麻 煒

(中國(guó)路橋工程有限責(zé)任公司， 北京 100011)

1 工程概況

KKH(喀喇昆侖公路)二期塔科特至赫韋利揚(yáng)段位于巴基斯坦北部地區(qū)，是亞洲公路4號(hào)線的重要組成部分，也是巴基斯坦公路網(wǎng)南北主要骨架的組成部分。本文研究的高邊坡處于中高山峽谷區(qū)，路線右側(cè)為山體斜坡地貌，斜坡大面積基巖裸露，路線左側(cè)發(fā)育一河流，地形切割較強(qiáng)烈，地勢(shì)陡峭，總體呈北東高南西低。

2 設(shè)計(jì)方案選定

2.1 工程難點(diǎn)

舊路改造段長(zhǎng)約70m，原路線以半填半挖形式通過，左側(cè)為老擋墻，下邊坡較陡，坡腳為房屋及河流。老擋墻為重力式漿砌結(jié)構(gòu)，墻高19m。調(diào)查發(fā)現(xiàn)擋墻處邊坡高陡，坡體上部可見基巖出露，坡體下部為松散體；墻趾已處于懸空狀態(tài)，基礎(chǔ)承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。如果按原擋墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，需增加2 m深的擴(kuò)大基礎(chǔ)，則總墻高將超過21m，將面臨以下難題： ① 超高超重的漿砌結(jié)構(gòu)坐落于河谷邊坡上，難以保證墻體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全；② 擴(kuò)大基礎(chǔ)占地將超過原征地紅線，需額外征地并征拆緊鄰紅線的當(dāng)?shù)胤课荩顺绦蛞虬头焦肪稚暾?qǐng)聯(lián)合多部門重新啟動(dòng)，耗時(shí)不可估計(jì)； ③ 施工地點(diǎn)附近片石極其缺乏，工程經(jīng)濟(jì)性及高處砌筑施工安全性也成為棘手難題。

2.2 方案比選

介于上述情況，此處已不具備施工重力式擋墻的條件，經(jīng)過分析地質(zhì)狀況，考慮到當(dāng)?shù)卣鞯仉y、拆遷難、片石緊缺的實(shí)際問題，現(xiàn)場(chǎng)提出幾種方案： ① 半邊橋方案； ② 樁板墻方案； ③ 錨索肋板墻方案。半邊橋方案在技術(shù)上安全、可靠，但建設(shè)費(fèi)用較高；樁板墻方案技術(shù)成熟但圬工量大且地基承載力要求較高[1]；錨索肋板墻屬于輕型支擋結(jié)構(gòu)，作業(yè)面小、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好但技術(shù)要求較高，國(guó)內(nèi)運(yùn)用少。

經(jīng)過比較，最終選定錨索肋板墻方案。此前錨索肋板墻大多為上檔式結(jié)構(gòu)，此處為下?lián)跏浇Y(jié)構(gòu)，具有一定的挑戰(zhàn)性。

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算

2.3.1計(jì)算工況

選取主剖面進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合實(shí)際情況，分別選定3種工況： ① 正常工況：天然狀態(tài)，取天然容重； ② 非正常工況Ⅰ：暴雨或持續(xù)降雨?duì)顟B(tài)，取飽和容重； ③ 非正常工況Ⅱ：地震工況，取飽和容重。

2.3.2安全系數(shù)選擇

考慮巴基斯坦當(dāng)?shù)氐卣鹩绊懀瑢?duì)病害工點(diǎn)采用天然狀態(tài)下1.20、暴雨?duì)顟B(tài)下1.15、地震狀態(tài)下1.10的設(shè)防安全系數(shù)。

2.3.3計(jì)算參數(shù)確定

穩(wěn)定性計(jì)算公式中需要確定的指標(biāo)有：填土的容重γ、粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ。填料土體的強(qiáng)度指標(biāo)主要通過參照巴基斯坦北部地區(qū)類似地層經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及土工試驗(yàn)綜合確定。計(jì)算中取天然容重為20.0kN/m3，飽和容重為21.0kN/m3，天然狀態(tài)粘聚力c值為5～10kPa，內(nèi)摩擦角φ值為25°～32°，路面車輛荷載為25kPa。根據(jù)上述填土界面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值，對(duì)路基的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。

2.3.4計(jì)算結(jié)果

選取K177+650斷面，采用填土界面為折線形模型的傳遞系數(shù)法，3種工況下的計(jì)算結(jié)果如表1。經(jīng)計(jì)算確定該路基的剩余下滑力為607kN/m。

