阿東西高速公路泥灰巖地質高填深挖路基施工

杜金光

正在建設的阿東西高速公路分東、中、西三段,全長927 km,中國鐵建負責中段169 km的施工。M5標段是中段7個標段中施工難度較大的一個標段,路線全長23 km。

1 M5標段總體概況

1.1 地質、線路簡述

M5標段位于山區,地勢起伏大,線路最大高差419 m,大部分路段為泥灰巖,泥灰巖的特性是遇水呈流塑狀,有一定的透水性和較強的飽水性,易膨脹,瞬間自然塌滑,且泥灰巖在空氣中暴露部分風化速度極快,山體易開裂、崩解。M5標段路基土石方挖方745萬 m3,填方 430萬 m3,最大挖深 37 m,線路中心最大填高20.72 m,標段內共有13處高填和9處深挖錨桿擋墻重點控制地段。

1.2 針對泥灰巖特殊復雜的地質,設計采取的措施

1)挖方區段。加大邊坡坡率,最大坡率達1∶3;設置抗滑擋土墻、金屬網罩面、重力罩面、錨桿和雙層鋼筋網及噴射混凝土組成的復合式錨桿擋墻等。

2)填方區段。特殊高填工點采用貝斯、盲溝、排水層、加筋土工布、加筋土工格柵等相互組合的設計方案。

3)邊坡防護。設置土工格室、三維土工網、鋪腐殖土、植樹等防護措施。

2 高填、深挖路基施工方法及施工工藝

2.1 泥灰巖地質高填施工

2.1.1 泥灰質黏土的清除

根據每隔50 m挖一個探坑,確定清除泥灰質黏土厚度。

2.1.2 臺階及BECHEE的開挖

測量放線放樣時根據填方坡角線進行位置調整(保證填方基底坐于BECHEE之上)。臺階開挖時根據地面線以及地勢變化,沿等高線開挖,重點控制平臺的寬度不小于5 m,同時控制好倒坡。BECHEE的開挖深度根據地質情況挖探坑確定,深度＜4 m按4 m控制;4 m＜深度＜6 m按實際深度確定;深度＞6 m,采用混凝土隼的形式。開挖時保證底部深入到硬質泥灰巖或硬質砂巖以下30 cm～50 cm,做好向內傾斜的4%橫坡。

2.1.3 盲溝開挖及施工

高填路基基底都設置了縱橫向盲溝,盲溝的平面位置根據實際地勢及出水點的位置布置,重點控制軸線及平臺拐點的標高,施工時盡可能采用同一坡率,但地形起伏太大時,可圓順過渡。開挖驗收后,鋪設土工布,安設PVC管,然后回填4/60的碎石,包好上口土工布,驗收后覆蓋。

2.1.4 加筋土工布的施工

1)主要指標。筋帶的設計強度為190 kN/m,延伸率不大于11.5%;每層土工布間距 60 cm;加筋區的填料采用強度較好GTR分類的C類料。2)BECHEE的加筋土工布施工。鋪設加筋土工布,車輛利用倒行方法填筑。每層填筑按30 cm控制,填筑兩層厚進行第二層加筋土工布的鋪設,以此類推。施工時要注意對土工布的保護,并注意筋肋的方向(筋肋在土體下方),同時保證土工布所在填筑層的大面平整度。

2.1.5 土工格柵的施工

根據設計施工圖紙,土工格柵的縱軸向與路基斷面方向一致。同時,不宜設置接頭。上下層土工格柵要確保接縫處交替錯開,錯開位置距離不宜小于0.5 m。土工格柵鋪設完畢后,要拉直、繃緊,不得有褶皺和破損。土工格柵的固定采用易行的倒“U”形插釘固定,按照縱橫向間距1.0 m,梅花狀布設插釘,接頭處可適當增加插釘數量。

2.1.6 填土上料

鋪設好土工格柵后及時填土上料,上料時自卸車倒入已用推土機推好的填料層面上,將料卸到端部,然后開出,每卸1排～2排再由推土機向前推平,以此循環進行,直至上料完畢。在鋪設并固定成型的土工格柵上上料時要從一端開始,自卸車不得直接在其面上進行調頭、剎車或急轉彎;上料時要注意保持均勻性,人工剔除填料中粒徑過大的石塊,注意防止機械鏟刀深切破土工格柵,且要加大平整度控制,確保下層土工格柵能更好的與之密貼。

