云贵川等西南山区滑坡、崩塌等地质灾害频发, 属重灾区, 地质灾害治理费用高。传统的边坡支护方法一般采用抗滑桩+锚杆、锚索+格构梁进行支护, 或者采用一些柔性护坡、微型桩的支护方案, 这些施工方案成本均较高。本文介绍一种新型的桩 (约束支座) +拱形挡土墙的边坡支护施工工艺及方法。与传统边坡支护施工方法相比, 在相同工期下, 节省约30%的造价。

本工程位于贵阳市云岩区某开发小区内, 为一环形车道边坡的永久性边坡支护结构, 支护结构安全等级为一级。支护结构重要性系数γ₀=1.1。边坡底绝对高程为1 034.000m, 边坡最大开挖深度为28.0m。

场地属溶蚀型低中山地貌, 位于北东向的乌当背斜西侧倾伏端的南翼。岩石节理裂隙较发育, 岩层总体呈单斜产出。场地内岩层产状为255°∠13°。层间充填物为泥质充填或泥质夹岩屑充填。

岩土主要由素填土、硬塑红黏土及下伏志留系高寨田群 (S_gz) 薄至中厚层泥灰岩、厚层至块状石灰岩组成。

场地西侧距离55.0～80.0m处为南明河, 台地最低点标高高于河水位约11.0m, 排水条件总体较好;地表水量主要受大气降水影响。地下水类型主要有上层滞水、基岩裂隙水及岩溶水。

本工程边坡支护结构采用“约束支座 (桩) +拱形钢筋混凝土挡土墙”支护方案。采用钢筋混凝土挡土墙作为边坡支护结构, 利用“拱形钢筋混凝土挡土墙”支护结构空间受力特点, 平面上土压力通过轴压力的方式沿着拱轴方向传至两端支座 (桩) 。拱形钢筋混凝土挡土墙需预先埋设超前钢管桩。约束支座桩顶、钢管桩桩顶及挡土墙顶部采用冠梁连接 (见图1) 。

“拱形钢筋混凝土挡土墙”分成3个区段, 分别施工, 两端各约16.1m长区段为拱结构的约束支座 (桩) , 要求在土方开挖前采用人工开挖、小型水磨钻取芯掘进的施工方法进行施工;中间约60.5m长区段结合土方开挖采用逆作法施工, 开挖挡土墙前每隔2.52m制作ϕ325钢管柱作为支撑, 在挡土墙面每2.0m×1.5m处采用锚杆对开挖临界滑移面进行固结与裂缝填充。

两端各约16.1m长区段为拱结构的约束支座 (桩) , 采用“跳挖法”施工, 两端各8根桩, 每根桩长度均为2.0m, 除最外侧端部桩宽度为2.0m外, 其余桩宽度均为1.2m, 深度为26.0～38.0m, 要求在土方开挖前采用人工开挖、小型水磨钻取芯掘进的施工方法进行施工。水磨钻掘进过程中, 开挖不超过1.0m深, 应立即支模板浇筑C40混凝土护壁。终孔后制作安装钢筋笼、灌注混凝土。人工挖孔桩混凝土强度等级为C40, 坍落度18～20cm, 配合比设计通过试配确定。

具体施工工序为:场地平整→放线、定桩位→施工井台→修建排水沟→场地硬化处理→架设定型井架, 安装卷扬机、照明设备等→桩孔开挖→每下挖≤1m, 清理桩孔周壁、校核桩位和垂直度→绑扎护壁钢筋→预留抗剪槽→支撑护壁模板→浇护模混凝土→拆模后继续下挖→循环挖至桩底→清理抗剪槽→对桩位、深度、垂直度进行全面验收→吊装钢筋笼→安装导管→浇灌混凝土。

采用“跳挖法”进行桩施工时, 先施工①, ③, ⑤, ⑦号桩, 再施工②, ④, ⑥, ⑧号桩。①, ③, ⑤, ⑦号桩与②, ④, ⑥, ⑧号桩相邻处预留抗剪槽, 尺寸为200mm×200mm, 深度200mm, 用聚乙烯泡沫填充。在吊装钢筋笼、浇筑桩混凝土前, 应将①, ③, ⑤, ⑦号桩的预留抗剪槽清理干净 (见图2) 。

中间区段挡土墙长约60.5m, 结合土方开挖采用由上而下的逆作法施工。挡土墙主要的施工工艺流程为:超前钢管桩→冠梁→挡土墙开挖→锚杆束加固→挡土墙钢筋制作安装→挡土墙模板安装→挡土墙混凝土灌注。

开挖挡土墙前每隔2.52m制作ϕ325钢管柱作为支撑, 钢管柱深度至坡底10.0m。挡土墙由上往下分为10级逐级向下开挖, 第1级高为5.0m, 第2～8级高为3.0m, 第9级高为2.0m, 第10级高为3.0m。每开挖1级在挡土墙面每2.0m×1.5m处, 采用锚杆对开挖临界滑移面进行加固与裂缝填充。挡土墙开挖一级支护一级, 待混凝土达到强度后方可进行下道工序。其结构展开如图3所示。

