鐘仕林,陳 亮,劉繼康,何彥廷
(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責(zé)任公司,四川 成都 610080)
邊坡是自然或人工形成的斜坡,在建筑工程建設(shè)中是常見的類型。邊坡失穩(wěn)塌滑是三大地質(zhì)災(zāi)害(洪水、地震、崩塌滑坡泥石流)中較嚴(yán)重的災(zāi)害,它不僅會(huì)導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失,還會(huì)威脅到人們的生命安全。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)快速增長(zhǎng),許多行業(yè)如水利、交通、礦山等工程項(xiàng)目都需要考慮邊坡的安全性。為了減少由于邊坡不穩(wěn)定導(dǎo)致的損失,必須正確地了解和處理這些問題。當(dāng)前,邊坡治理的主要手段包括:抗滑樁、錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、土釘支撐、掛網(wǎng)噴混凝土等技術(shù)。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際情況著重對(duì)掛網(wǎng)噴混凝土法進(jìn)行分析研究[1]。
四川盆地鐵山坡氣田飛仙關(guān)組氣藏的開發(fā)和利用,是一個(gè)重要的工程,它的規(guī)模為400×104m3/d,設(shè)有6座井場(chǎng)(包含3座與集氣站合建)、1座集氣站、10口開采井、1套集氣裝置、1座監(jiān)控閥室和1座進(jìn)廠截?cái)嚅y室,旨在為四川省萬源市的氣田提供更多的可用氣源,從而實(shí)現(xiàn)氣田的可持續(xù)利用。設(shè)2列200×104m3/d主體裝置脫水、脫硫、硫黃回收、尾氣處理工藝裝置對(duì)來自內(nèi)部集輸系統(tǒng)的原料天然氣進(jìn)行處理,以及配套的公用工程和輔助生產(chǎn)設(shè)施。
老路為混凝土路面,混凝土面層厚度為20 cm,路基寬4.0 m~4.5 m,老路彎多坡陡,局部路段排水不暢,存在沉陷病害。不能滿足天然氣凈化廠建設(shè)及運(yùn)營(yíng)需要,急需進(jìn)行平縱線型優(yōu)化及拓寬改造。改擴(kuò)建道路總長(zhǎng)6.426 km,其中進(jìn)廠道路一長(zhǎng)5.906 km,進(jìn)廠道路二0.52 km。局部道路斜坡較陡,巖體和土體松散,施工時(shí)容易誘發(fā)斜坡失穩(wěn);部分地段邊坡內(nèi)側(cè)多為基巖出露,局部見危巖體,可能造成崩塌地質(zhì)災(zāi)害等。高邊坡指土質(zhì)邊坡高度大于20 m、小于100 m或者巖質(zhì)邊坡高度大于30 m、小于100 m。為加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工安全管理,將10 m以上的邊坡施工設(shè)為高邊坡施工來進(jìn)行管理。
道路工程所涉及的高邊坡土石方施工段有難易之分,有的安全隱患較大,應(yīng)根據(jù)各施工段實(shí)際情況按以下五項(xiàng)原則靈活制定施工部署原則[2-3]。
1)高邊坡分段開挖,從上而下分層開挖,每層開挖深度控制在2.5 m~3 m。2)先做好安全防護(hù)措施,再進(jìn)行施工。3)先做好保證道路通暢措施,再進(jìn)行施工。4)在開挖高邊坡時(shí),為了滿足操作工藝的要求,需要將坡面縱向放坡成臺(tái)階形,并先采用機(jī)械修坡,然后再進(jìn)行人工修坡,以確保坡面線不超挖。5)在施工過程中,應(yīng)該充分利用“時(shí)空效應(yīng)”來提高土體的穩(wěn)定性。
在施工段所涉道路兩端適當(dāng)位置設(shè)置錯(cuò)車道,便于放行車隊(duì)錯(cuò)車。為保證車輛通行順暢,應(yīng)該計(jì)劃在標(biāo)段范圍內(nèi)設(shè)置錯(cuò)車道。參考錯(cuò)車道計(jì)劃每300 m設(shè)置一個(gè),錯(cuò)車道寬3.5 m。
