高邊坡掛網噴混凝土施工技術應用研究

鐘仕林，陳 亮，劉繼康，何彥廷

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責任公司,四川 成都 610080)

0 引言

邊坡是自然或人工形成的斜坡,在建筑工程建設中是常見的類型。邊坡失穩塌滑是三大地質災害(洪水、地震、崩塌滑坡泥石流)中較嚴重的災害,它不僅會導致財產損失,還會威脅到人們的生命安全。隨著中國經濟基礎快速增長,許多行業如水利、交通、礦山等工程項目都需要考慮邊坡的安全性。為了減少由于邊坡不穩定導致的損失,必須正確地了解和處理這些問題。當前,邊坡治理的主要手段包括:抗滑樁、錨桿、預應力錨索、土釘支撐、掛網噴混凝土等技術。本文結合現場工程實際情況著重對掛網噴混凝土法進行分析研究[1]。

1 工程概況

四川盆地鐵山坡氣田飛仙關組氣藏的開發和利用,是一個重要的工程,它的規模為400×104m3/d,設有6座井場(包含3座與集氣站合建)、1座集氣站、10口開采井、1套集氣裝置、1座監控閥室和1座進廠截斷閥室,旨在為四川省萬源市的氣田提供更多的可用氣源,從而實現氣田的可持續利用。設2列200×104m3/d主體裝置脫水、脫硫、硫黃回收、尾氣處理工藝裝置對來自內部集輸系統的原料天然氣進行處理,以及配套的公用工程和輔助生產設施。

老路為混凝土路面,混凝土面層厚度為20 cm,路基寬4.0 m～4.5 m,老路彎多坡陡,局部路段排水不暢,存在沉陷病害。不能滿足天然氣凈化廠建設及運營需要,急需進行平縱線型優化及拓寬改造。改擴建道路總長6.426 km,其中進廠道路一長5.906 km,進廠道路二0.52 km。局部道路斜坡較陡,巖體和土體松散,施工時容易誘發斜坡失穩;部分地段邊坡內側多為基巖出露,局部見危巖體,可能造成崩塌地質災害等。高邊坡指土質邊坡高度大于20 m、小于100 m或者巖質邊坡高度大于30 m、小于100 m。為加強現場施工安全管理,將10 m以上的邊坡施工設為高邊坡施工來進行管理。

2 施工要點

2.1 施工部署原則

道路工程所涉及的高邊坡土石方施工段有難易之分,有的安全隱患較大,應根據各施工段實際情況按以下五項原則靈活制定施工部署原則[2-3]。

1)高邊坡分段開挖,從上而下分層開挖,每層開挖深度控制在2.5 m～3 m。2)先做好安全防護措施,再進行施工。3)先做好保證道路通暢措施,再進行施工。4)在開挖高邊坡時,為了滿足操作工藝的要求,需要將坡面縱向放坡成臺階形,并先采用機械修坡,然后再進行人工修坡,以確保坡面線不超挖。5)在施工過程中,應該充分利用“時空效應”來提高土體的穩定性。

2.2 道路保通措施

在施工段所涉道路兩端適當位置設置錯車道,便于放行車隊錯車。為保證車輛通行順暢,應該計劃在標段范圍內設置錯車道。參考錯車道計劃每300 m設置一個,錯車道寬3.5 m。

2.3 安全防護措施

在施工段所涉道路兩端錯車道處,安排交通指揮員進行值守,防止行人車輛闖入施工區域。待施工暫停、邊坡穩定、現場施工員允許放行后,對行人車輛有序放行。

在高邊坡開挖段下方的滾石區域周邊設置3個觀察點,每個觀察點派駐一個觀察人員,防止有群眾誤入滾石區域內。

2.4 邊坡開挖施工措施

在進行土石方開挖時,為減小邊坡垮塌風險,可以采用兩種形式進行解決:一是針對邊坡高度小于20 m,將采取放緩邊坡上部坡度,修建機械作業平臺供挖掘機行走的方式解決。二是針對邊坡高度大于20 m,挖掘機無法對高處土石方進行開挖的情況,應該在該坡段側面修筑一條施工便道,使挖掘機能夠上到坡頂進行開挖,如圖1所示。

其中針對邊坡高度大于20 m的高邊坡段采用以下措施:由挖掘機在征地紅線內側開辟一條機械施工便道通往山體頂部,并在山體頂部修建一處作業平臺。在機械施工便道內側開挖一條溝槽,作為土石方通道用。使用機械作業平臺往下開挖,安排另一臺挖掘機將開挖出的土石方沿土石方通道往下輸送。土石方盡量不經過待開挖面滾落。開挖中如遇大塊石料,使用挖掘機進行破碎后,經由土石方通道往下輸送。待機械施工便道內側邊坡開挖到約2 m高后,由人工配合機械對邊坡進行修整。重復上述步驟,直至該處土石方開挖完畢[4]。

