山岭地区高边坡防护施工工艺.docx
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山岭地区高边坡防护施工工艺
山岭地区高边坡防护施工工艺
发表于:
2009-06-14
工作报告
商界高速公路DJN4合同段,里程桩号为K156+100~K158+400,线路总长2.34Km,本标段地势起伏较大,有多处高边坡开挖及防护工程,锚杆框架梁工程在本标段有较多的运用。
通过对本课题的研究,掌握其技术原理和施工机理,总结出高边坡防护的成套施工技术。
商界高速公路DJN4合同段,针对高边坡防护的施工特点,同时为了保证工程质量,积累施工经验,以便指导今后类似工程的施工,提出了《山岭地区高边坡防护施工技术与工艺》研究课题,并于2007年3月初向公司技术委员会申报立项。
公司技术委员会于2006年6月下旬正式批准了本课题的研究立项,并签订了项目合同书。
按照项目合同书的要求,项目以经理部技术人员为主,成立了《山岭地区高边坡防护施工技术与工艺》课题研究小组。
在施工过程中,对山岭地区高边坡防护的施工技术与工艺、施工质量控制等方面进行了深入的分析和研究。
课题组的研究工作大致分以下几个阶段:
1、2007年4月1日~2007年4月15日,主要进行了课题调研、收集资料、申请立项、提出课题研究大纲等准备工作。
2、2007年4月15日~2007年4月28日,编制施工方案,并组织试验段顺利实施;
3、2007年4月底,立项申请课题得到公司技术科正式批准,并签订科技开发项目合同书。
同时对试验段成果进行总结和分析,对施工方案进行了细化和完善,制定了山岭地区高边坡防护的施工组织设计并报审,施工方案通过了监理和业主的评审。
4、2007年5月1日~2007年10月15日,高边坡防护进入全面施工阶段,课题组按照试验段后制定的施工方案,有条不紊的展开高边坡防护施工。
5、2007年10月15日~2007年11月30日,高边坡防护进入检测阶段,先后进行了锚杆拉拔力、外观等检测,并对检测结果进行了分析整理。
总结高边坡防护施工控制技术与工艺,在此基础上完成了本课题的技术研究报告。
在本课题的研究过程中,课题组全体人员通力协作、求实创新,共同圆满地完成了项目合同书规定的全部研究内容。
本课题现已申请验收。
中交第一公路工程局第三工程有限公司科技开发项目 编号:
SGSKT-2007-04
山岭地区高边坡防护施工技术与工艺
技术研究报告
中交第一公路工程局第三工程有限公司
商界高速公路DJN4合同段项目部
二00八年一月
山岭地区高边坡防护施工技术与工艺
研究报告
目 录
1 概述
1.1 研究背景及必要性……………………………………………………………………………11
1.2 国内外研究现状………………………………………………………………………………11
1.3 研究内容及研究目的…………………………………………………………………………11
2 依托工程概况
2.1 工程概况………………………………………………………………………………12
2.2 工程地质、水文…………………………………………………………………………………12
2.3 设计参数…………………………………………………………………………………13
3 锚杆框架梁高边坡防护技术原理分析
3.1锚杆框架梁高边坡防护技术简介 ……………………………………………………15
3.2锚杆框架梁高边坡防护加固机理………………………………………………………15
4 锚杆框架梁高边坡防护施工技术与工艺
4.1主要施工机具……………………………………………………………………………17
4.2施工工艺及控制技术……………………………………………………………19