在施工段所涉道路兩端錯(cuò)車道處,安排交通指揮員進(jìn)行值守,防止行人車輛闖入施工區(qū)域。待施工暫停、邊坡穩(wěn)定、現(xiàn)場(chǎng)施工員允許放行后,對(duì)行人車輛有序放行。
在高邊坡開挖段下方的滾石區(qū)域周邊設(shè)置3個(gè)觀察點(diǎn),每個(gè)觀察點(diǎn)派駐一個(gè)觀察人員,防止有群眾誤入滾石區(qū)域內(nèi)。
在進(jìn)行土石方開挖時(shí),為減小邊坡垮塌風(fēng)險(xiǎn),可以采用兩種形式進(jìn)行解決:一是針對(duì)邊坡高度小于20 m,將采取放緩邊坡上部坡度,修建機(jī)械作業(yè)平臺(tái)供挖掘機(jī)行走的方式解決。二是針對(duì)邊坡高度大于20 m,挖掘機(jī)無法對(duì)高處土石方進(jìn)行開挖的情況,應(yīng)該在該坡段側(cè)面修筑一條施工便道,使挖掘機(jī)能夠上到坡頂進(jìn)行開挖,如圖1所示。
其中針對(duì)邊坡高度大于20 m的高邊坡段采用以下措施:由挖掘機(jī)在征地紅線內(nèi)側(cè)開辟一條機(jī)械施工便道通往山體頂部,并在山體頂部修建一處作業(yè)平臺(tái)。在機(jī)械施工便道內(nèi)側(cè)開挖一條溝槽,作為土石方通道用。使用機(jī)械作業(yè)平臺(tái)往下開挖,安排另一臺(tái)挖掘機(jī)將開挖出的土石方沿土石方通道往下輸送。土石方盡量不經(jīng)過待開挖面滾落。開挖中如遇大塊石料,使用挖掘機(jī)進(jìn)行破碎后,經(jīng)由土石方通道往下輸送。待機(jī)械施工便道內(nèi)側(cè)邊坡開挖到約2 m高后,由人工配合機(jī)械對(duì)邊坡進(jìn)行修整。重復(fù)上述步驟,直至該處土石方開挖完畢[4]。
在工程道路施工中,為擴(kuò)寬道路,可以設(shè)計(jì)道路橫斷面適當(dāng)?shù)穆穳q、半堤半塹形式。在進(jìn)行上述路段的土石方開挖時(shí),為減小邊坡垮塌風(fēng)險(xiǎn),可以采用以下3種方式進(jìn)行防護(hù):
1)開挖邊坡前,須開挖臨時(shí)截水溝以防止匯水對(duì)邊坡的侵蝕。2)防護(hù)圍欄用彩鋼瓦、竹跳板或者鋼絲網(wǎng)、腳手架鋼管搭設(shè),高2.2 m。同時(shí)對(duì)于高邊坡開挖段采取半封閉施工,挖機(jī)施工作業(yè)時(shí)在每個(gè)高邊坡開挖的施工點(diǎn)、施工段的兩端設(shè)置警示標(biāo)志,并安排交通疏導(dǎo)員指揮交通。交通疏導(dǎo)員同現(xiàn)場(chǎng)施工員、安全員充分溝通,待機(jī)械暫停工作、坡面穩(wěn)定安全后,對(duì)車輛行人予以有序放行,對(duì)因施工導(dǎo)致的路面浮土,要進(jìn)行清掃、沖洗,防止車輛行人打滑。對(duì)于開挖后的松散土及時(shí)進(jìn)行清運(yùn),松散土堆放高度不能超過3 m。3)對(duì)于有水泥防護(hù)墩的道路路段,采用沙袋或者土袋堆滿水泥防護(hù)墩的縫隙并固定妥當(dāng)來作為防護(hù)措施[5]。
為了確保路塹邊坡的穩(wěn)定性和安全性,必須密切關(guān)注其坡頂、坡面以及其他各種情況。將派出專門的人員對(duì)高處的邊坡進(jìn)行檢查,并密切關(guān)注其是否存在明顯的滑動(dòng)或裂縫。在每次開挖之前,都會(huì)對(duì)其進(jìn)行坡面和坡頂?shù)臋z查,以檢測(cè)它們的穩(wěn)定性,并盡快采取相應(yīng)的措施來解決問題,以確保整個(gè)項(xiàng)目的順利完成。
