公路工程高边坡施工技术的实践应用

李 浩

(福建建工集团有限责任公司，福州 350000)

1 前言

我国公路路网建设随着经济的发展日趋完善， 且仍在迅速向农村边远地区扩展， 公路推动了我国的现代化进程，是保障当地经济平稳发展的基础和前提[1]。 由于部分公路处于复杂的地形地质环境中， 挖方路基和高填方路基相应出现， 这些公路结构带来的直接问题就是高边坡及其稳定性。一般情况下，高边坡并不具备一定的稳定性，且施工人员在挖掘路基时，破坏边坡土质结构，影响边坡植物而导致水土流失，进而引起边坡塌陷，同时其他各种因素还会造成边坡滑坡、裂缝等等，最终堵塞、破坏道路，给交通安全带来不利影响。 因此，探究公路路基高边坡施工技术具有十分重要的现实意义。

2 工程概况

闽清县X125 线池园镇(潘亭村)至上莲乡段公路工程路线起点K15+145.793 接池园镇(潘亭村)X125 线，途经池园镇东前村、 店前村、 上莲乡溪坪村， 终点K20+094.851 平交莲埔村街道，路线总长为4.949 km，本工程公路等级为二级公路，设计车速60 km/h，双向二车道、路基宽度为12 m、车道宽度为3.5 m。 本工程共新建桥梁2座，分别是东前大桥和店前大桥，隧道1 座为上莲隧道，项目工程造价10487 万元。 本标段共有6 段属于高边坡防护工程，分别为：①K15+400～K15+525 段；②K16+640～K16+740 段；③K17+500～K17+540 段；④K17+700～K17+780 段；⑤K19+220～K19+260 段；⑥K19+745～K19+777 段路堑。

3 高边坡施工方案

3.1 边坡地质情况

本标段边坡高度范围为32～38.5 m，K17+500～K17+540 段、K17+700～K17+780 段及K17+700～K17+780 段地质情况接近，为土岩边坡，上部为坡积层，下部为侏罗系南园组凝灰熔岩(J3n) 风化层。 K16+640～K16+740 段及K19+220～K19+260 段地质情况接近，为土质边坡，场区表层为第四系填土、坡积层，下部基岩为侏罗系南园组凝灰熔岩(J3n)风化层。K19+745～K19+777 段边坡土层土质差，边坡稳定性较差，从上到下依次为：坡积粉质粘土、凝灰熔岩残积粘性土、含有断层生成的破碎带(断层角砾岩、碎裂岩、糜棱岩或断层泥等)。

3.2 边坡施工方案

本工程边坡结构为：第一级坡率为1∶(0.5～0.75)，中风化凝灰熔岩；第二级坡率为1∶1，砂土状强风化+中风化凝灰熔岩；第三级坡率为1∶(1～1.25)，砂土状强风化凝灰熔岩；第四级坡率为1∶1.25，凝灰熔岩残积性粘土+全风化凝灰熔岩；第五级坡率为1∶1.25，粉质粘土。 各段边坡防护施工方案见表1。

4 高边坡施工方法

4.1 石质路堑施工

石质路堑施工主要流程为：(1)测量放线：确定开挖边界，一般可根据原地面高程及边坡率推算，施工时应经常检查边坡坡脚线位置及标高， 确保开挖边坡符合设计坡度要求。(2)截水沟施工：本工程采用C15 混凝土进行截排水沟施工，在边坡顶5 m 外设截水沟，为防止截水沟基坑被雨水冲刷，开挖后立即铺砌，但铺砌前应注意检查截水沟的净空及砌筑高度， 片石砌筑时砂浆填缝应饱满、均匀。 (3)边坡修整：采用挖机，坡面应平顺，注意石质边坡应对坡面危石进行清理， 挖不掉的坚石可用液压镐轻轻敲击，不可狠凿猛挖。(4)潜孔钻+液压镐开挖：本工程高边坡开挖施工顺序为自上而下分层开挖，分层高度4 m 左右，先开挖轮廓线、平台线，再布置潜孔钻钻孔位置，用红油漆画圈布点，布点间距为100 cm×100 cm，潜孔钻根据放样位置钻孔，应避开平台边线，钻孔深度≤2 m，且应分层钻孔。 液压镐根据钻好的孔位对岩石进行冲击破碎或剥离，边坡附近应及时对边坡进行修整，修整过程中应控制液压镐破碎力度， 不允许出现亏坡或坡比过大的情况出现，第一级(层)施工平台上的岩层破碎到位并将坡面修整后，再进行下一级(层)施工平台岩体的破碎，剥离后的块石应及时转运至下方。 施工步骤示意见图1。