4.3施工关键控制技术………………………………………………………………………22
4.4施工组织安排………………………………………………………………………23
5 锚杆框架梁高边坡防护施工质量控制
5.1锚杆施工质量控制…………………………………………………………………23 5.2 锚杆抗拉拔力试验…………………………………………………………………24
5.3框格施工质量控制……………………………………………………………………………25
6 结 论
6.1主要结论…………………………………………………………………………………25
6.2有待改进的问题和建议………………………………………………………………………26
参考文献…………………………………………………………………………………………26
1 概述
1.1 研究背景及必要性
目前,我国山区高速公路建设迅猛发展。
在高等级公路的修建中,出现大量的深挖路堑与高填路堤边坡,其防护问题非常突出。
为了满足安全可靠和经济合理双重目标,对高边坡治理方案的选择显得十分重要。
公路边坡沿公路分布的范围广,对自然环境的破坏范围大,如果在防护的同时,能够注意保护环境和创造环境,采用适当的绿化防护方法来进行,则会使公路具有安全、舒适、美观、与环境相协调等特点,也将会产生可观的经济效益、社会效益和生态效益。
山岭地区施工对于我公司而言次数不多,技术积累也较少,对此进行课题立项及专题研究,意义重大。
通过本项目的研究,根据地质、水文、气候等特点,灵活采用不同的防护型式,在保证公路边坡稳定、安全的情况下,加大植被的绿化面积,为建生态公路打下了良好的基础,使公路主体既安全又环保。
并掌握SNS边坡柔性主动防护以及锚杆框架组合梁边坡防护施工的技术和工艺,为我公司在山岭地区高边坡防治施工方面积累经验,填补公司在山岭地区施工的技术欠缺。
1.2 国内外研究现状
以浆砌、护面墙等圬工为代表的传统护坡防治的弊端日见显现,要求安全、环保、生态的呼声渐渐高,SNS系统不仅能起到以圬工为代表的传统防治之作用,并能满足前述对坡面地质灾害防治新技术的基本要求。
上世纪90年代初边坡柔性防护系统最早出现在国外,90年代中后期技术引入我国,已经在多个工程中得到应用,解决了传统边坡防护措施难以解决的难题。
经过工程技术人员不断的实践和探索,该系统在技术上已日趋完善,形成了一种地质灾害防治工程领域内不要替代的成熟的柔性防护新技术,实现了标准化,在斜坡安全防护特别是崩塌落石防护领域得到了大量推广应用。
1.3 研究内容及研究目的
1.3.1 研究内容
1)锚杆框架组合梁防护的作用机理;
2)锚杆框架组合梁施工技术工艺及施工过程质量控制;
3)高边坡防护施工过程中常见问题、产生的原因分析及防治措施;
4)高边坡测量放样方案、实施细则与程序。
依据中华人民共和国有关标准的要求,提出锚杆钻孔成孔及混凝土输送等关键施工工艺的控制措施,以达到施工质量与工程效益双控的目的。
1.3.2 研究目的
本课题研究的目的在于:
通过本课题的研究开发,总结出山岭地区高边坡防治成套的施工工艺,掌握高边坡防护的施工工艺及施工质量控制措施,特别是锚杆钻孔成孔及混凝土输送方面的技术工艺措施,以确保工程质量,缩短工期,提高经济效益,积累施工经验,并指导今后类似工程的施工。
特别是在处于山区的西部大开发高速公路施工中将发挥更大的作用,为我公司在工程市场的竞争中提供更为广阔的前景。
2 依托工程概况
2.1工程概况
西合高速公路是连接西北与华中最快捷的公路运输动脉,也是陕西“米”字型公路主框架的重要路段,是国家推进西部大开发的一项重点工程。
