遵余高速湘江大桥高边坡施工方案研究及应用

张忠刚

中铁开发投资集团有限公司

1 工程概况

遵余湘江大桥位于贵州省遵义市播州区与黔南州瓮安县交界处，主桥桥型布置为（72+212+560+212+72）双塔双索面叠合梁斜拉桥，主梁采用工字形钢梁，桥面采用预应力混凝土桥面板。主塔为高度288m的薄壁空心菱形索塔。桥型布置如图1所示。

图1 边坡支护设计图

遵余湘江大桥桥位处山谷为“V”字形，桥位岸坡较陡，自然坡度30°～45°。桥梁主墩所处位置十分复杂，进出场交通运输差、陡坡边坡上下运输难、裂缝发育、边坡坡率陡、工序衔接难度大等难点

遵义至余庆高速公路遵余湘江大桥2#主塔施工平台支挡防护工程地处贵州黔北山地，平台自然边坡陡峭。挖方边坡最大边坡高度61m，按台阶式设计开挖，边坡分级高度15m，边坡坡面岩体节理裂隙发育，边坡岩体大规模破碎。

湘江特大桥墩台全部处于半山腰地带，单个索塔承台尺寸为34.8m×22.8m×7m，单个承台桩基设计D3m桩基24根，最小桩间净距3m，余庆岸主墩桩基长度50m，承台底面标高为742.67m，遵义岸主墩桩基长度48m，承台底面标高为762.67m。整个山体坡度基本在30°～50°左右，且多为石方山体，采用局部挖机开挖和光面爆破相结合的方式进行平台开挖。

边坡主要采用以下几种方式进行防护：

（1）采用锚索框架梁+植生袋护坡。

（2）锚杆预加固。

（3）被动防护网。

（4）预应力锚索+独立锚墩。

（5）平台外侧采用气泡混合轻质土挡墙支护。

2 高边坡工程施工设计

2.1 高边坡工程施工设计理念

山区陡坡地形不良地质高边坡支护施工，根据现场实际的地质情况，采用光面爆破开挖方式，更能确保边坡的平整度；采用锚索框架梁的防护方式，形成稳定的锚固体系，消除潜在滑移隐患，使整个边坡更具有稳定性和耐久性，为大桥的施工和运营提供了相对安全的环境。同时在施工中总结出如下四点关键技术，为整个高边坡工程施工提供有力保证。

（1）岩质陡坡破碎地带光面爆破的边坡开挖方式。由于本项目主墩平台位于陡峭的斜坡地带，并且岩性较为破碎，根据以往施工经验，采用普通的爆破方式，一是爆破产生的飞石较多，造成不必要的炮损；二是普通爆破开挖形成的边坡平整度较差，造成后续的防护工程施工困难。实际施工中实施性较差，因此改变该平台开挖的方式，对炮眼的布置、深度、装药量以及引爆方式进行优化，从而达到光面爆破的效果。

（2）该处边坡坡面岩体节理裂隙发育，边坡岩体大规模破碎，因此为防止塌孔，现场钻孔时应采用跟管钻进技术。锚孔孔径为130mm，锚孔钻进采用无水干钻（即风动钻进）。为满足锚固要求，锚固段造孔时，不得采用泥浆等有碍结合强度的护壁造孔。该边坡岩体裂隙发育，现场采用跟管钻进技术，如遇坍孔，应立即停钻，采用压力为0.1MPa～0.2MPa水泥灌浆固壁，初凝后重新扫孔钻进，成孔后应采用高压风清孔，将孔内岩粉，碎屑及积水排出，保持孔内干燥及孔壁的干净粗糙。孔深钻进达到设计要求后，不能立即停钻，要稳钻3min～5min，并应及时进行锚孔清理。

（3）锚索孔道采用两次注浆技术，第一次用M35水泥砂浆进行低压注浆，第二次用M35净浆进行高压劈裂注浆，使锚索的锚固性能和耐久性更佳。锚索深度穿过边坡的破碎带和潜在滑移面，锚固在完整的岩体内，锚固段长度10m，锚索孔道采用两次注浆技术，第一次用M35水泥砂浆进行低压注浆，第二次用M35净浆进行高压劈裂注浆，使锚索的锚固性能和耐久性更佳。灌浆结束以实际灌浆量大于理论吃浆量和回浆相对体积质量大于进浆相对体积质量且孔内不再吸浆为控制标准。浆液收缩后及时补浆，使孔口浆液饱满。