表1 各段高边坡防护施工方案

图1 石质路堑施工步骤示意图

4.2 锚索框架梁工程施工

施工过程中，由于持续强降雨，K19+745～K19+777 段边坡在K19+765 处坡顶有两处泉眼在短时间内大量往外冒水，且含有断层生成的破碎带(断层角砾岩、碎裂岩、糜棱岩或断层泥等)，雨水渗入该段边坡坡体内，导致局部坡面出现溜塌， 针对该情况本段第二级采用8 m×8 m预应力锚杆框架梁防护，K19+745～K19+777 段支护剖面图如图2 所示。预应力锚索框架是本工程施工难度最大、施工工艺及工序多、工期最长的防护施工分项工程，该段边坡全长32 m，采用4 束钢绞线锚索，锚索长30～34 m，锚固段长8～12 m，单孔设计拉力350 kN/孔，格梁方形布置，间距4.0 m×5.6 m，截面尺寸为0.5 m×0.6 m。 锚索施工工艺流程为： 锚索编制→修坡测孔→钻孔→锚索安装→注浆→封孔注浆→框架梁、锚斜托→张拉、锁定、补浆→C30 砼封锚。

图2 K19+745～K19+777 段支护剖面图

(1)坡面修整：人工自上而下分层修坡，锚索框架梁边坡开挖时每层开挖高度为锚索上下横梁间距， 至下级平台开挖格梁基础并施作锚索， 土质坡应用彩条布覆盖以防止雨水冲刷。

(2)脚手架搭设：采用3 号钢焊管尺寸为Φ48 mm×3.5 mm，扣件应贴合钢管，立杆纵距1.0 m，大横杆步距1.2 m，小横杆间距1.5 m，立杆、大横杆均采用扣件对接，离地250 mm 设扫地杆、6 m 设一道剪刀撑。 平台上铺设厚度25 mm×3000 mm 松木板。 脚手架地基采用厚10cm C15 混凝土硬化处理。

(3)施作锚孔：用红油漆标示锚索开孔位置，位置偏差≤±20 mm，验收合格的锚孔应进行编号；由于水钻会导致边坡岩土工程地质条件恶化且孔壁粘结性能差，钻孔方式应采用干钻，钻孔机具根据锚固地层类别、锚孔孔径及深度等确定[2]，本工程岩层中采用YQ100 型电空潜孔锚索钻机潜孔冲击成孔， 岩层破碎处则采用跟管钻进技术。 钻孔时应实时记录施工现场情况(钻压、转速、孔深等)，为确保孔径、孔深，钻头直径应≥设计孔径，实际钻孔深度与设计孔深之差应≥0.2 m，钻至符合要求孔深后不能立即停钻，应稳钻1～2 min，防止孔底尖灭，且应通过风压为0.2～0.4 MPa 的高压风清理孔内岩粉及水体；若遇塌孔缩孔等现象应立即停钻， 且对孔道进行固壁灌浆处理，水泥砂浆初凝后再重新扫孔钻进。锚孔经监理检验合格后用织物堵塞保护待用。

(4)锚索体制作及安装：预应力锚索组成为格梁+自由段+锚固段，采用4 束钢绞线锚索，钢筋沿锚索体轴线方向每2 m 设置一道架线环， 保证锚索体保护层厚度不小于2 cm。 自由端套管采用HDPE 管，自由端封堵采用防水胶布多层绑扎。 人工安装锚索体，用高压风吹孔，锚索缓慢放入孔内， 钢尺测量孔外露出预应力筋长度以计算孔内锚索长度，确保有效锚固长度。