2.5 邊坡開挖防護措施

在工程道路施工中,為擴寬道路,可以設計道路橫斷面適當的路塹、半堤半塹形式。在進行上述路段的土石方開挖時,為減小邊坡垮塌風險,可以采用以下3種方式進行防護:

1)開挖邊坡前,須開挖臨時截水溝以防止匯水對邊坡的侵蝕。2)防護圍欄用彩鋼瓦、竹跳板或者鋼絲網、腳手架鋼管搭設,高2.2 m。同時對于高邊坡開挖段采取半封閉施工,挖機施工作業時在每個高邊坡開挖的施工點、施工段的兩端設置警示標志,并安排交通疏導員指揮交通。交通疏導員同現場施工員、安全員充分溝通,待機械暫停工作、坡面穩定安全后,對車輛行人予以有序放行,對因施工導致的路面浮土,要進行清掃、沖洗,防止車輛行人打滑。對于開挖后的松散土及時進行清運,松散土堆放高度不能超過3 m。3)對于有水泥防護墩的道路路段,采用沙袋或者土袋堆滿水泥防護墩的縫隙并固定妥當來作為防護措施[5]。

為了確保路塹邊坡的穩定性和安全性,必須密切關注其坡頂、坡面以及其他各種情況。將派出專門的人員對高處的邊坡進行檢查,并密切關注其是否存在明顯的滑動或裂縫。在每次開挖之前,都會對其進行坡面和坡頂的檢查,以檢測它們的穩定性,并盡快采取相應的措施來解決問題,以確保整個項目的順利完成。

2.6 其他保障措施

1)作業前應進行崗前檢查,做好風險識別及措施落實。2)在開挖區域兩端設置“注意落石,觀察通過”“前方施工,注意安全”等警示牌。3)在開挖區域原有路面兩側設置路錐,標示出道路邊線,并每天派人清掃現有道路路面浮土。4)每日施工作業完成都應進行場地清理,把挖出的土石方進行收整,把裸露松散的坡面進行清理,路邊設置錐桶或隔離警示帶。5)對當前作業面進行雨后巡查,加強排危工作。

2.7 操作手的培訓

為了確保安全,將對設備操作人員進行培訓,提高他們的安全意識。同時,嚴格禁止在不符合要求的工作場所進行作業。例如,在橋梁、涵洞、堤壩和其他建筑物上進行作業時,必須確保它們具有足夠的承載能力,并且作業通道和工作面的坡度不得超過工程機械的最大限度。

3 施工工藝

高邊坡防護的施工主要由以下工序組成:定位放線→樹木砍伐→修筑便道→高邊坡危石排危→擋墻砌筑→掛網噴混凝土。

3.1 定位放線

現場按需求在空曠的地方架設rtk基準站,由于是道路工程,場地受限,架在兩端不能測全段數據,將基站架在營地接口處。設備架設完畢后,只需帶著移動站到校準點,對坐標進行校正。

測量點分布在60°的斜坡上面,距離地面高度30 m～60 m,首次只能測量大致位置,待樹木砍伐及修筑便道開挖完成后再進行精準測量。

3.2 樹木砍伐

伐樹范圍為放線范圍。在伐樹之前,應該徹底清除周圍的雜草和藤蔓,并仔細檢查是否有馬蜂窩,如果發現有可疑的危險,應立即采取有效的安全措施。為了確保安全,在樹木倒塌的一側應該安裝一根足夠長的控制繩,并且在樹木下方及其周圍設置專人監督,禁止任何人員停留,以免造成人員傷害。

3.3 修筑便道

由于高邊坡高度過高,且坡度陡峭,不能進行正常的挖方,需修建一條便道通往山頂,自上而下開挖。挖掘機所需寬度為5 m,直接在山體上開挖5 m便道必定造成超挖,因此,必須斷道施工,將挖出的塊石堆在原路面,組成便道的一部分,待上方挖方完畢后再清理下方的巖石。

3.4 高邊坡危石排危

經過對實際工程的考察后,得知將道路邊坡的巖石開挖至設計位置時,其穩定性受到影響,并存在安全隱患,導致部分巖石再次發生塌落,嚴重威脅到交通的安全。此外,對于垮塌的危石仍需要進行處理,其位于道路的右側方向,高度為60 m,斜度坡率為1∶0.75,地貌為頁巖,土質的特性是松散和薄弱的,且基巖裸露于表層。另外,山體坡面有浮石、孤石,傾于土體表面。