1)作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行崗前檢查,做好風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及措施落實(shí)。2)在開挖區(qū)域兩端設(shè)置“注意落石,觀察通過”“前方施工,注意安全”等警示牌。3)在開挖區(qū)域原有路面兩側(cè)設(shè)置路錐,標(biāo)示出道路邊線,并每天派人清掃現(xiàn)有道路路面浮土。4)每日施工作業(yè)完成都應(yīng)進(jìn)行場(chǎng)地清理,把挖出的土石方進(jìn)行收整,把裸露松散的坡面進(jìn)行清理,路邊設(shè)置錐桶或隔離警示帶。5)對(duì)當(dāng)前作業(yè)面進(jìn)行雨后巡查,加強(qiáng)排危工作。
為了確保安全,將對(duì)設(shè)備操作人員進(jìn)行培訓(xùn),提高他們的安全意識(shí)。同時(shí),嚴(yán)格禁止在不符合要求的工作場(chǎng)所進(jìn)行作業(yè)。例如,在橋梁、涵洞、堤壩和其他建筑物上進(jìn)行作業(yè)時(shí),必須確保它們具有足夠的承載能力,并且作業(yè)通道和工作面的坡度不得超過工程機(jī)械的最大限度。
高邊坡防護(hù)的施工主要由以下工序組成:定位放線→樹木砍伐→修筑便道→高邊坡危石排?!鷵鯄ζ鲋鷴炀W(wǎng)噴混凝土。
現(xiàn)場(chǎng)按需求在空曠的地方架設(shè)rtk基準(zhǔn)站,由于是道路工程,場(chǎng)地受限,架在兩端不能測(cè)全段數(shù)據(jù),將基站架在營(yíng)地接口處。設(shè)備架設(shè)完畢后,只需帶著移動(dòng)站到校準(zhǔn)點(diǎn),對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行校正。
測(cè)量點(diǎn)分布在60°的斜坡上面,距離地面高度30 m~60 m,首次只能測(cè)量大致位置,待樹木砍伐及修筑便道開挖完成后再進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。
伐樹范圍為放線范圍。在伐樹之前,應(yīng)該徹底清除周圍的雜草和藤蔓,并仔細(xì)檢查是否有馬蜂窩,如果發(fā)現(xiàn)有可疑的危險(xiǎn),應(yīng)立即采取有效的安全措施。為了確保安全,在樹木倒塌的一側(cè)應(yīng)該安裝一根足夠長(zhǎng)的控制繩,并且在樹木下方及其周圍設(shè)置專人監(jiān)督,禁止任何人員停留,以免造成人員傷害。
由于高邊坡高度過高,且坡度陡峭,不能進(jìn)行正常的挖方,需修建一條便道通往山頂,自上而下開挖。挖掘機(jī)所需寬度為5 m,直接在山體上開挖5 m便道必定造成超挖,因此,必須斷道施工,將挖出的塊石堆在原路面,組成便道的一部分,待上方挖方完畢后再清理下方的巖石。
經(jīng)過對(duì)實(shí)際工程的考察后,得知將道路邊坡的巖石開挖至設(shè)計(jì)位置時(shí),其穩(wěn)定性受到影響,并存在安全隱患,導(dǎo)致部分巖石再次發(fā)生塌落,嚴(yán)重威脅到交通的安全。此外,對(duì)于垮塌的危石仍需要進(jìn)行處理,其位于道路的右側(cè)方向,高度為60 m,斜度坡率為1∶0.75,地貌為頁(yè)巖,土質(zhì)的特性是松散和薄弱的,且基巖裸露于表層。另外,山體坡面有浮石、孤石,傾于土體表面。
由于入口道路右側(cè)上方的危石(次堅(jiān)石)具有極高的安全風(fēng)險(xiǎn),為了確保施工人員、行人和車輛的安全,必須采取有效的措施,包括但不限于對(duì)危石的徹底檢查、徹底清理和采取有效的安全防護(hù)措施。采取有效措施來減少不必要的損失,并且要對(duì)高邊坡懸石進(jìn)行全面檢查、清理和預(yù)防,以確保安全。
根據(jù)邊坡坡面傾角度數(shù),對(duì)危石處理施工擬采用人工懸吊對(duì)危石進(jìn)行破碎的作業(yè)方式進(jìn)行。在坡面上方尋找胸徑大于15 cm的樹木作為安全繩掛點(diǎn),并做好標(biāo)記。作為掛點(diǎn)的樹木須有兩排,系掛安全繩時(shí),一根安全繩串聯(lián)系掛在前后兩排的掛點(diǎn)樹木上。如坡面上方?jīng)]有適合樹木的,在坡面上方距離大于5 m位置安裝錨桿。錨桿為φ22 mm鋼釬,反斜打入巖土中,釬桿必須穩(wěn)定牢固。每個(gè)錨點(diǎn)最多只能系掛一根安全繩。吊繩采用φ18 mm尼龍材質(zhì)多層編制登山繩,長(zhǎng)度必須覆蓋整個(gè)坡面。人員穿戴懸吊專用安全帶,采用自鎖緩降器固定在吊繩上。每人必須固定在2根吊繩上(1根工作繩、1根安全繩)。
