷。

5采用干處灌注必須進行振搗,每澆筑50~1500px高進行均勻振搗一遍,以混凝土不冒氣泡,表面平坦不下沉和泛漿為止,確保成樁混凝土質量。

6采用導管剪球法灌注水下混凝土,必須執行相關要求、標準和注意事項,確保成樁質量。

5.2.5寒冷地區及常年凍土地帶要考慮凍脹作用對抗滑樁灌注樁的不利影響。

1凍脹產生的原因

主要是冬季因凍土上限以上處于凍結狀態而產生強大的切向力,此時,恒載加凍結力不足以平衡凍脹力,致使基礎拔起;或由于施工過程中大量的熱量介入,引起的水熱交換條件失去平衡,導致天然上限下降,產生地基壓密下沉;另外凍土地基在荷載長期作用下產生蠕變而下沉。在天然條件下,由于地基土土質條件、水分條件、凍結條件等的不同,抗滑樁基礎的凍脹將是不均勻的,通過對作用于基礎的凍脹力情況進行分析,由于水平凍脹力相互抵消,對工程造成破壞的主要是凍脹產生的切向凍脹力和法向凍脹力。

2在抗滑樁的施工中,應采取以下措施防止樁凍脹

1)干法鉆孔快速施工。按照保護凍土、減少熱擾動的原則,凍土區灌注樁的鉆孔施工提倡使用旋挖鉆機干法旋鉆,快速成孔。成孔后快速灌注,避免孔壁熱融坍塌。

2)護筒埋入凍土上限以下至少0.5米,成樁后不拆除護筒,并在護筒壁涂抹油渣涂層,在地基土與樁基之間形成滑動層,減少外表面的親水程度,從而降低凍土凍脹對樁的上拔力。

3)位于寒冷地區的灌注樁施工現場澆注的混凝土均采用低溫、早強、耐久混凝土。

5.2.6抗滑樁配合路塹擋墻及路肩墻施工

5.2.7機械鉆孔施工工藝

5.2.8  機械鉆孔抗滑樁配合路塹擋墻及路肩墻施工工藝的改進

1采用跳槽式或隔孔方式鉆孔,以少擾動或不擾動滑坡體為主,盡量避免在鉆取抗滑樁過程中導致滑坡加劇。

2在施工抗滑樁前應對滑坡范圍裂縫進行封閉,先施作截水溝,防止雨水滲入滑體,增加滑體的重力和下滑力。

3在施工抗滑樁路塹擋墻及路肩墻時,最好避開雨季選擇旱季進行。

4抗滑樁、路肩墻施工應安排按合理,工序緊湊,采用短、平、快的方式,集中力量突擊,防止各工序間隔拖延時間太長,對滑坡治理不利。

5先施工抗滑樁,后系梁,再施工路塹擋墻及路肩墻。

5.2.9監測技術與分析

確保工程建設安全的關鍵是全過程監控滑坡體的變化情況,及時測量各主要工序施工階段引起的動態沉降數值,并與分析計算值比較,及時反饋指導設計和施工。主要的監測內容參見下表

6 材料與設備    

6.1材料

7 質量控制

7.1施工依據

《公路工程質量檢驗評定標準》(JTGF80/1-2004)

《公路橋涵施工技術規范》(JTJ 041-2000)

《公路路基施工技術規范》(JTGF10-2006)

《公路路基設計規范》   (JTGD30-2004)

《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55-2000)

7.2工程質量控制標準

7.2.1樁孔開挖中施工質量執行中華人民共和國交通部公路工程國內招標文件范本《技術規范》。樁孔開挖中心位置、孔底高程允許偏差按下表執行。

7.2.2抗滑樁施工質量執行《公路工程質量檢驗評定標準》允許偏差見表

7.2.3路塹擋墻及路肩墻施工質量執行《公路工程質量檢驗評定標準》允許偏差見表

7.3質量保證措施

7.3.1樁孔開鉆斷面尺寸不得小于護壁厚度加樁身斷面尺寸(長寬或直徑)。

7.3.2鋼筋籠分段成籠,搭接位置不得設在土石分界和滑動面處。

7.3.3混凝土灌注必須連續作業,如因故出現中斷灌注,接縫面應做特殊處理,嚴禁施工縫處在滑動面上。

7.3.4抗滑樁施工必須按隱蔽工程要求做好施工記錄

8  安全措施

8.1 建立完善的施工安全保證體系,加強施工作業中的安全檢查,確保作業標準化、規范化。

8.2 施工現場的臨時用電嚴格按照《施工現場臨時用電安全技術規范》的有關規范規定執行。

8.3 施工現場按符合防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規定及安全施工要求進行布置,并完善各種安全標志和標識。

