平陸運河高陡軟巖邊坡機械化防護施工關鍵工藝

摘 要：針對平陸運河馬道樞紐最高邊坡2#坡地質以強中風化的泥巖為主、裂隙發育、邊坡防護安全風險大的問題，文章提出基于隧道“開挖一級、防護一級、綠化一級”施工理念的高邊坡機械化施工工藝，明確截排水溝、邊坡排水管、錨桿/索、掛網噴混凝土等高邊坡關鍵防護工藝的控制要點，可為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：高邊坡防護；壓力分散型錨索；機械化施工；邊坡排水管

中圖分類號：U615.38? 文獻標識碼：A??文章編號：1673-4874（2024）04-0001-03

0 引言

隨著我國社會經濟發展，水利、交通等行業工程建設面臨著朝高山峽谷等偏遠山區發展的趨勢。由于地形高差顯著，工程建設時不可避免地出現劈山開路，因此邊坡的安全防護施工已成為巖土工程領域中重要的研究內容［1-2］。目前我國邊坡防護工藝大量采用人工施作，機械化程度低、施工周期長、質量控制難度大［3］。傳統邊坡錨桿、排水管成孔時利用鋼管搭設腳手架平臺，在邊坡平臺上插打鋼筋，平臺支架立桿插在鋼筋上，橫桿頂撐在坡面，再采用便攜式潛孔鉆機成孔［4］。錨桿（索）灌漿時，錨孔內地質構造不明確，灌漿質量不可控，灌漿周期長且過程無數據記錄，灌漿效果評價難以進行［5-6］。坡面封閉采用干法或濕法作業，干法作業時人員數量多，配合設備多，工效低；噴射式作業粉塵大，對工人和環境均造成明顯不良影響。傳統濕噴機功能單一、機械化程度低、施工效率低、回彈率高，同時回彈產生的物料影響了作業面環境［7］。

本文以平陸運河馬道樞紐邊坡工程為背景，總結了現場高陡軟巖邊坡防護施工技術，并對施工過程中關鍵工序的質量控制要點進行了明確，可為后續運河工程高邊坡施工提供參考。

1 工程概況

平陸運河始于西江干流西津庫區，經欽州市沿欽江干流南下進入北部灣欽州港海域，全長134.2 km，可通航5 000噸級船舶，運河貫通后將成為中國西南地區最重要的出海口。馬道樞紐是平陸運河的第一梯級樞紐，工程涉及13個高邊坡施工，2號坡高188 m，為運河最高邊坡。邊坡巖體節理較為發育，主要地質條件為：砂巖、泥巖、砂泥巖互層，局部存在炭質泥巖，且巖層產狀為中高傾角。強風化砂巖、炭質泥巖節理裂隙密集發育，較富水；中風化巖體除局部破碎帶外，透水性弱。

采用錨桿、錨索格梁護坡，錨桿格梁為3 m×3 m網格，錨桿設置在格梁交叉節點位置，單根錨桿長6 m、直徑25 mm。邊坡高度每10 m為一級，設3 m寬普通馬道，每隔30 m設一條7 m寬馬道，馬道上設置排水溝，邊坡正向坡開口線外設置截水急流槽。壓力分散型預應力錨索間距4 m以梅花形布置。錨索總長度為40～65 m，錨入中風化巖長度≥15 m，膠結式內錨固長度為12 m，錨索孔徑200 mm；每根錨索布置4級承載體，采用12根規格1 860 MPa、直徑15.2 mm鋼絞線，單根錨索拉拔力設計值σcon=1 000 kN。典型防護斷面如圖1所示。

2 “隧道”三維施工理念

邊坡土石方開挖與防護工程必須同步進行、全斷面施工，嚴格按照“開挖一級、防護一級、綠化一級”理念進行。深度優化施工工序：控制步距，不同工序間形成流水作業，開挖一級、噴錨一級、防護一級、綠化一級；全斷面同步施工，同一道工序拉開作業面形成平行作業；實行24 h循環作業，以空間管理換時間提前，以時間管理換空間創面。最終帶動防護面不斷向前。

3 施工步驟

3.1 施工流程

高邊坡的施工流程如下頁圖2所示。

3.2 施工控制要點

3.2.1 截水溝施工

測量人員提前根據設計圖紙要求，放樣出水溝位置，現場做好標記；根據現場放樣標記開挖截水溝，并進行人工修整；根據尺寸定制好模板后進行加固，完成混凝土澆筑；混凝土澆筑完成后將截水溝背后與土體之間的孔隙回填密實、平整。坡頂截水溝按設計圖施工，每5 m設置結構縫，縫寬20 mm，用低發泡高壓聚乙烯板填充，豎向排水通道順著開挖邊坡設置，順接至坡底急流槽。

