香溪長江大橋拱座基坑邊坡防護施工方案研究

胡名良

（中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，武漢 430050）

湖北香溪長江公路大橋是擬建的湖北省骨架公路網中第6縱第2條支線跨越長江的節點工程，本項目起點為秭歸縣郭家壩鎮米倉口隧道出口約290 m處，在兵書寶劍峽峽口向北跨越長江，沿香溪河東岸上行2 km向西跨越香溪河，終點為歸州鎮向家店，路線全長5.419 km[1]。其中香溪長江大橋采用主跨531m的中承式鋼箱桁架拱橋，橋跨布置為2×35+531+3×（3×30）m，全長883.2 m。南岸2#拱座采用明挖擴大基礎，分離式混凝土結構，底面設計成階梯形，在上下游拱座基礎之間設置一道橫系梁，上下游拱座基底尺寸均為28.3 m×6.5 m，拱座高26 m。1#墩為樁基礎承臺，與2#拱座中心距離35 m，距拱座第四級基坑邊坡開挖邊線2 m[1]。拱座基坑邊坡防護平面如圖1所示。

圖1 拱座基坑邊坡防護平面圖

香溪長江大橋兩岸地形陡峻，河谷成相對狹窄的“V”型，坡面巖石破碎，穩定性較差，地表坡度達50°～70°，具有典型溝梁相間地形地貌特征。橋址區基巖大多直接出露，主要為碎石土、塊石，成分主要為灰巖，結構松散，厚度一般小于3 m。橋址區受區域地質構造變動作用較強烈，主要構造形跡為小型褶曲、斷層及裂隙。通過鉆探孔揭露南岸2#拱座基坑區有溶洞、溶隙，溶洞洞徑為0.5～5.6 m，1#墩樁基礎周邊也有溶蝕孔洞，且岸坡上游側有f1、f2兩處發育明顯的斷層，兩斷層近平行順層發育，斷層帶充填斷層泥及碎裂巖，部分泥質膠結，斷層面波狀彎曲，局部斷面有光滑擦痕。

1 邊坡防護施工方案的選擇

根據地勘報告，2#拱座邊坡存在傾向坡外的軟弱夾層和斷層，其傾角小于坡角，但大于其內摩擦角，同時發育順坡向裂隙和平行邊坡走向的張裂縫，特別是f1斷層以上部分在強降雨或地震工況下可能順層面滑移、失穩，該基坑邊坡開挖高度達40 m，邊坡巖體主要為強卸荷巖體，坡面開挖過程中可能引起順層向滑移和臨空面滑塌，因此需對拱座頂面以上的坡面進行特殊加固防護及抗滑設計，對層面臨空和強卸荷巖體采取先支護后開挖的綜合治理措施。

設計采取了邊坡逐級開挖、預應力錨索、掛網錨噴、壓力灌漿、抗滑樁等措施進行治理防護，邊坡加固處治完成后再進行拱座基坑開挖。拱座基坑邊坡防護布置如圖2所示。

圖2 拱座基坑邊坡防護布置

2 邊坡防護施工方案的實施

2.1 逐級放坡開挖

拱座基坑邊坡共4級，1#墩邊坡共3級，采用自上而下逐級開挖，預裂、光面爆破與深（淺）孔臺階松動爆破相結合的方式進行。深孔臺階松動爆破在達到開挖目的的同時，減少了爆破振動和后拉破裂作用；光面爆破保證了邊坡壁面齊整，避免超欠挖。

2.2 預應力錨索

拱座第2～4級邊坡采用105根預應力錨索加固，沿高度方向分3層布置，間距5 m，單根錨索長30～35 m。錨索為OVM.CPS巖錨體系，采用6Φ15.2 mm鋼絞線，設計錨固力600～650 kN。

（1）錨索鉆孔、清孔

錨索采用潛孔鉆機進行風干法鉆孔，鉆孔孔徑Φ110 mm，鉆進過程中保證下傾角穩定，與水平成25度角，誤差±2°，偏差≤5 cm[2]，并不斷用空壓機清孔，保持孔壁干凈，在孔口安裝吸塵裝置，避免塵土飛揚[1]。

（2）錨索加工與安裝

錨索的錨固段按每0.6 m分別設置緊箍環和擴張環，以保證其受力均勻；自由段采用鋼絲綁扎。鋼絞線用注黃油的PVC軟管包裹，用薄鋼板焊接一個10～15 cm的導向帽，固定在錨索的最前端，便于錨索的安裝。

（3）錨索注漿、張拉

采用M30水泥漿，水灰比0.45～0.5，在1～2 MPa壓力下注漿，自孔底一次性壓滿，待漿液從孔口溢出規定稠度漿液后即可停止注漿，并在孔口用止漿塞封住[3]。

張拉前需進行張拉試驗，試驗束錨具下設置壓力環。錨索張拉24 h后，測壓力或應力變化，確定預應力損失值，再調整參數進行批量張拉。錨索施工時用設計預應力值的1.1倍進行預張拉，最后按設計值鎖定，穩定時間不少于5 min[1]。

2.3 掛網噴射混凝土

采用掛網噴射混凝土對坡面進行封閉，錨噴施工的主要工序有：清理邊坡、鉆孔、清孔、注漿、放入錨桿、掛鋼筋網和噴射混凝土施工。

（1）錨桿施工

清除松散巖石，確定錨桿孔位，用鑿巖機鉆孔。錨桿為Φ22 mm螺紋鋼筋，間距1～1.5 m，長3.5 m，呈梅花形布置，安裝時孔內積水和巖粉應吹洗干凈，一邊灌M20膨脹性砂漿一邊插入錨桿，砂漿必須拌和均勻，隨拌隨用，錨桿插入孔內長度不應小于設計值的95%[2]，錨桿安裝后不得隨意敲擊擾動。