超前钢管桩施工工艺流程:场地平整→放线、定孔位→钻ϕ325孔进入坡底10.0m→放置ϕ273钢管→安装导管→注M30水泥浆→待凝→质量验收 (见图4) 。

为确保放样准确无误, 对每根钢管桩孔位进行3次定位, 其偏差应≤50mm。每隔2.52m钻ϕ325孔, 采用ϕ325球齿状硬质金刚石钻头、XY2B-500型地质钻机、清水冲洗钻进方法, 钻孔深度进入坡底10.0m。然后放置ϕ273钢管 (16mm厚, Q345B) , 管下端约2.0m范围内留出浆孔, 孔径10mm, 孔距500mm, 共15个, 钢管底部20m范围每隔1.5m焊1道ϕ8环筋。钢管内注浆前, 应清孔处理, 注浆管采用ϕ32镀锌管;注浆管端距孔底约100mm, 注水灰比1∶0.5纯水泥浆, 注浆压力0.2～0.5MPa, 直至孔口冒浆。钢管桩的焊接加工必须顺直, 焊缝打成坡口, 分层焊实, 不得有夹渣。焊接时两边对称相焊, 避免一边走焊受拉, 钢管弯曲变形。每个接头焊接完毕, 冷却1min后方可沉管。吊装采用≥25t的起吊设备。

A～K顺序开挖 (见图1) 。土方开挖时, 沿导墙内边1.2m范围内开挖, 保证为冠梁的提前施工创造工作面, 开挖深度至设计高程。

按土方开挖路线施工。按图纸分区段冠梁每间距≤15.0m作为1个施工段, 做好新旧混凝土交界面的浮浆、松动石子的清理及钢筋预留等工作。

安装要求确保位置正确、表面平整、连接牢固、钢筋保护层厚度满足规范要求。

混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间。同一施工段的混凝土应连续分段浇筑。由一端向另一端进行, 用赶浆法成阶梯状向前推进, 与另一段合拢。一般成斜向分层浇筑, 分层用插入式振捣棒与混凝土面成斜角斜向插入振捣, 直至上表面泛浆, 用木抹子压实、抹平。混凝土结构表面应平整、棱角清晰, 其几何尺寸应符合设计要求。

挡土墙以外的大面积开挖采用机械与人工开挖相结合, 在靠近钢管柱边及机械施工不方便的位置采用人工开挖或小型凿岩机开挖。为缩短工期, 土方开挖前, 在挡土墙边缘外侧开挖线, 每隔500mm钻ϕ168孔进入坡底3.0m, 方便土方开挖。

开挖顶部约3.0m深度的土方, 利用第1步施工完成的超前钢管桩作为支撑, 单侧支模板施工钢筋混凝土挡土墙, 挡土墙纵向预留钢筋连接头以与下一段的挡土墙纵筋连接。按照逆作法从上往下的施工顺序, 继续往下开挖约3.0m深度的土方, 利用超前钢管桩作为支撑, 单侧支模板施工下一段的钢筋混凝土挡土墙, 挡土墙纵向预留钢筋连接头与下端挡土墙纵筋连接。

依照同样的顺序开挖土方至边坡底, 先预留2.0m的空间暂不施工挡土墙;继续开挖至边坡底以下3.0m, 绑扎挡土墙钢筋后一并浇筑底部钢筋混凝土挡土墙。

当拱形挡土墙逆作法施工至设计要求打设锚杆的标高时, 进行锚杆施工。工艺流程为:钻机施工平台搭设→钻机定向定位钻孔→孔道清洗、锚杆制作→安装锚杆及注浆管→锚孔注浆。

在挡土墙开挖面每2.25m×1.5m处, 钻ϕ130孔, M1～M8排钻孔深度为12.0m, M9～M15和M17排钻孔深度为6m、钻孔角度为 15°, 内置3ϕ25锚杆和1ϕ25, 采用1.0MPa压力注浆, 对开挖临界滑移面进行固结与裂缝填充。锚杆采用ϕ25在现场制作, 每隔1.5m焊有对中支架, 形成锥形滑橇。

灌浆管采用ϕ30软塑胶管, 置于锚杆、定位器中间, 与锚杆一起放入孔内, 锚杆外端头应预留35d。锚杆固结材料采用M30水泥浆, 外加速凝剂, 搅拌均匀, 灌浆连续进行, 灌浆应持续至孔口流出水泥浆为止。

模板施工工艺流程:放样、弹线→运输→安装→涂刷脱模剂→模板校正及加固→混凝土浇筑→拆模及维护→下一循环。安装要求确保位置正确、表面平整、连接牢固、钢筋保护层厚度满足规范要求。在逆作法施工过程中, 上一段挡土墙与下一段挡土墙之间的模板采用“牛腿式”模板连接。

人工挖孔桩和挡土墙混凝土的浇筑。强度等级为C40, 混凝土坍落度18～20cm。混凝土灌注前, 必须清理底面, 不得有沉渣, 积水应抽干;灌注时, 振捣均匀、密实, 不应有漏振、空洞, 导管提升速度不能过快。挡土墙每下一段混凝土浇完后的接缝处牛腿, 在拆模时, 必须凿平。

根据设计及规范要求, 对拱形挡土墙及人工挖孔桩进行沉降和位移观测;中间区段挡土墙和人工挖孔桩的质量检验采用钻孔抽芯法和声波透射法检查桩身混凝土质量;超前钢管桩的焊接质量采用X射线无损探测。沉降、位移观测及各子项的质量检测结果均符合设计和国家相关规范要求。

1) 本文介绍了一种新型约束支座 (桩) +拱形挡土墙的边坡支护施工工艺及方法, 其主要受力构件由约束支座人工挖孔桩、超前钢管桩、冠梁及拱形挡土墙组成。该新型边坡支护技术在施工过程中的主要难点在于超前钢管桩的成桩施工工艺及拱形挡土墙模板的搭设, 需严格控制施工工艺及施工质量。

2) 与传统的抗滑桩+挡墙+格构梁支护方式相比, 该新型边坡支护方法具有施工作业面较小、施工工艺和施工工序较少且施工方法简单、操作性强等优点

3) 新型边坡支护施工技术按逆作法进行施工, 可使土石方开挖与边坡支护主体结构施工平行交叉进行, 大大缩短了施工工期, 并可节约30%以上的成本, 节约了施工投入, 经济效益高且安全可靠。