由于本项目地质条件较差，存在较多小型溶槽、溶洞，注浆过程中需要采取以下措施：

①间歇性注浆，过程中分阶段进行，每注浆20min中间间隔5min，可以有效的降低溶槽及裂隙的影响，减少注浆方量。

②合理的布置止浆环，防止水泥砂浆在相互连通的裂隙中流窜，从而造成工程量增加。

（4）大坡率岩溶发育地带锚索框架梁施工技术。平台边坡岩性较为破碎，常规的防护方式比如：挂网喷浆、挂网灌木护坡、抗滑桩+重力式挡土墙等防护方式均不适用，达不到边坡防护的效果。本项目采用锚索框架梁的方式进行防护，坡面设置混凝土框架梁与锚索外端进行锚固，对所施加预应力后，整个边坡在框架梁的主动压力下形成一个相对稳定的锚固体系。相比于传统的防护方式，锚索框架梁施工技术，降低了施工难度，安全性能高，为主墩提供安全的施工环境。

为确保框架梁整体线型的平顺，现场施工时投入大量模板资源，对每级边坡的框架梁进行整体施作，并且采用各种型号尺寸的调节模板，延坡面整体立模，避免框架梁随坡面起伏，确保框架梁的整体线型。

2.2 高边坡防护工程设计参数

遵余湘江大桥主塔（余庆岸）施工平台受主塔承台标高和现场地形地貌影响，其自然坡面及开挖边坡较高，边坡失稳对湘江特大桥主塔危害较大。主塔（余庆岸）施工平台迎山侧边坡陡峭，岩体节理裂隙发育，边坡岩体大规模破碎。边坡按台阶式设计开挖，坡率采用1：0.5，边坡分级高度15m，各级边坡设置2m宽平台，平台采用向外4%横坡。

边坡坡面第一、二级采用锚杆框架梁加固，锚杆框架梁水平和竖向间矩为3.0m×3.0m，呈矩形布置，框架采用C30 混凝土现浇；边坡坡面第三、四级采用锚索框架梁加固，锚索水平和竖向间矩为3.0m×3.5m，呈矩形布置。锚索框架梁截面尺寸0.5m×0.5m，采用C30 混凝土现浇。堑顶外侧设置3 排独立锚墩锚索加固，锚墩水平间矩为3.0m，纵向间距不小于3m，独立锚墩尺寸为1.0m×1.0m×0.5m，采用C30 混凝土现浇。为防止边坡开挖过程中失稳，其最上一级边坡应随挖随护，并设置锚杆预加固措施，锚杆间距1.5m×l.5m。

3 高边坡工程施工方案简述

3.1 高边坡工程施工总体方案介绍

根据现场施工情况，为确保项目施工整体安全性，特确定以下施工作业流程：

清除坡顶外危岩落石→施工坡顶上侧第一道被动防护网→清表（安全处理）→开挖截水沟→施工堑顶被动防护网→坡顶外侧三排锚索施工→第四级边坡开挖→锚杆预加固施工→锚索施工→施工第三级边坡顶平台排水沟→第三级边坡开挖→锚索施工→施工第二级边坡顶平台排水沟→第二级边坡开挖→锚索施工→施工第一级边坡顶平台排水沟→第一级边坡开挖→锚索施工→边沟施工。

3.2 高边坡工程施工工艺及方法

3.2.1 高边坡爆破开挖施工工艺

边坡预裂爆破施工工艺流程如下。

图2 预裂爆破施工工艺流程图

（1）平整工作面。一般根据钻孔机械类型，用反铲挖掘机对预裂爆破场地进行平整，确保预裂爆破施工场地的平整度和钻机施工的安全场地。工作面应尽量做到横向平整、纵向平缓。

（2）测量放样。预裂爆破效果的好坏很大程度上取决于预裂孔的方向、角度和深度。钻孔前，用中海达GPS V30直线放样功能准确放样出高边坡的预裂孔的平面位置，孔口位置偏差不得超过1倍炮孔直径。然后，距离预裂孔2m左右再进行直线放样出对应预裂孔的定向点。