由于入口道路右側上方的危石(次堅石)具有極高的安全風險,為了確保施工人員、行人和車輛的安全,必須采取有效的措施,包括但不限于對危石的徹底檢查、徹底清理和采取有效的安全防護措施。采取有效措施來減少不必要的損失,并且要對高邊坡懸石進行全面檢查、清理和預防,以確保安全。

根據邊坡坡面傾角度數,對危石處理施工擬采用人工懸吊對危石進行破碎的作業方式進行。在坡面上方尋找胸徑大于15 cm的樹木作為安全繩掛點,并做好標記。作為掛點的樹木須有兩排,系掛安全繩時,一根安全繩串聯系掛在前后兩排的掛點樹木上。如坡面上方沒有適合樹木的,在坡面上方距離大于5 m位置安裝錨桿。錨桿為φ22 mm鋼釬,反斜打入巖土中,釬桿必須穩定牢固。每個錨點最多只能系掛一根安全繩。吊繩采用φ18 mm尼龍材質多層編制登山繩,長度必須覆蓋整個坡面。人員穿戴懸吊專用安全帶,采用自鎖緩降器固定在吊繩上。每人必須固定在2根吊繩上(1根工作繩、1根安全繩)。

作業前進行人員入場安全教育培訓、安全交底、工藝工種技術交底,讓作業人員明確本崗位的危險因素、控制措施以及質量保障方法。

對危石進行破碎前,將雙絞六邊形網(GA/2.0/50×60/2.25×9.2)和腳手架管通過吊繩運到指定位置,采用人工進行安裝被動防護網防護預計100 m2,以防破碎危石時大量石屑掉落。確保登高人員都正確佩戴了安全帶,所有安全繩都固定到安全位置。作業人員利用吊繩到達安全防護設置位置安裝被動防護網,移動到危石位置,然后用電鎬對危石進行破碎作業。對危石進行破碎時,將機具固定在吊繩上,每臺機具配1根吊繩。其他施工機具或者材料通過吊繩從坡底上提至施工點。施工前,再次現場踏勘,了解現場是否已具備作業面,作業面是否具備操作條件,專人進行觀察,是否對未開挖的坡面有所擾動。破碎出來的次堅石采取人工背運的方式,運送至指定地點,運距100 m。

3.5 矮墻砌筑

矮墻基礎基于巖石地基上,確定定位位置。根據實際情況,將矮墻的高度調整到3 m,埋深調整到1.25 m,使用C20混凝土澆筑。每隔10 m～15 m處安裝一道變形縫,將瀝青混凝土覆蓋到建筑的內、頂、外3個方向,覆蓋的厚度調整到10 cm～20 cm。另外,每隔2 m～3 m處安裝一道排水口,如圖2所示。

3.6 掛網噴混凝土

在進行土方開挖的過程中,鋼筋作業班組開始錨桿、鋼筋網的制作,錨桿的材料應為φ18的螺紋鋼筋,并且不允許焊接,以防止銹蝕和損壞現象產生[6]。

1)打孔錨桿。錨桿用于固定鋼筋網,縱橫間距為2 m,錨固長度2 m和5 m。邊坡坡面修整完以后布置普通錨桿孔位進行鉆孔。為更好地控制鉆井過程,其選擇50 mm的普通錨桿,并采用斜孔的形式。使用氣腿式風鉆,這樣可以避開巖石的裂縫和脆弱的地面,更加順利地完成鉆井。另外選擇了無水干鉆的技術,這樣可以避免對周圍的鉆井工作造成影響。為提高灌漿的效果,需要對鉆孔的精度進行嚴格的管理,要求每個鉆孔的尺寸都要小于20 mm,并且要求每個鉆孔的直徑都要不小于設計直徑的101%,以確保灌漿充分。此外,還要求每個鉆孔的方向與設計角度偏差精度都要達到1°以內,并且每個鉆孔的速度都要低于2%,且勻速鉆進,以防止出現彎曲或變形,造成下錨困難。鉆孔深度應高于相應的設計深度,其預應力錨索鉆孔應高于鉆孔深度,應達到30 cm～50 cm以上。鉆進達到設計深度后,不能立即停鉆,必須在停止進尺的情況下,穩鉆1 min～2 min,防止孔底端部尖滅,以達到設計錨固直徑。

孔壁不得有黏土或粉砂滯留,必須清洗干凈,成孔用壓縮空氣清渣,以保證注漿和錨桿能下到預定深度。將錨桿平順、緩緩推送至孔底,注漿管距孔底距離一般為10 cm,注漿材料為M30水泥砂漿,水灰質量比0.4～0.5。注漿采用孔底壓力注漿,壓力在0.2 MPa～0.4 MPa,隨砂漿的注入勻速爬出注漿管,注漿完后靜置待凝,要求單根錨桿注漿由孔底至孔口一次完成,不得間斷,注漿必須飽滿、充分,注漿漿液初凝前用完,孔口漿液初凝后須補漿[7-8]。