2.1.7 碾壓

選用重型壓路機,壓實采用弱振為主,輔以靜壓的方式,不采用高頻振動。碾壓行進速度亦以中速為主。

2.2 泥灰巖地質深挖段錨桿施工

2.2.1 土方開挖

測量定位后,先做坡頂截水溝,再根據土質情況確定開挖高度和長度。一般情況下臺階分兩次開挖,第一次開挖高度宜為3.3 m～3.5 m,長度30 m～50 m,地質較差段落分3,4臺階開挖,每次開挖長度不宜大于12 m。開挖過程中要經常測量定位,確保平臺位置、寬度及縱橫坡比,尤其是上下臺階坡比控制,開挖宜一次成型。每次開挖后,保留給錨桿施工的工作平臺寬度不亦小于7 m,且保證施工便道順暢,以方便錨桿施工。

易塌方地段采取措施:短開挖,早噴護。及時初噴,必要時在作業面上先安裝鋼筋網片,噴射混凝土面層后,再進行鉆孔;縱向分小段間隔開挖,必要時先將開挖的邊坡作成斜坡,待錨桿施工完畢后再按設計進行清坡處理。

2.2.2 錨桿鉆孔施工工藝

鉆孔前,先對工作面初噴混凝土2 cm～3 cm,再測量放線,定出錨桿位置,鉆機就位。鉆機操作手精確調整鉆機導軌,確保成孔的傾角和方向,成孔長度大于設計長度10 cm,高壓風清孔,鉆孔過程中要隨時觀察出水情況。錨桿在加工場加工,到現場后首先安裝錨桿對中支架和注漿導管,以保證孔底灌漿,注滿鉆孔,對中支架和注漿導管須用退火鐵絲或膠帶固定在錨桿上。成孔結束,立即人工安放錨桿,錨桿頭露出工作面12 cm,且距噴射混凝土面不小于5 cm。錨桿當天安裝,當天灌漿。灌漿前先進行孔口砂漿封孔,壓漿泵灌漿,直至溢出孔頂。為了消除砂漿損失,首次注漿后檢查砂漿液位,如果發現砂漿損失,二次補充注漿。灌漿過程中確保注漿量大于計算值,且不得中斷。

2.2.3 鋼筋網安裝及噴射混凝土施工工藝

鋼筋網片為焊接,內層網格10 cm×10 cm,外層15 cm×15 cm,鋪設時每邊搭接長度不小于兩個網格邊長且不小于200 mm,內外層鋼筋片應錯開搭接位置。在噴射第一次混凝土前,鋼筋網片可用插入工作面中的鋼筋固定并保證保護層厚度。上臺階鋼筋網片底部用土掩埋30 cm高,用于下臺鋼筋搭接順暢。第一層鋼筋網片噴射混凝土施工結束后,安裝錨墊板并使之與已噴射混凝土緊貼,螺母擰緊。噴射混凝土的噴射順序應自下而上,噴頭與受噴面距離宜控制在0.5 m～1.5 m范圍內,垂直指向噴射面,壓力控制在0.4 MPa～0.6 M Pa。為保證噴射混凝土厚度達到規定值,可在邊壁上垂直插入短的鋼筋段作為標志。噴射混凝土時按配比加入速凝劑;在噴射混凝土初凝2 h后方可進行下一道工序,此后應連續噴水養護5 d～7 d。

2.2.4 泄水孔及排水管安裝工藝

泄水孔、排水管均采用φ 40/50 PVC管。泄水孔直接用鋼筋固定在開挖坡面上,排水管在鉆孔結束后及時安裝,安裝前測量控制,確保同一排管口在一條線上,排水管、泄水孔坡度在2%～7%之間。噴射混凝土施工期間均要將外口包裹,防止混凝土堵塞。每層臺階噴射混凝土結束后,要將泄水孔、排水管管口臨時保護材料及時清除,管口與坡面鋸齊。

3 高填、深挖路基施工過程中的變形量測

針對泥灰巖地質條件下的高填深挖及錨桿施工,應分別設立不同的監控量測手段,對施工前、施工過程、施工后不同階段,不同頻率的數據取樣,繪制觀測曲線并進行回歸分析,判斷位移的變化規律,預計可能出現的最不利沉降、位移、裂縫發展情況,為施工方案的調整提供科學依據。

4 結語

歐洲土木工程協會有一句俗語:泥灰巖是工程師的災難。根據以上泥灰巖地質高填、深挖路基施工的工程實例,為以后同等或相似地質條件下的設計和施工提供了經驗與借鑒。

[1] 高晉彪.淺談公路工程不良路基的防治措施[J].山西建筑,2008,34(7):316-317.