商界段是西合高速公路的组成部分,建成后,不仅优化了整个路网结构,加速区域经济发展,而且有利于进一步改善商州的投资环境,提升对外开放形象,拓展对外开放空间,促进招商引资,推动贸易流通,增强发展后劲,加快商界社会主义新农村建设步伐。
我项目承建的商界高速公路DJN4标线路起讫桩号为K156+100~K158+400,起于丹风县月日乡江湾村,穿孤独庙隧道、经月日滩两跨丹江、止于月日乡保仓村,全长2.34公里,包括路基土石方、桥涵工程和隧道工程等,形象工程量有土石方:
8.29万m3;特大桥桩基3617m/300根,其中Φ1.2m桩基12根,Φ1.5m桩基220根,Φ1.6m桩基68根;桥台承台2座,桥墩系梁114个;桥墩立柱288根,其中Φ1.4m立柱220根,Φ1.5m立柱68根;桥墩盖梁144座;25米预制箱梁580片;隧道344m/2座(单洞)。
本合同总造价1.078亿,合同工期15个月。
2.2工程地质、水文
DJN4标项目所处为丹江峡谷区,山高谷深。
路线所处地貌单元秦岭山地地貌,沿线地形地质构造复杂,构造变形强烈,断裂活动频繁,不良地质灾害较发育。
对工程有影响的不良地质有断层、滑坡、崩塌、特殊性岩石等。
这些自然高陡边坡存在危岩、崩塌,同时公路开挖形成的人工边坡也有大量的崩塌与落石,存在高边坡稳定问题,对公路的安全存在严重危害,须采取有效防护措施。
ZK156+160~ZK156+195、YK156+200~YK156+218破碎边坡位于孤独庙隧道左线(右线)左侧,坡体已经刷坡,为防止长期风化和降雨的共同作用下发生的塌方、掉块现象,此段设计了锚杆框架梁防护,消除潜在的威胁,保证今后高速公路的正常运营。
K156+760~K157+810、K157+090~K157+150及K157+840~K157+930三段位于丹江特大桥左侧单面斜坡地形,原地面出露岩性为变质石英片岩(DL2),产状300<400,反向斜坡。
节理、裂隙发育,风化破碎强烈,时有小型滑塌及掉块。
坡脚有碎石及卵石堆积,经考察现场,增加了刷坡防护,现刷坡后边坡整体基本处于稳定状态,但局部坡体在长期风化作用和降雨的共同影响下易产生小规模的塌方、掉块现象,成为桥梁安全的潜在威胁,为保证今后高速公路的正常运营,需对边坡进行加固设计。
2.3设计参数
ZK156+160~ZK156+195、YK156+200~YK156+218、K156+760~K157+810、K157+090~K157+150及K157+840~K157+930共五段边坡防护,每段边坡为2~5级不等,坡高25~50米之间,最大坡高50米,边坡坡率为1:
0.75米,平台宽2米,锚杆框格间隔250cm布置,横向每10米、垂直方向每12.5米形成一片框架,即框架以四根竖肋、五根横梁为以片,最后框格内摆放预制六角桶,培土植草。
锚杆框架锚杆下倾角为25º,锚杆设计长度12米、8米两种形式。
每片框架有Φ32、Φ25锚杆共计240米、160米,现浇框格钢筋2122.1㎏,C25砼为15.0m3。
锚杆框架梁结构形式见下图1。
图1锚杆框架梁结构形式图
3锚杆框架梁高边坡防护技术原理分析
3.1锚杆框架梁高边坡防护技术简介
在高速公路的高边坡工程中,当潜在的滑体沿剪切滑动面的下滑力超过抗滑力时,将会出现沿剪切面的滑移和破坏。
在坚硬的岩体中,剪切面多发生在断层、节理、裂隙等软弱结构面上。
在土层中,砂性土的滑面多为平面,粘性土的滑面一般为圆弧状。
有时也会出现沿上覆土层和下卧基岩间的界面滑动。
为了保持边坡的稳定,一种办法是采用大量削坡直至达到稳定的边坡角;另一种办法是设置支挡结构。
在许多情况下单纯采用削坡或挡墙往往是不经济的或难以实现的,这时可采用锚杆进行加固。
3.2锚杆框架梁高边坡防护加固机理