9  環保措施

9.1 將施工場地和作業控制在工程建設允許的范圍內,合理布置,規范圍擋,做到標牌清楚、齊全,各種標識醒目,施工現場整潔文明。

9.2 設置專用廢水,垃圾處理坑,認真做好無害化處理,從根本上防止生產、生活垃圾亂堆亂放亂流,污染周圍環境。

10資源節約

水泥砼抗滑樁合理搭配路肩墻及路塹擋墻可有效利用此防滑治理體系抵御側向滑動力。在因地制宜合理的采用鉆孔施工的條件下,就可以采用相對較陡的邊坡坡度,減少土石方開挖方量,加上抗滑樁及擋墻在結構上所占空間很小,可減小開挖寬度,從而可以較大幅度的減少開挖工程量。一方面減少機械設備的使用,降低造價;另一方面減少了植被破壞,降低了復墾的費用。

11  效益分析

11.1經濟效益

本工法雖然初期建設投資比較大,每米造價約為1920元/米,但是采用其他方法施工的滑坡段落,一般通車3年后維修養護工程連續發生,且維修一般要封閉交通,既阻斷了交通又增加了養護維修費用,而采用抗滑樁次第搭配路塹擋墻施工的路段,施工工藝方法簡單,能徹底解決地質災害對路基的危害,延長路基、路面使用年限,在正常使用條件下,路基邊坡穩定,不需要加固維修。不用對滑坡地質災害的治理多投入更多的費用,此工法在黑龍江省多個工程中成功應用,從長遠利益看則更經濟合理。

11.2社會效益

本工法主要增加了水泥鋼筋砼的造價,但可以相應的減少處置滑坡災害的投入,搭配了抗滑樁的路塹擋墻及路肩墻具有足夠的強度和良好的整體性,抗裂、抗沖擊、抗側向滑動的性能也大為改善。采用此法施工的工程基本上能避免滑坡災害的侵襲。節約了大量的資金,減少了對路基安全及質量的影響,取得了良好的社會效益。

12 應用實例

12.1 應用實例一

12.1.1綏滿高速公路綏芬河至牡丹江段工程建設項目位于黑龍江省牡丹江東部,國道301干線高速公路,路基寬24.5m,設計車速120公里/小時。黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司承建該工程,K104+800-K125+000長20.2公里的施工任務,工期為2009年5月-2011年7月。采用抗滑樁及路肩墻、路塹擋土墻搭配組合進行滑坡治理后,通過對該段路基工后監控,未發現開裂和下沉,現已正常運營了一年,沒有再出現滑坡病害,,直接起到了很好的抗滑作用,抗滑效果顯著。

12.2應用實例二

12.2.1綏滿國道主干線海林至亞布力公路改擴建工程位于亞布力東部,國道301干線高速公路,路基寬24.5m,設計車速120公路/小時。黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司承建該工程施工任務,工期為2005年6月-2007年9月。采用“抗滑樁搭配路肩墻及路塹擋墻施工”工法進行滑坡治理后,滑坡已經得到徹底的治理,現已正常運營4年沒有出現滑坡病害,說明抗滑樁搭配路肩墻及路塹擋墻施工已經起到了直接的很好的抗滑作用。

12.3應用實例三

12.3.1哈爾濱繞城高速公路工程建設項目西段(瓦盆窯---秦家)全長1268.86m,主橋全長696m,橋引道全長500m,主橋全寬33.2m,雙向四車道。黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司承建該工程,工期為2001年7月-2004年10月。采用“擋土墻及路肩墻水泥砼抗滑樁施工”工法實施橋引道滑坡治理后,有效地止住了滑坡體變形失穩,達到了預期的治理效果,現已正常運營7年沒有出現滑坡病害,取得了良好的經濟及社會效益。


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