3.2.2 排水管施工

淺層排水是在坡面設置直徑為100 mm的排水孔，孔深4.0 m，間距3.0 m×3.0 m，梅花形布置。深層排水孔孔深為20～40 m，排水管預留直徑10 mm圓孔并采用土工布包裹2圈；水平向間距10～20 m，局部加密。按照放樣定位→鉆孔→排水管安裝→固定管口進行施工。嚴格控制排水管安裝方向，保證不透水側朝下，透水側朝上，承接地層中的水，便于坡體排水。嚴格控制排水管仰角，為防止出現“朝天式”排水管，應采用坡度尺精確測量鉆桿仰角，每次鉆孔前對鉆桿角度進行測量并記錄。

3.2.3 錨桿施工

坡面驗收完成后，測量人員放樣出排水溝及護腳墻頂口線。錨桿孔位放測時，應用油漆在巖層面上畫出孔位，孔位誤差±20 mm，根據坡面放測的孔位準確安裝、固定鉆機，認真進行機位調整，確保錨桿孔開鉆就位，縱橫誤差應≤±10 mm，鉆孔傾角和方向與坡面垂直，傾角允許誤差滿足≤2%。

坡面錨桿及排水管鉆孔采用ZGYX-420T潛孔鉆機無水干鉆成孔，錨桿鉆孔直徑80 mm、孔深5.5 m，用時僅10 min。鉆孔完成之后必須使用高壓風槍清除孔內和孔口處的水、浮渣及粉塵。在清孔的同時，需對孔位、孔深進行檢查驗收，允許偏差為±20 mm。插入前需進行定位支架焊接，定位支架采用6.5 mm的HPB300鋼筋制作，間距1.5 m。并在距錨桿彎折段0.35 m位置焊接限位筋，防止錨桿下滑，保證彎頭卡入格梁內。錨桿安裝后采用注漿設備從孔底灌注M30水泥漿，至孔口返漿停止，確保內部密實、飽滿，漿液配合比可采用婆梅氏比重計檢測。待達到設計強度后按照每級邊坡設計數量抽取3%即≥3根錨桿進行拉拔試驗。

3.2.4 錨索施工

壓力分散型錨索的特點是錨索全長范圍內鋼絞線均不與漿體直接接觸，鋼絞線均由套管及油脂保護，預應力被承載板和擠壓套轉換為承載體對注漿體的壓應力。因此，在錨索制作過程中要注意鋼絞線嵌入擠壓套內的長度，不能過渡剝皮導致鋼絞線裸露，造成鋼絞線與注漿體粘結，張拉時局部應力集中，鋼絞線被拉壞。

為克服破碎地層易塌孔、套管不易拔出及鉆頭斷裂等現象，采用安曼HDL-200D型頂驅式多功能鉆機鉆進，主要特點是：（1）套管在鉆進過程中與鉆桿呈反方向旋轉鉆進巖層，避免了套管拔出困難；（2）動力頭帶有大功率頂部沖擊器，不用潛孔錘和空壓機就可以達到沖擊鉆進的效果，成孔效率高、質量好，特別適用于富水破碎泥巖地層鉆進，其主要參數如表1所示。

常規承載板易被鋼套管管靴處的凸臺卡住，引起錨索下放困難，造成錨索卡死。采用砂輪機將承載體邊緣棱角處磨圓，形成一個人工圓角，可減少卡住的次數。

注漿時采用普通的PE注漿管，參數為外徑25 mm、壁厚2 mm、承載力1.6 MPa，注漿管與錨索一起編束，并隨錨索下放。采用三缸雙管路注漿機進行注漿，但易在靠近孔口位置處發生注漿管爆裂現象。由于錨索較長，孔壁易坍塌，且壓力分散型錨索的特點是靠近孔底部位的鋼絞線少，注漿管外圍保護鋼絞線的部分減少，易被坍塌的土體壓住，造成堵管或者漿液流動通道縮小。管口部位漿液不斷進入管內，壓力上升，易造成注漿管破裂，因此需要選擇合適材質的注漿管。經驗證高強度PE注漿管，材質為全新塑料，抗壓強度可達2.0 MPa，可有效防止注漿壓力大導致破裂，注漿前先采用高壓風機進行注漿管貫通。