(5)锚固注浆：采用普通硅酸盐水泥注浆，本工程水泥砂浆配合比为1∶1(重量比)，水灰比为0.4～0.5，强度不低于40 MPa。 注浆压力为0.5～0.8 MPa，控制实际注浆量理论计算注浆量，待孔口溢浆开始5 min 后停止注浆，水泥砂浆凝固后体积收缩应进行补浆，直至注满，注浆结束后清洗注浆设备(注浆管、枪、套管等)。

(6)钢筋混凝土框架梁施工：框架梁坡度1∶1，采用C30混凝土现场整体浇注。完成坡面修整及框架梁基槽开挖，基槽底部应洁净密实，施工顺序为先竖梁后横梁，手动绑扎钢筋、立模板，钢筋锚钉固定模板后浇筑混凝土，应连续作业，拆模后养护时间7 d。

(7)锚索张拉、锁定及封锚：锚索设计拉力为350 kN，张拉分级稳压3 min，最后一级稳压≥5 min，张拉锁定检验后切除锚索多余长度， 封锚混凝土等级应高框架梁混凝土一级(即高于C30)。

4.3 液压客土喷播植草灌防护施工

液压客土喷播植草灌防护施工顺序为： 坡面清理→施喷杀虫菌剂→机械液压喷播草籽→覆盖无纺布→种植地表灌木→养护。 测量放样定出液压喷播植草护坡范围后将范围内坡面的碎石块及杂物清除， 施喷杀虫菌剂后将已通过机械搅拌均匀的草种、纤维、土壤改良剂、复合肥混合液喷射到坡面，喷射顺序为自上而下，随后盖膜养护，幼苗长出5～6 cm 后揭膜，最后种植地表灌木及喷水养护。

4.4 锚杆镀锌网植草灌防护施工

锚杆镀锌网植草灌防护施工具体方案为采用14 号镀锌铁丝网(固草器)及φ14 挂网锚杆钢筋，施工顺序为：边坡检验→坡面修整→安固锚杆→固定植生带→铺设镀锌铁丝网→喷射植生基质→覆盖无纺布→养护。 确认边坡坡率、 平整度等及清理坡面松石浮渣等杂物后即可进行锚杆的安装固定， 本工程锚杆采用采用φ14 长度为0.75～2.5 m 的螺纹钢筋， 潜孔钻钻孔深度多出锚杆长度20 cm，锚杆伸出坡面8～10 cm，抗拔力≥50 kN。 锚杆固定后横向等间距1 m 位置布置植生带，再采用14 号镀锌的特性铁丝网(网目14×16 cm)沿坡顶往坡面铺设，镀锌网平顺后挂于锚杆，并用8# 铁丝锁紧，铁丝网应距离坡面3～5 cm， 铁丝网满足铺设要求后喷射植生基质(种植土∶纤维料∶绿化培养基=2∶2∶1)，最后采用U 型铁钉或竹钉固定规格为20 g/m2的无纺布于坡表，应注意岩石边坡储水能力差，应适时喷水养护，促进种子萌发生长。

4.5 边坡监测管施工

本标段K19+745～K19+777 段边坡施工采用深孔位移监测，根据坡高、坡长及岩体土体情况，布设1～5 个检测断面，每个断面孔数宜为2～3 个孔，具体根据实际情况调整。 监测孔深根据坡高及坡体地质情况确定， 深度以15～40 m 为宜，以进入稳定地层不小于2～5 m 为宜。 监测孔钻孔孔径为土层(含强风化)孔径≥φ108 mm；弱风化以上岩层孔径≥φ90 mm；钻孔孔深应大于设计孔深且不小于20 cm，钻孔成空清孔后，立即逐根放入PVC 测斜管，锁定接管螺丝，至设计标高后，测斜管外须用干净的中粗砂充填密实(可灌水)。 监测孔布设后，应注意孔口加盖保护。