采用锚杆加固高边坡,是岩土锚固技术在高边坡工程中的应用,它是利用锚杆周围地层岩土的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开挖面的自身稳定,由于锚杆的使用,使锚固地层产生压应力区并对加固地层起到加筋作用;可以增强地层的强度,改善地层的力学性能;可以使结构与地层连锁在一起,形成一种共同工作的复合体,使其能有效地承受拉力和剪力,并能提高潜在滑移面上的抗剪强度,有效地阻止坡体位移。
这是一般支挡结构所不具备的力学作用。
图2锚杆结构示意图
锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋砼格架式锚杆挡墙,锚杆锚点设在格架结点上,这种支挡结构主要用于高陡岩石边坡或直立岩石切坡,以阻止岩石边坡因卸荷而失稳。
如图3所示。
图3 钢筋砼格架式锚杆支护
3.2.1提高土层的安全系数
在土层中,边坡安设锚杆(索)后所提高的安全系数可用下式条分法公式计算:
(1)
式中,是作用在第条滑面上的法向力;是作用在第条滑面上的切向力;是第条滑面上的粘聚力;是第条滑面长度;是锚杆锚固力沿滑面法向的分力;是锚杆锚固力沿滑面切向的分力;是滑面上的摩擦系数。
图4锚固边坡的稳定性分析
3.2.1增强岩石边坡的稳定性
在岩体中,由于岩石产状及软硬程度存在严重差异,岩石边坡可能出现不同的失稳和破坏模式,如滑移、倾倒、转动破坏等。
锚杆的安设部位、倾角为抵抗边坡失稳与破坏最有利的方向,一般锚杆轴线应当与岩石主结构面或潜在的滑移面呈大角度相交,如图5所示。
(a)锚杆平衡滑动力 (b)锚杆抵抗转动破坏 (c)锚杆抵抗倾倒
图5锚杆增强岩石边坡的稳定性
由于这种技术大大减轻结构物的自重、节约工程材料并确保工程的安全和稳定,具有显著的经济效益和社会效益,因而目前在工程中得到极其广泛的应用。
4锚杆框架梁高边坡防护施工技术与工艺
4.1主要施工机具
高边坡防护的主要施工机具主要由以下几部分组成:
造孔钻机、拌浆机、注浆泵和混凝土拌合、输送设备。
4.1.1潜孔钻机
针对本工程的工程地质条件,选用高边坡防护锚杆造孔的设备为MGJ-50型潜孔钻。
如图6。
主要技术参数为:
钻孔深度30~40m;
钻孔直径Ф40mm~Ф130mm;
动力头行程1.2~1.5m;
电机功率50KW;
最大输出扭距1200Nm。
图6 潜孔钻机
4.1.2拌浆机
QV-300/50型立式搅拌机1台,电机功率4KW,每次搅拌能力250公升。
4.1.3压浆泵:
采用KBY-50/70型压浆泵,电机功率7.5KW,水平输送距离200m,垂直输送高度40m。
4.1.4混凝土拌合
砼采用750型强制式拌和机或滚筒搅拌机拌和。
4.1.5混凝土输送设备
边坡低处用装载机直接上料,高边坡用槽钢滑轨配合卷扬机(“爬山虎”)牵引输送混凝土。
主要技术参数为:
电机功率10KW,垂直输送高度40~50m,每次装料0.2~0.3m3。
4.2施工工艺及控制技术
施工工艺流程如图8。
图8 施工工艺流程图
4.2.1施工准备及人工清理刷坡
施工前先作好边坡的排水引流,如天沟、截水沟等,使地面水排除至施工区外。
因为边坡一般高而陡,一般采用先人工从坡顶拴安全绳,分层自上而下开挖刷坡,清除土方、危石、待开挖至设计坡度线后,对边坡进行整修,对裂缝较大地方应先嵌补牢实,使坡面平顺整齐,特别须将树根、草根铲除干净。
4.2.2测量放样
测量人员用全站仪进行施工放线,每10米一个点位,按照设计图纸要求,上下、倾斜方向全部用线绳拉好,根据交叉点位确定锚杆孔位。
4.2.3钻机就位