表1 K177+650斷面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果工況穩(wěn)定系數(shù)下滑推力/ (KN·m-1)正常工況0.749555非正常工況Ⅰ0.703577非正常工況Ⅱ0.605607

2.4 設(shè)計(jì)方案確定

以K177+650斷面左側(cè)為例(見圖1)：采用坡率為1∶0.2，每級(jí)坡高8.5m的2級(jí)錨索肋板墻防護(hù)，且兩級(jí)肋板墻間設(shè)置2m寬的硬化平臺(tái)。錨索肋板墻單片框架寬5.98m，高度8.5m，肋板間距3.0m×3.0m，在橫梁豎肋節(jié)點(diǎn)處設(shè)錨索，每片框架布設(shè)3排6孔6束φ15.2 mm錨索，錨索傾角25°，錨索長(zhǎng)度為20～25m，錨固段長(zhǎng)10m，錨索孔φ130mm，砂漿強(qiáng)度為M30，錨索設(shè)計(jì)荷載為600kN，鎖定荷載為480kN。

采用該結(jié)構(gòu)后，路基剩余下滑力為0，滿足穩(wěn)定性要求。

圖1 錨索肋板墻K177+650斷面

3 施工工藝探究

常規(guī)錨索防護(hù)工藝為：鉆孔——穿梭——注漿——張拉——封錨，各工序互不影響。不同于普通擋墻，下?lián)跏嚼甙鍓Σ糠皱^索自由端施工前暴露在空氣中，需要通過后填土來補(bǔ)缺。如果先實(shí)施墻背回填，再施工肋板墻，填土自身無法保持穩(wěn)定，肋板墻將因無錨索牽拉而失穩(wěn)倒塌；若先施工肋板墻再實(shí)施回填，無填土支撐的肋板墻必定要內(nèi)傾，兩種工序均不可行。

該工程的施工還面臨以下難題： ① 鉆孔不是一次成型，如何保證巖體錨固段、填土自由端、錨頭始終在一條直線上，這直接影響穿梭、注漿、張拉等后續(xù)工藝開展； ② 回填過程產(chǎn)生的土壓力勢(shì)必將錨索壓彎、扭曲甚至割傷，后期張拉時(shí)錨索會(huì)被逐漸拉直，導(dǎo)致鋼絞線松弛，肋板墻可能因土壓力而外傾，甚至折斷，導(dǎo)致工程失敗； ③ 肋板墻回填土最高達(dá)18 m，預(yù)防工后沉降不可忽視。因此必須提出與該工程特點(diǎn)匹配的全新施工工藝，才能確保錨索肋板墻施工安全，降低人員設(shè)備的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 “填錨拉” 交替工藝

填土、肋板墻、錨索三者是相輔相成的關(guān)系，相互作用方能形成一個(gè)穩(wěn)定可靠的結(jié)構(gòu)體系，去掉任何一方，結(jié)構(gòu)就會(huì)失效[2-4]。一次性澆筑、回填、張拉8.5m高的肋板墻無法實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)將肋板墻劃分成小單元分段作業(yè)，進(jìn)行回填、澆筑、張拉等工序，在最下1級(jí)單元完成施工并穩(wěn)定后，按相同工序進(jìn)行第2個(gè)、第3個(gè)單元作業(yè)，3種工序交替循環(huán)直至整個(gè)肋板墻施工完成。壓實(shí)、張拉全程在肋板墻內(nèi)側(cè)作業(yè)，墻體充當(dāng)了臨邊防護(hù)設(shè)施，這種墻背回填、肋板墻澆筑、錨索張拉施工交替循環(huán)進(jìn)行的工藝被稱之為“填錨拉”交替工藝。將“填錨拉” 交替工藝化繁為簡(jiǎn)，通過小單元內(nèi)部相互嵌鎖，各單元步步自鎖達(dá)到整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，解決了常規(guī)錨索施工無法實(shí)施的難題，同時(shí)保障了作業(yè)人員和設(shè)備的安全。

肋板墻分段原則和施工流程： 單層肋板墻高8.5m分3級(jí)澆筑，3排錨索孔高度位置分別為1.5、4.5、7.5m，肋板墻3次澆筑高度分別為3、6、8.5m，肋板墻第1級(jí)澆筑完成且混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%時(shí)將錨索在錨頭處鎖定，然后進(jìn)行第2級(jí)的墻背回填壓實(shí)及錨索施工，直到整個(gè)8.5m高肋板墻回填完成。第1級(jí)整體肋板墻澆筑完成后，留2m寬碎落臺(tái)，隨后按同樣步驟進(jìn)行第2級(jí)肋板墻的施工。施工流程見圖2。