5 高边坡施工要点

5.1 跟管钻进技术的应用

K19+745～K19+777 段边坡有断层生成的破碎带(断层角砾岩、碎裂岩、糜棱岩或断层泥等)，针对该类地质情况(积土层和破碎层等)，锚索钻孔采用跟管钻进技术，利用潜孔锤接偏心扩孔钻头跟管冲击成孔， 钻孔参数为钻机钻压5～7 kN，风量8～10 m3/min，风压0.7～0.8 MPa。 注意在跟管钻进前应先用偏心钻头不带套管钻进1 m 左右，钻出一只定位孔和导向孔，随后提钻安装套管准备跟管钻进，套管安装前检查确认潜孔锤及套管直径，保证直径偏差＜10 mm。 二次开钻前搭设限位支架(孔口位置)可以起到限制套管和钻杆大幅度晃动的作用；同时，在保证套管与钻杆同轴的前提下， 应在套管与孔壁之间填入粘土并挤实，防止套管偏离轴线位置。注意跟管钻进过程中的钻孔速度应根据锚固地层严格控制， 避免不均匀地层导致钻孔偏移扭曲甚至变径，进而引起下锚困难；在遇到不均匀地层(较大块石或破碎层与基岩的接触面)时降低钻速同步减小钻压，缓慢钻进。 与常规钻孔方式一样，如遇不良钻现象应立即停钻及孔道固壁灌浆。 孔内排渣在钻进深度超过14 m 后已非常困难，此时每钻进1 m 就应将钻头收入套管并开强风排渣，确保孔内排渣通道(钻杆与套管内壁间环状间隙)畅通，随后继续钻进，长时间不提钻排渣会导致偏心钻头回转部分被钻渣卡住而无法正常工作，甚至引起埋钻事故。 跟管钻进装卸套管时间长、钻进摩阻力大，且容易发生断管现象，因此跟管钻进技术仅在遇到松散破碎岩体确实没有办法的情况下使用，且在通过破碎地层后应立即停止跟管钻进。

5.2 孔位偏斜的处理

钻孔因测量放样存在误差等因素影响会造成孔位纵横方向出现偏差，导致锚索偏位，一般包括两种情况，一种情况是锚索在框格梁内偏位， 此时横梁与竖梁的荷载并不全都直接作用在锚索上， 而是横向荷载直接作用于锚索，但竖向荷载通过横梁间接传递至锚索，因此横梁与竖梁连接处抗力要求变高，需对该部位进行补强，才能确保荷载的顺利传递。 局部补强通过在横竖梁连接处加密钢筋，同时在锚索与框格梁之间增设连接钢筋。另一种情况是锚索偏出框格梁，此时不能局部加强，而是必须重新钻孔，准确放样定出锚杆孔位，钻孔后重新安装锚索及注浆。

5.3 克服抗拔试验条件不足

锚索施工完成后需对已完成锚索总数的3%锚索进行抗拔试验，但高边坡部分区域不具备条件，如锚索位于土质边坡，由于土质松软试验机械发生位移无法操作，抗拔试验作业困难。本工程针对该类情况采用两种方式，一是在锚杆索两侧放置具有一定屈服强度的铁板以扩散压力，注意铁板应在抗拔试验中不变形，以将压力良好地传递至边坡岩体。二是在锚索两侧制作一定强度的水泥墩，通过将锚索抗拔机械作用在水泥墩上使得拉拔力传递至水泥墩， 水泥墩受力面积大可将抗拔力大范围扩散至边坡坡体[3]。

6 结语

公路工程是推动当地经济发展的重要因素， 高边坡施工技术对公路工程质量影响重大， 只有边坡的安全性与稳定性符合要求， 公路的使用功能及寿命才能得到保障。 在公路工程高边坡的施工中， 应根据边坡的地质情况，科学合理设计边坡结构和施工方案，做好石质路堑、锚索框架梁、液压客土喷播植草灌防护、锚杆镀锌网植草灌防护，以及边坡检测管等各项施工工作，切实提高路基高边坡质量，优化公路整体性能，保障公路质量。