作業(yè)前進(jìn)行人員入場(chǎng)安全教育培訓(xùn)、安全交底、工藝工種技術(shù)交底,讓作業(yè)人員明確本崗位的危險(xiǎn)因素、控制措施以及質(zhì)量保障方法。
對(duì)危石進(jìn)行破碎前,將雙絞六邊形網(wǎng)(GA/2.0/50×60/2.25×9.2)和腳手架管通過吊繩運(yùn)到指定位置,采用人工進(jìn)行安裝被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)預(yù)計(jì)100 m2,以防破碎危石時(shí)大量石屑掉落。確保登高人員都正確佩戴了安全帶,所有安全繩都固定到安全位置。作業(yè)人員利用吊繩到達(dá)安全防護(hù)設(shè)置位置安裝被動(dòng)防護(hù)網(wǎng),移動(dòng)到危石位置,然后用電鎬對(duì)危石進(jìn)行破碎作業(yè)。對(duì)危石進(jìn)行破碎時(shí),將機(jī)具固定在吊繩上,每臺(tái)機(jī)具配1根吊繩。其他施工機(jī)具或者材料通過吊繩從坡底上提至施工點(diǎn)。施工前,再次現(xiàn)場(chǎng)踏勘,了解現(xiàn)場(chǎng)是否已具備作業(yè)面,作業(yè)面是否具備操作條件,專人進(jìn)行觀察,是否對(duì)未開挖的坡面有所擾動(dòng)。破碎出來的次堅(jiān)石采取人工背運(yùn)的方式,運(yùn)送至指定地點(diǎn),運(yùn)距100 m。
矮墻基礎(chǔ)基于巖石地基上,確定定位位置。根據(jù)實(shí)際情況,將矮墻的高度調(diào)整到3 m,埋深調(diào)整到1.25 m,使用C20混凝土澆筑。每隔10 m~15 m處安裝一道變形縫,將瀝青混凝土覆蓋到建筑的內(nèi)、頂、外3個(gè)方向,覆蓋的厚度調(diào)整到10 cm~20 cm。另外,每隔2 m~3 m處安裝一道排水口,如圖2所示。
在進(jìn)行土方開挖的過程中,鋼筋作業(yè)班組開始錨桿、鋼筋網(wǎng)的制作,錨桿的材料應(yīng)為φ18的螺紋鋼筋,并且不允許焊接,以防止銹蝕和損壞現(xiàn)象產(chǎn)生[6]。
1)打孔錨桿。錨桿用于固定鋼筋網(wǎng),縱橫間距為2 m,錨固長(zhǎng)度2 m和5 m。邊坡坡面修整完以后布置普通錨桿孔位進(jìn)行鉆孔。為更好地控制鉆井過程,其選擇50 mm的普通錨桿,并采用斜孔的形式。使用氣腿式風(fēng)鉆,這樣可以避開巖石的裂縫和脆弱的地面,更加順利地完成鉆井。另外選擇了無水干鉆的技術(shù),這樣可以避免對(duì)周圍的鉆井工作造成影響。為提高灌漿的效果,需要對(duì)鉆孔的精度進(jìn)行嚴(yán)格的管理,要求每個(gè)鉆孔的尺寸都要小于20 mm,并且要求每個(gè)鉆孔的直徑都要不小于設(shè)計(jì)直徑的101%,以確保灌漿充分。此外,還要求每個(gè)鉆孔的方向與設(shè)計(jì)角度偏差精度都要達(dá)到1°以內(nèi),并且每個(gè)鉆孔的速度都要低于2%,且勻速鉆進(jìn),以防止出現(xiàn)彎曲或變形,造成下錨困難。鉆孔深度應(yīng)高于相應(yīng)的設(shè)計(jì)深度,其預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔應(yīng)高于鉆孔深度,應(yīng)達(dá)到30 cm~50 cm以上。鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,不能立即停鉆,必須在停止進(jìn)尺的情況下,穩(wěn)鉆1 min~2 min,防止孔底端部尖滅,以達(dá)到設(shè)計(jì)錨固直徑。