根据边坡的高度,搭设钢管脚手架,选择一排、三排或四排,用枕木垫实基础,先搭设主框架,层层加固,最后搭设分支架,使其与坡面接触良好,并用木板铺设成平台,用铁丝绑牢,钢管架一般竖向钢管间距0.8~1米,横向1.2~1.5米。
在搭设好的脚手架搭设的平台上架装潜孔钻机并固定牢固,用仪器测定钻机导向架的倾角(在钻进过程中随时检查倾斜度,钻孔端部的斜偏尺寸不应大于锚杆长度的2%),准备开孔。
4.2.4钻孔
钻孔采用回转钻进方式,为确保锚杆施工不至于使边坡地质条件恶化,一般采用无水干钻。
脚手架搭设好以后,把机械按照事先定好的孔位,由下部一排一排的进行钻孔,打好一个钻孔,在安放锚杆前,一定要用材料把孔口堵住。
钻机进行钻孔时,一定在垂直于边坡面,匀速缓慢地将钻杆打入岩层内,点位误差不允许超过5厘米,钻孔深度不能小于设计要求。
开孔后,尽量保持良好的钻进导向。
在钻进过程中根据实际地层变化情况,随时调整钻进参数,以防止造成孔斜偏差。
在施工中如遇到塌孔现象,必须清理以后,方可继续进行钻孔。
4.2.5锚杆制作与安装
在锚杆制作上相对简单,一般首先按要求的长度切割钢筋,并在外露端加工成弯钩状。
锚杆根据不同地段,采用20MnSi螺纹钢制成,长度及质量要符合设计要求。
锚杆孔钻成型后,首先进行清孔,其次把制作好的锚杆用人工插入锚杆孔内,锚杆上必须焊接好定位钢筋,以保证锚杆固定在孔位中央,外露长度按照设计要求为20厘米,并均匀地朝着一个方向进行弯曲。
4.2.6注浆施工
锚固的注浆是锚杆施工过程中的一个重要环节,注浆质量的好坏将直接影响锚杆的承载能力。
锚孔一般采用水泥浆或水泥沙浆灌注,采用注浆泵进行注浆,注浆压力保持在0.4Mpa。
(1)砂浆的配制:
①水泥:
普通水泥砂浆选用普通硅酸盐水泥,在自稳时间短的围岩条件下,宜用早强水泥砂浆锚杆。
②砂:
宜采用清洁、坚硬的中细砂,粒径不宜大于3㎜,使用前应过筛。
③普通水泥砂浆的配合比:
选用水泥:
砂=1:
1,水灰比0.42的水泥砂浆,并加入一定量的早强减水剂。
④砂浆备制:
砂浆应拌合均匀,随拌随用。
一次拌和的砂浆应在初凝前用完,并严防石块杂物混入,主要为了保证砂浆本身的质量及砂浆与锚杆杆体、砂浆与孔壁的粘结强度,也就是为了保证锚杆的锚固力和锚固效果。
(2)注浆
首先,把注浆管插入锚杆孔内距孔底5~10cm处,,由里向外注浆,在注浆时保持压力,缓慢地进行注浆,随水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出注浆管,并轻微的来回抽动注浆管或用锤击的方法,振动锚杆,保证注入砂浆密实,最后以锚杆孔口流出水泥浆为标准来确定注浆满孔,注浆注满后,用材料把孔口堵住,准备绑扎钢筋。
4.2.7.钢筋绑扎
框格防护的钢筋必须提前加工好,并分类堆放好,以便施工时方便取用。
所有钢筋应准确安设,当浇筑砼时,用支承将钢筋牢固地固定;钢筋应可靠地系紧在一起,不准在浇筑时安设或插入钢筋。
所有交叉点均应绑扎,如果钢筋间距小于30cm则可隔一个交叉点进行绑扎。
用于保证钢筋固定于正确位置的预制砼块,其配合比应和框格砼标号相同,同时,其设计还应避免砼浇筑时倾倒,用1.3mm直径的退火软铁丝预埋于垫块内以便与钢筋绑扎在一起。
框格内的钢筋,在浇筑砼前,必须进行报检,合格后方可进行浇筑。
4.2.8模板立设
模板安装应当与钢筋安装工作配合进行,妨碍钢筋绑扎的模板应待钢筋安装完毕后安设。
模板立设时,每块模板在立设前进行模板表面清理,保持板面平整。
安装时,模板加固尽量不与脚手架发生联系,以免在脚手架上运存材料和工人操作时引起模板变形。
为防止模板外移和凸出,模板用对称拉杆固定,并在外侧适当设立支撑固定。
模板安装完毕后,应保持位置准确,浇筑时,发现模板有超出允许偏差变形值的可能时,应及时修正。