（3）钻孔。采用履带式潜孔钻车进行钻孔。钻孔前，在定向点上用简易三脚架悬挂重垂线，使钻车的钻杆与重垂线保持在同一纵向平面上。

（4）布孔方式。主炮孔、辅助孔采用梅花形布孔，预裂孔沿坡顶直线布置，见图3。

图3 钻孔布置平面图（单位：m）

（5）孔位检查。炮孔装药前应对全部炮孔进行查验，吹净孔内残渣和积水，排不干的炮孔，爆破器材应有防水措施。

（6）“药串”加工。严格按爆破设计的线装药密度进行“药串”加工，加工过程中，用防水胶带将药卷与导爆索、竹片绑扎牢固，防止药卷脱落，并做好“药串”加工记录。

（7）装药。一般采用人工装药，多人将加工好的“药串”轻轻抬起，慢慢地放入孔内，使有竹片一侧靠在保留区的一侧。

（8）填塞。“药串”到位后，用纸团等松软的物质盖在药柱上，然后用砂、岩粉等松散材料逐层填塞捣实。填塞长度必须满足设计要求。

（9）网路连接。预裂孔内采用导爆索串联，导爆索网路的连接要可靠，孔外连接形式可采用搭接、扭结和水手接。导爆索主线与主炮孔的最初传爆雷管联接。

图4 逐孔接力式起爆网路示意图

（10）安全警戒。爆破器材运到工作面时应设置警戒，警戒人员封锁爆区，非爆破施工人员禁止进入爆区。

（11）击发起爆。指挥部确定警戒完成后，发出预备信号、起爆信号。

（12）爆破安全检查。起爆后，爆破员按规定的时间进入爆破场地进行检查，当发现危石、盲炮现象时，要及时处理。

（13）解除警戒。只有经反复检查，确保安全以后，爆破指挥部方可发出解除警戒信号。

3.2.2 锚索框架梁防护工程施工工艺

3.2.2.1 测量放样

（1）在坡面开挖形成后，按施工图要求采用全站仪结合坡面拉线进行测量放线，准确定出锚孔和框架的位置，并铁钎和油漆做标记，以保证框架顺直和美观。

（2）测定孔位：采用全站仪测放孔位及倾角，并反复校核，误差不得大于3mm。

3.2.2.2 机具准备

（1）注意张拉设备及有关机具是否经过标定。

（2）运用两点定线原理安装钻机方位角，用钻机前后高差点和开孔点控制钻机倾角、钻孔轴线，钻机安装时多点固定，以确保钻机稳定可靠，钻进时不会偏位。

3.2.2.3 坡面修整

坡面采用人工修整，随开挖的下降及时进行清坡，清理边坡采用临时锚杆搭设脚手板做支护和平台。

3.2.2.4 造孔

（1）施工平台：采用扣件式钢管脚手架，为全钢脚手架，外架沿边坡全长搭设。此脚手架用于边坡支护施工。用Φ48×3.5钢管和扣件搭设。脚手架立杆横距为1.5m，立杆纵距为1.5m，脚手架内立杆距边坡面300mm。横杆步距为1.2m。操作平台采用脚手板满铺。外侧设置1.2m高护栏。

每一级边坡的脚手架每隔三层设置锚固附墙，附墙采用锚杆锚入坚硬岩层。每层附墙的所有水平横杆与锚杆可靠连接。

脚手架两端设置人行爬梯，外侧满挂密目安全网。

（2）造孔自下而上施工，随钻孔的进度，及时架立上一层操作平台。工艺为：定位→钻孔→高压风清孔。

（3）锚孔孔径为130mm，锚孔钻进应采用无水干钻（即风动钻进）。钻进时根据底层变化调整钻进速度，并记录底层变化及地下水情况。为满足锚固要求，锚固段造孔时，不得采用泥浆等有碍结合强度的护壁造孔。如遇松散破碎易坍孔时，应采用跟管钻进技术，如遇坍孔，应立即停钻，采用压力为0.1MPa～0.2MPa水泥灌浆固壁，初凝后重新扫孔钻进，成孔后应采用高压风清孔，将孔内岩粉，碎屑及积水排出，保持孔内干燥及孔壁的干净粗糙。孔深钻进达到设计要求后，不能立即停钻，要稳钻3min～5min，并应及时进行锚孔清理。

④钻孔机具的选择：应当根据锚固地层的类型、钻孔直径、钻孔深度、锚固工地的场地条件来选取钻孔设备，本项目地质为土夹石，并且有小型岩溶发育，采用以压缩空气为动力的潜孔钻机，由于是在边坡上钻孔，坡度较陡，故选用轻便风动小型潜孔钻机（XZ30 型，钻孔深度50m，钻孔直径小于130mm，主机重量250kg）。在岩层破碎或疏散的地层中应采用跟套管钻进技术，以保证钻孔完整不坍塌。

3.2.2.5 锚索制作、运输及安装

（1）锚索制作：锚索按设计要求每索采用7 根Φ15.2 的高强度低松弛预应力钢绞线，公称直径15.2mm，标准强度为1860MPa。锚索按设计的锚固段、自由（张拉）段、锁定头的长度和结构要求制作。