在鉆進中遇到破碎地層時，壓力注漿會出現坡面漿液滲流的現象，主要是坡體內裂隙發育形成了滲流通道，可將注漿機其中一根管路注漿材料更換為水玻璃，按照1%～2%的比例摻入水玻璃，提高漿液快凝性能，可有效改善注漿質量。

待漿體強度達到要求后，采用前卡式液壓千斤頂進行張拉。張拉步驟為：12根鋼絞線均預緊至0.1σcon→單根鋼絞線拉緊至0.5σcon→1σcon→1.1σcon，循環12次，千斤頂裝卸24次。

3.2.5 掛網噴混凝土

沿坡面滿掛鋼筋網片（鋼筋6 mm，網格間距15 cm×15 cm），為確保坡面噴射混凝土施工質量，采用HTSP3016濕噴機械手進行噴漿作業，可遙控操作，僅需1名操作人員。噴嘴指向與受噴面噴射角度宜保持90°，噴射距離應≤1.5 m，確保噴射均勻、坡面找平。分兩次噴射混凝土，第一次噴射4 cm，掛鋼筋網片后，再噴射6 cm混凝土。初噴混凝土前在鋼筋網下加設砂漿墊塊，混凝土保護層厚度應≥3 cm，鋼筋網片搭接長度為20 cm。為保證厚度控制的精度，按照高程拉通線，在格構梁交叉點附近進行噴層厚度標釘布設。在護腳墻的頂面安裝約10 cm高模板，防止噴射混凝土落入護腳墻中，同時作為噴層厚度標記。

3.2.6 格梁施工

測量放樣基準點，人工帶線標示出格梁中線，進行格梁鋼筋綁扎，錨桿端頭彎鉤與格梁縱向鋼筋可靠連接。箍筋間距300 mm，鋼筋保護層厚度≥40 mm。格梁橫向每15.3 m為一個結構單元，單元之間采用2 cm厚低發泡高壓聚乙烯板填充形成沉降縫；模板采用裝配式定型鋼模板，安裝時帶通線確保格梁“線型順直、坡面一刀切”效果。

3.2.7 邊坡監測

為保證邊坡安全，設置GNSS地表水平和豎向位移監測、人工位移觀測、巖體內部變形監測、錨桿（索）應力監測、地下水監測、降雨觀測。為適應山區地形復雜、人工測量不便、電力供應困難問題，所有監測項目全部實現智能數據采集、太陽能供電、無線數據傳輸。

4 錨桿、索拉拔試驗

4.1 錨桿試驗

待漿液強度達到后進行拉拔試驗，為探索錨桿的極限拉力，持續增大錨桿的拉力，當拉力超過設計的4倍時（209.22 kN），錨桿依然完好無損，后停止試驗。

4.2 錨索試驗

2023-02-26至2023-09-20完成馬道樞紐工程先導段221根錨索驗收試驗，安裝錨索應力計持續觀測錨索預應力變化。結果表明，初期預應力損失較快，但一周以后維持穩定，均滿足設計錨固力要求，局部監測數據如圖3所示。相比于錨索試驗中采用的裸鉆、普通鉆機跟管鉆進等技術，不僅提高了施工效率，錨索施工過程中也未出現卡鉆、塌孔、斷鉆頭及注漿量異常等問題，確保了施工質量。

5 結語

本文結合平陸運河馬道樞紐高邊坡防護工程，對高邊坡防護施工進行了深入研究，得出以下結論：

（1）多級高邊坡施工時推薦采用大型機械設備，如履帶式潛孔鉆機、濕噴機械手、頂驅式多功能鉆機。

（2）采用大型頂驅式多功能鉆機，套管和鉆桿共同鉆進，可以有效解決在富水破碎泥巖中大直徑鉆孔時出現的塌孔、卡轉及套管難以拔出等施工問題，提高了施工效率和質量。

（3）采用水泥漿和水泥-水玻璃雙液漿組合灌漿方式，先注雙液漿填補錨孔中的裂隙，避免漿液四散，再注水泥漿加固錨固段，保證錨索的錨固質量，既保證了錨索的錨固效果，又充分減少了漿液擴散量，降低了施工成本。

參考文獻

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作者簡介：宣俊旭（1992—），工程師，主要從事水運工程建設方面工作。