圖2 錨索肋板墻方案施工流程

3.2 “套管錨索”技術(shù)創(chuàng)新

“套管錨索”施工技術(shù)實(shí)施程序： ① 回填基坑到鉆孔位置，形成一個(gè)平整的作業(yè)平臺(tái)，按正常工序在原狀山體上鉆孔，穿索，錨固段注漿； ② 將山體外處于自由端的錨索全部用φ 15 cm鋼管包裹，焊死接縫，鋼套管按照設(shè)計(jì)角度架設(shè)，一頭抵住入巖段，另一頭連接到肋板墻鎖定段，將鋼絞線從肋板墻預(yù)留孔中穿出，隨即鎖定固定(不張拉)； ③ 按要求層層回填墻背，包有錨索的鋼套管在填土中的位置不能偏移，按相同步驟依次施工每個(gè)單元的肋板墻并鎖定錨索直至完成。鋼套管通過其自身剛性保持穩(wěn)固，錨索角度不變，保證了錨索錨固段、填土自由端、肋板墻鎖定端始終在一條直線上。

圖3 套管錨索技術(shù)效用示意

套管區(qū)域的墻背回填要嚴(yán)格控制填土厚度，選用性能好的均質(zhì)填料，采用人工輔助小型機(jī)械方法對(duì)鋼套管周圍碾壓密實(shí)，套管為錨索在新填土中創(chuàng)造了一個(gè)牢靠的密閉空間，等效于巖體中的鉆孔，錨索不會(huì)因回填施工而擠壓變形；張拉時(shí)，填土端錨索能夠自由舒展達(dá)到設(shè)計(jì)拉力，后期不會(huì)產(chǎn)生回彈松弛的現(xiàn)象，補(bǔ)注漿作業(yè)能夠充滿整個(gè)套管空間，漿液不會(huì)外漏。通過采用“套管錨索”技術(shù)，下?lián)跏嚼甙鍓靥?、注漿、張拉等工序作業(yè)得以正常進(jìn)行，套管錨索技術(shù)效用示意見圖3。

肋板墻分級(jí)回填張拉流程：第1級(jí)肋板墻砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%時(shí)先進(jìn)行進(jìn)行錨索鎖定(不張拉)，隨后按要求分層回填，待回填至墻頂碾壓完成后，進(jìn)行第1次張拉：分3級(jí)進(jìn)行，張拉強(qiáng)度分別為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的25%、50%、75%，并分別穩(wěn)定5min。隨后開始下單元肋板墻的施工并回填，待第1級(jí)回填土穩(wěn)定不再變化后，方可進(jìn)行第2次張拉:分2級(jí)進(jìn)行，張拉強(qiáng)度分別為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%、110%。以此類推，各單元在完成初張拉、回填土徹底穩(wěn)定后，進(jìn)行再次張拉，從下到上逐步完成2層12級(jí)共17m高整個(gè)錨索肋板墻回填、張拉。

3.3 沉降預(yù)防綜合處治

肋板墻回填過程中采取了填挖交界面設(shè)置臺(tái)階并補(bǔ)注漿、增設(shè)土工格柵、選用好的砂礫料、路床范圍全幅換填等綜合處治措施(見圖4)，具體為： ① 新老路基結(jié)合面處按照寬度2～3 m、高度1.5 m、內(nèi)向縱坡4%進(jìn)行挖設(shè)臺(tái)階； ② 路床頂以下1.5 m，填挖交界面兩側(cè)6 m范圍內(nèi)，每30 cm鋪設(shè)一層土工格柵，共5層； ③ 新填路基路床頂以下3 m范圍內(nèi)采用性能良好的天然砂礫全幅回填； ④路床頂以下5 m范圍新舊路基交接處預(yù)埋管徑5 cm的PVC壓漿管，待整個(gè)墻背回填完畢后，統(tǒng)一進(jìn)行水泥漿補(bǔ)注作業(yè)。

圖4 墻背回填沉降預(yù)防綜合處治措施示意

4 方案效果檢驗(yàn)

4.1 肋板墻錨索張拉效果檢驗(yàn)