（2）锚索运输：锚索的运输与安装应因地制宜拟定方案，条件不具备时在钻孔现场编束。锚索水平运输时，各支点间距不得大于2m，锚索弯转半径不宜过小，以不改锚束结构为限；垂直运输时，除主吊点外，其他吊点应能使锚索快速、安全脱钩；运输、吊装过程中，应细心操作。不得损坏锚束及其防护涂层。主要依靠人工在边坡上搬运，搬运前仔细核对该搬运的索长度与即将进入所对应设计孔位的锚孔深度是否相符，确认无误后，才能组织人员抬至孔口。避免错运，造成费工费时，甚至酿成质量事故。搬运时，不得损坏各部位，凡有损伤的必须修复。扛抬各支点间距不得大于2m，其弯转半径不宜太小。

（3）锚索安装：锚索入孔前应进行下列各项检验，并经监理工程师认可：锚孔内及周围杂物必须清除干净；锚索长度应与设计孔深相符；锚索编号是否与孔号一致，确认无误后，再以高压风枪清孔一次，即可安装锚索。

3.2.2.6 注浆

（1）锚索注浆采用孔底注浆施工，浆液由孔底注入，空气由排气管排出，采用砂浆位置指示器控制注浆位置。

（2）注浆管安装：注浆管应满足设计要求，具有足够强度，保证注浆施工过程中注浆顺利，不堵塞、爆管或破损拉断，注浆管捆扎在锚筋体中轴部位。

（3）注浆工艺要求：锚索孔道采用两次注浆技术，第一次用M35 水泥砂浆进行低压注浆，第二次用M35 净浆进行高压劈裂注浆，使锚索的锚固性能和耐久性更佳。

灌浆结束以实际灌浆量大于理论吃浆量和回浆相对体积质量大于进浆相对体积质量且孔内不再吸浆为控制标准。浆液收缩后及时补浆，使孔口浆液饱满。

（4）由于本项目地质条件较差，存在较多小型溶槽、溶洞，注浆过程中需要采取以下措施：

①间歇性注浆，过程中分阶段进行，每注浆20min中间间隔5min，可以有效的降低溶槽及裂隙的影响，减少注浆方量。

②合理的布置止浆环，防止水泥砂浆在相互连通的裂隙中流窜，从而造成工程量增加。

3.2.2.7 框架梁施工

（1）从上到下开挖肋柱基础，开挖过程中注意保护已施工的锚索孔。

（2）框格锚索肋柱布置：横梁每隔2道纵梁设2cm伸缩缝，设在框格中间，缝内采用沥青麻筋填塞，填塞深度10cm。肋柱定位必准确，应垂直于路线，当实测边坡高度不以整10m 计时，可适当调整最上一台肋柱高度，高度变化应平缓暂变，尽量减少破坏坡面原状土圾植被。锚具应设在横竖向肋柱交结点上。

（3）框架梁混凝土拌和：由于框架梁混凝土在坡面上浇筑，作业面分散，浇筑速度较慢，须充分考虑混凝土的供应数量和时间。

（4）混凝土的运输：水平运输用手推车运至卷扬机旁，垂直运输用卷扬机沿坡面运输4台混凝土搅拌运输车运输，灌注现场人工用灰桶水平运输。

（5）坍落度检测：框架梁在坡面上浇筑，要从严控制坍落度。

（6）浇注混凝土框架梁：框架梁基坑开挖和浇注前用临时锚杆和脚手板搭设临时操作和运料平台，采用卷扬机沿坡面垂直运料，人工灰桶运至浇筑地点。

3.2.2.8 张拉

锚索张拉时，一定要将锚索扶正与工作台垂直后，再安装千斤顶，张拉时应设架保证千斤顶与工作台垂直，确保各根钢绞线受力均匀。

3.2.2.9 锁定封锚

确认锚索承载能力后，全部锚索张拉够吨位，产生工程效果后，可切断外露的工作钢绞线，进行封锚作业。

4 结论

本项目施工设计的高边坡施工方案，通过光面爆破工艺解决了破碎岩体坡面平整度的难题，全跟管钻进、二次注浆工艺解决了裂隙发育、易塌孔地质条件下，锚索钻进和压浆难，造价高，质量不可控，工期长等施工困难。此方法施工山区陡峭地形不良地质高边坡施工质量可靠、简单快捷、便于控制造价，充分发挥了技术保障措施，克服了此类项目业主与施工单位的矛盾，促进了高边坡技术的进步，增创了项目管理效益，为今后类似山区环境下技术复杂性桥梁基础工程施工，特别是陡坡破碎地形、裂隙岩溶发育地带、高填高挖陡边坡的墩台基础工程施工提供了宝贵的经验，可以大范围的推广应用。