模板安装完毕后,应对平面位置、顶部标高、节点联系及稳定性进行检查,报检后方可浇筑砼。
4.2.9混凝土浇注
砼采用强制式拌和机或滚筒搅拌机拌和,槽钢滑轨配合卷扬机(“爬山虎”)牵引输送混凝土,人工入模。
砼采用由下向上斜向分层浇注施工,每层厚度约20cm,采用机械振动局部人工布灰。
在拌合前,对砼拌和站进行全面检修,保证各个部分工作状态良好。
电子计量保证配料误差不超过规范允许误差。
拌和机必须按其铭牌规定转速运行,并保证足够的拌合时间,但也不应拌合过度。
具体拌合时间根据试验确定并符合规范要求。
同时,装载机上料也应及时、均匀。
混凝土浇筑完成后,及时安排人员进行抹平,约0.5~1小时后进行收光,收光后马上覆盖并洒水养生。
4.3施工关键控制技术
结合本工程高边坡防护工程实践,对锚杆框架梁防护施工的关键技术问题进行分析。
4.3.1造孔技术
造孔是锚固工程费用最高、控制工期的作业,因而是影响锚固工程经济效益的主要因数。
锚杆钻孔应满足设计要求的孔径、长度和倾角,采用适宜的钻孔方法确保精度,要使后续的杆体插入和注浆作业能顺利地进行。
一般要求如下:
①在钻机安放前,按照施工设计图采用经纬仪进行测量放线确定孔位以及锚孔方位角,并作出标记。
一般要求锚孔入口点水平方向误差不应大于50mm,垂直方向误差不应大于100mm。
②确定孔位后根据实际地层及钻孔方向选取适当的钻孔机具并确定机座水平定位和立轴倾角(即锚孔倾角),钻机立轴的倾角与钻孔的倾角应尽量相吻合,其允许的误差只能是岩心管倾角略大于立轴倾角,不允许有反向的偏差出现。
开孔后,尽量保持良好的钻进导向。
在钻进过程中根据实际地层变化情况,随时调整钻进参数,以防止造成孔斜偏差。
③在边坡锚固的钻孔过程中应注意岩芯的拾取,并尽量提高岩芯采取率,以求不断地准确地划分地层、确定不稳定岩土体厚度,判断断裂破碎带、滑移面、软弱结构面的位置和厚度,从而验证设计所依据的地勘资料,必要时修改设计。
钻进工程中遇到塌孔现象要及时处理,处理措施有三种:
(1)采用回转钻进方式,钻进遇到塌孔时可加入适当的粘土和水,造稠泥浆护孔,保证成孔的护壁效果。
钻孔完毕后,立即用高压风清除孔内残留物。
(2)在粘土护壁效果不明显时,也可采用水泥砂浆袋顶入孔中进行固结加固。
(3)、钻进过程中如遇到严重塌孔,应立即停止钻进,进行注浆固壁处理(注浆压力0.1~0.2MPa),注浆36小时后重新扫孔钻进。
4.3.2混凝土垂直高度大落差输送技术
山岭地区山势陡峭、高差大,常用的高边坡防护框格混凝土浇注输送常规方法为砼罐车运送、输送泵泵送入模的方式。
但一般框格砼浇注方量小,作业面宽,而单点浇注作业时间长又不能形成流水作业,使用这些机械设备不能充分发挥它们的优势,造成成本昂贵、极不经济合算。
结合框架梁施工的这些特点,我们采用槽钢滑轨,与卷扬机相结合牵引爬坡(俗称“爬山虎”)实现高大落差运输,然后人工布料到框格模内。
实行这种输送方式,具有投入成本低、装拆方便、运送快捷等优点。
4.4施工组织安排
4.4.1施工机械设备
单个作业面施工机具配置:
水泥砂浆搅拌机1个,注浆泵一台,潜孔钻机一台,120KW发电机一台,同时配备抽水泵一台。
4.4.2人员
每台潜孔钻机操作人员4人,现场施工记录员1人,水泥砂浆制备人员2人;司泵人员1人;发电机操作人员1人。
5锚杆框架梁高边坡防护施工质量控制
5.1.锚杆施工质量控制
1、锚杆材质检查:
确保每批锚杆材料均附有生产厂商的质量证明书,并按施工图纸规定的材质标准以及要求抽检锚杆性能;
2、注浆密实度试验:
选取与现场锚杆的锚杆直径和长度、锚孔孔径和倾斜
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