為驗(yàn)證“套管錨索”技術(shù)應(yīng)用下肋板墻錨索張拉效果，選取了位于小樁號(hào)側(cè)的第2級(jí)1#、2#肋板張拉數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，錨索長(zhǎng)為20m，設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量(100%)為63.5mm。由實(shí)際張拉記錄表得出，1#、2#肋板的張拉伸長(zhǎng)量除第1級(jí)(25%)基本匹配設(shè)計(jì)值外，其余均普遍小于設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量，最后1級(jí)(110%)的伸長(zhǎng)量為5～6cm，與設(shè)計(jì)值相差約1cm。經(jīng)分析，肋板墻墻背回填時(shí)產(chǎn)生的土壓力會(huì)通過肋板傳遞到錨具再傳遞到錨索，這相當(dāng)于給錨索施加了一定的初始拉力，致使錨索提前拉緊、伸長(zhǎng)，因此在正式張拉階段，鋼絞線在設(shè)計(jì)張拉力下的伸長(zhǎng)量小于設(shè)計(jì)值符合實(shí)際情況，可以認(rèn)為錨索張拉效果已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，肋板墻穩(wěn)定可靠。

4.2 沉降預(yù)防綜合處治措施效果驗(yàn)證

為檢驗(yàn)沉降預(yù)防綜合處治措施的實(shí)際效果，肋板墻回填至路基頂標(biāo)高后，在墻身設(shè)置7個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在靠近肋板墻行車區(qū)道域設(shè)置3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，按照初始頻率每天檢測(cè)1次，趨于穩(wěn)定后每4d檢測(cè)一次，分別對(duì)2組觀測(cè)點(diǎn)做了為期1個(gè)月和3周的觀測(cè)。

墻身觀測(cè)點(diǎn)共計(jì)觀測(cè)20次，最后2次觀測(cè)單期位移變化率不大于3mm/d，單期沉降變化速率不大于2mm/d，按設(shè)計(jì)要求可以判定穩(wěn)定，至此累計(jì)最大偏位13mm，累計(jì)最大沉降量34mm；在完成了護(hù)欄、邊溝、底基層、基層、ATB施工后，布設(shè)行車道觀測(cè)點(diǎn)，共計(jì)觀測(cè)12次，期間開放當(dāng)?shù)亟煌?，允許社會(huì)車輛自然碾壓回填區(qū)域，最后2次觀測(cè)單期位移變化率不大于1mm/d，單期沉降變化率不大于2mm/d，至此累計(jì)最大偏位8mm，累計(jì)最大沉降量26mm。

經(jīng)嚴(yán)格審查沉降觀測(cè)記錄并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察后，設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方均判定肋板墻墻體及回填區(qū)域已基本穩(wěn)定，無需再進(jìn)行觀測(cè)，可以實(shí)施中、上面層施工。

5 結(jié)論

1) 下?lián)跏藉^索肋板墻具有輕型支擋結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，能保證路基防護(hù)的穩(wěn)定性和安全性，應(yīng)用于舊路改造項(xiàng)目時(shí)，減少了對(duì)原地基的擾動(dòng)和工后沉降，避免了額外征地拆遷。

2) “填錨拉”交替循環(huán)工藝解決了墻背回填、肋板澆筑和錨索張拉無法按常規(guī)工藝進(jìn)行施工的難題，并保障了作業(yè)人員和設(shè)備的安全。

3) “套管錨索”技術(shù)解決了下?lián)跏嚼甙鍓χ绣^索無法定位拉直和受墻背回填被擠壓損壞的兩大技術(shù)難題，經(jīng)后期檢驗(yàn)，鋼絞線保護(hù)完好，注漿、張拉實(shí)施無礙。

4) 肋板墻鋼絞線伸長(zhǎng)量會(huì)比理論值偏小1～2cm，約占設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量15%～30%，施工工藝、回填方法不同，結(jié)果會(huì)有相應(yīng)偏差。

5) 施工中采取了填挖交界面設(shè)置臺(tái)階并補(bǔ)注漿、增設(shè)土工格柵、選用好的砂礫料、路床范圍全幅換填等綜合處治措施預(yù)防工后沉降，沉降控制效果顯著。

下?lián)跏藉^索肋板墻施工方案相對(duì)復(fù)雜且施工精度要求高，在國(guó)內(nèi)高速路及市政路工程上較少運(yùn)用。KKH二期項(xiàng)目大膽嘗試，在施工中不斷探索研究，通過工藝創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、改進(jìn)作業(yè)方法、嚴(yán)格執(zhí)行施工程序攻克了眾多工程難題，順利完成了施工任務(wù)，節(jié)省了工程造價(jià)，縮短了工期，充分發(fā)揮了該技術(shù)方案的優(yōu)越性，為類似工程技術(shù)應(yīng)用推廣積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。