采用φ2.5普通鍍鋅鐵絲網在φ6.5的圓鋼框條架上編制好200 cm×200 cm的鋼筋網。依托錨桿頭掛焊φ2.5預制鋼筋網逐點焊牢,同時邊敲擊筋條提盒巖棉凹凸起伏,保持平順。

2)混凝土準備。按照當地質量監督機構的要求配合比進行,同時應滿足下列要求:必須保證混凝土向上噴射到指定的厚度,并且回彈最少,從而確保建筑物的質量;在4 h～8 h的強度內,應使其具有能控制變形的能力;使用適宜的速凝劑滿足其可噴性和早期強度,從而使建筑物的早期強度達到28 d強度、有良好的耐久性、回彈量少、不發生堵管。

水灰比的選擇和使用對于提升澆筑水泥的性能有著極其重要的意義,所以,在施工時,必須確保其符合規定的標準,以避免發生任何不良后果。通常,當噴射混凝土表層發生流淌、滑移、拉裂等狀態時,表明水灰比過大;而當噴射混凝土表層發生干斑、灰塵較多、反應較快時,表明水灰比過小。通過改善混凝土表面的平整度和光澤,減少粉塵和回彈量,從而避免噴射混凝土強度的下降,并增加回彈量。

3)掛網噴漿混凝土?，F場混凝土標號為C25,噴射厚度為0.1 m。針對不同的地質環境、墻體的厚薄以及斷層的特征,應該在掛網噴漿混凝土表層之間,以10 m的間距設置一道伸縮縫,其縫寬的間距一般介于20 mm～30 mm之間,而且要將瀝青麻絮填入其間。

2 d之內,錨桿應該安裝完畢,可以按照圖3的方式進行安裝。當安裝鋼筋結構時,首先要確保它們與錨桿保持垂直,并使它們牢固地固定,鋼筋接頭為搭接焊。安裝鋼筋結構的步驟是:首先從一側的頂部開始,按照施工順序安裝,從拱腳一端到達另一端,采用直鉤連接的方式,來提高掛設效率。

噴射混凝土是借助噴射機械,采用空氣壓縮方式,包括水泥、砂、碎石和其他外摻劑按一定配合比拌合。再通過管道輸送,并以高速噴射到受噴面上凝結硬化成一層混凝土,現場作業如圖4所示。本加固工程使用干噴法(將干料拌合后送至噴頭與水混合,再噴到受噴面上的一種方法),具有適應性強、場地需求小、操作方便等優勢。

通過實驗發現,當噴嘴處的風壓保持在0.1 MPa～0.2 MPa的范圍內,可以有效地控制回彈量。然而,在施工過程中,由于壓送距離的變化,需要根據噴射的情況和易粘附性來進行調整,以確保最佳的施工效果[9-10]。當風力變化時,無論是過強還是過弱,都會使回彈量顯著提高。

要想達到理想的噴射混凝土質量,噴水嘴的水壓應當處于0.1 MPa～0.15 MPa的適宜范圍,同時,噴射作業區的系統水壓也應當高于0.4 MPa,這樣噴射混凝土效果最好。若水壓不足,則可能造成干燥物質的不均勻滲透,從而使表層產生粗糙的砂粒,并伴隨著較多的粉塵,其回彈量增加、強度降低;當水壓超出正常范圍時,噴射混凝土將無法完全凝結,可能出現“淌流”現象,從而導致其出現下垂甚至脫落。

噴射的距離對混凝土的性能和彈性有著至關重要的作用。若距離過遠,則會導致混凝土的回彈量增加,從而密實度降低,其結構的強度也會減小;反之,若距離過近,則會使回彈率上升,甚至可能傷害噴射人員。當風力適宜時,噴嘴與被噴物之間的最佳距離一般在0.8 m～1.5 m之間,以獲得最佳的效果。

當使用噴槍來處理光滑的表面時,噴槍的口徑必須保持和表面的水平。如果表面上覆蓋著鋼筋,那么噴槍的口徑就需要盡量接近表面,并且要略微傾斜一些,這樣才能達到良好的抓取和拋棄的效果。

4 結語

隨著全國建筑業的快速發展,質量水平的不斷提升以及環境保護意識的日益增強,掛網噴混凝土技術因其經濟、可靠、施工方便、變形小等顯著優勢,已被廣泛應用于巖土工程領域。因此,施工過程中必須將理論與實踐相結合,嚴格控制每一個工序,確保質量,以期達到施工順利進行、效益持續提升的目標。