（2）鋼筋網施工

采用@20 cm×20 cm的Φ8 mm鋼筋網片，網片間搭接寬度不小于10 cm。在砂漿強度達到設計要求后鋪設，鋼筋網必須與錨桿聯結牢固，噴射時鋼筋不得晃動。

（3）噴射混凝土

采用C20混凝土噴射，噴射前應進行試噴，調整回彈量，調試合格后方可大面積施工。噴頭與受噴面垂直，保持0.6～1.0 m 的距離，噴射應從下往上，呈螺旋軌跡移動，分2次噴射，第1次厚6 cm，第2次厚4 cm。噴射應保持混凝土表面平整，呈濕潤光澤，無干斑和滑移流淌現象。

2.4 拱背壓漿

拱座地基及后背在開挖時局部有角礫灰巖，風化較嚴重，采用壓力灌漿加固。漿液為M30水泥漿，加固深度10 m，灌漿孔間距1～1.5 m，采用小口徑孔口封閉自上而下分段鉆灌法，孔徑為70～110 mm，注漿壓力控制在0.4 MPa[3]。

2.5 抗滑樁

基坑開挖前，在岸坡上游側設置抗滑樁對f1、f2斷層進行加固，抗滑樁距拱座上游20 m，按2～3排呈梅花形布置。f2斷層上部設置19根抗滑樁，截面尺寸3 m×3.5 m，樁長30～40 m；f1、f2斷層中間設置5根，截面尺寸2 m×3 m，樁長15 m。

抗滑樁以1m為一個施工節段，用水磨鉆、風鎬破碎開挖；鋼筋在孔內綁扎，樁身混凝土采用干澆施工方式。

2.6 溶洞回填

對拱座邊坡及1#墩樁基周邊的溶洞、溶隙采用M30水泥漿進行注漿處理，采用低壓間歇式灌注工藝。對邊坡開挖露出的溶洞，采用C20混凝土回填。

2.7 邊坡防護施工注意事項

（1）邊坡開挖要從上至下，當邊坡開挖成型后，先施工錨索再進行噴錨防護，避免邊坡長期暴露；待上一級錨索張拉后，再開挖下一級邊坡，拱座開挖防護工程最多可滯后1.5臺階。

（2）拱座基坑開挖深度大、坡度陡，為防止邊坡坍塌，爆破要嚴格控制炸藥用量。

（3）抗滑樁施工時，根據實際情況設置超前地質鉆孔，同時在基坑周邊布點，對山體、邊坡的穩定性進行位移、沉降、應力等觀測。

（4）基坑開挖后，巖體與地下水自然平衡狀態發生了改變，邊坡自穩程度會隨著暴露時間的延長而降低，因此應盡量縮短工期，盡早回填封閉。

（5）開挖過程中斷層與巖體不均勻變形會引起樁身產生拉應力，樁基混凝土未達凝期前禁止邊坡開挖。

3 邊坡防護施工監測

3.1 監測部位設置

（1）拱座背坡。在拱座背坡設置多點位移計2個、預應力錨索測力計3個；（2）順層坡。在順層坡上設置測斜管1個、多點位移計1個；（3）抗滑樁應變。測斜管3個、混凝土應變光纖計6個、鋼筋計6個、混巖壓力盒6個；（4）1#墩樁基。應變計12個、鋼筋計6個、壓力盒2個；（5）表面觀測點。在穩定、通視較好的坡面上設置表觀墩1個。

3.2 監測成果

南岸2#拱座基坑于2016年11月30日完成開挖，在施工中，分階段對邊坡進行了監測。

（1）拱座背坡多點位移。拱座邊坡位移2～4 mm：其中9月份產生位移約1～2 mm，多為爆破產生突變位移；隨著開挖，10月份產生1～2 mm蠕變位移，指向臨空方向。多點位移計曲線如圖3所示。

圖3 多點位移計曲線

（2）拱座測斜。邊坡上游側臨空巖體位移量2～4 mm，沿深度方向局部凸起，主要為灌漿液流失后存在空隙導致。

（3）抗滑樁。對3根抗滑樁進行了監測，其中變化最大的為1#抗滑樁，測斜管相對位移最大處為管口下30～40 m，為f1斷層切割位置，位移主要產生于7～8月拱座背部4～2級坡開挖階段，后趨于平穩，至11月中旬，累計位移約6 mm。1#抗滑樁f1斷層附近位移隨時間變化如圖4所示。

圖4 1#抗滑樁f1斷層附近位移隨時間變化圖

（4）邊坡表觀。表面測點數據變化在3 mm以內，在系統誤差范圍內。

（5）拱座背坡錨索張拉。錨索預應力鎖定荷載為600 kN、650 kN，測試值為633 kN、570 kN，預應力損失為17 kN、30 kN，在設計誤差范圍內。

通過對邊坡的監測，拱座邊坡位移、樁基礎應力及變形、地表沉降、錨索應力損失的變化均能滿足要求，邊坡趨于穩定。

4 結語

香溪長江大橋南岸2#拱座基坑邊坡采取逐級開挖、錨索、掛網錨噴、壓力灌漿、抗滑樁防護等綜合治理措施，邊坡施工過程中，根據監測結果，基坑邊坡的位移、變形、地表沉降等指標趨于穩定，達到了預定的效果。同時也說明在高邊坡防護中，采取合理的治理措施和施工方案，可以有效地治理邊坡失穩，對今后類似的工程施工有一定的參考價值。

參考文獻

[1]JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術規范[S].

[2]JTGF801—2004公路工程質量檢驗評定標準[S].

[3]CECS22：2005巖土錨桿（索）技術規程[S].