孔壁不得有黏土或粉砂滯留,必須清洗干凈,成孔用壓縮空氣清渣,以保證注漿和錨桿能下到預(yù)定深度。將錨桿平順、緩緩?fù)扑椭量椎?注漿管距孔底距離一般為10 cm,注漿材料為M30水泥砂漿,水灰質(zhì)量比0.4~0.5。注漿采用孔底壓力注漿,壓力在0.2 MPa~0.4 MPa,隨砂漿的注入勻速爬出注漿管,注漿完后靜置待凝,要求單根錨桿注漿由孔底至孔口一次完成,不得間斷,注漿必須飽滿、充分,注漿漿液初凝前用完,孔口漿液初凝后須補(bǔ)漿[7-8]。
采用φ2.5普通鍍鋅鐵絲網(wǎng)在φ6.5的圓鋼框條架上編制好200 cm×200 cm的鋼筋網(wǎng)。依托錨桿頭掛焊φ2.5預(yù)制鋼筋網(wǎng)逐點(diǎn)焊牢,同時(shí)邊敲擊筋條提盒巖棉凹凸起伏,保持平順。
2)混凝土準(zhǔn)備。按照當(dāng)?shù)刭|(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)的要求配合比進(jìn)行,同時(shí)應(yīng)滿足下列要求:必須保證混凝土向上噴射到指定的厚度,并且回彈最少,從而確保建筑物的質(zhì)量;在4 h~8 h的強(qiáng)度內(nèi),應(yīng)使其具有能控制變形的能力;使用適宜的速凝劑滿足其可噴性和早期強(qiáng)度,從而使建筑物的早期強(qiáng)度達(dá)到28 d強(qiáng)度、有良好的耐久性、回彈量少、不發(fā)生堵管。
水灰比的選擇和使用對(duì)于提升澆筑水泥的性能有著極其重要的意義,所以,在施工時(shí),必須確保其符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),以避免發(fā)生任何不良后果。通常,當(dāng)噴射混凝土表層發(fā)生流淌、滑移、拉裂等狀態(tài)時(shí),表明水灰比過大;而當(dāng)噴射混凝土表層發(fā)生干斑、灰塵較多、反應(yīng)較快時(shí),表明水灰比過小。通過改善混凝土表面的平整度和光澤,減少粉塵和回彈量,從而避免噴射混凝土強(qiáng)度的下降,并增加回彈量。
3)掛網(wǎng)噴漿混凝土?,F(xiàn)場(chǎng)混凝土標(biāo)號(hào)為C25,噴射厚度為0.1 m。針對(duì)不同的地質(zhì)環(huán)境、墻體的厚薄以及斷層的特征,應(yīng)該在掛網(wǎng)噴漿混凝土表層之間,以10 m的間距設(shè)置一道伸縮縫,其縫寬的間距一般介于20 mm~30 mm之間,而且要將瀝青麻絮填入其間。
2 d之內(nèi),錨桿應(yīng)該安裝完畢,可以按照?qǐng)D3的方式進(jìn)行安裝。當(dāng)安裝鋼筋結(jié)構(gòu)時(shí),首先要確保它們與錨桿保持垂直,并使它們牢固地固定,鋼筋接頭為搭接焊。安裝鋼筋結(jié)構(gòu)的步驟是:首先從一側(cè)的頂部開始,按照施工順序安裝,從拱腳一端到達(dá)另一端,采用直鉤連接的方式,來提高掛設(shè)效率。
噴射混凝土是借助噴射機(jī)械,采用空氣壓縮方式,包括水泥、砂、碎石和其他外摻劑按一定配合比拌合。再通過管道輸送,并以高速噴射到受噴面上凝結(jié)硬化成一層混凝土,現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)如圖4所示。本加固工程使用干噴法(將干料拌合后送至噴頭與水混合,再噴到受噴面上的一種方法),具有適應(yīng)性強(qiáng)、場(chǎng)地需求小、操作方便等優(yōu)勢(shì)。
通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)噴嘴處的風(fēng)壓保持在0.1 MPa~0.2 MPa的范圍內(nèi),可以有效地控制回彈量。然而,在施工過程中,由于壓送距離的變化,需要根據(jù)噴射的情況和易粘附性來進(jìn)行調(diào)整,以確保最佳的施工效果[9-10]。當(dāng)風(fēng)力變化時(shí),無論是過強(qiáng)還是過弱,都會(huì)使回彈量顯著提高。
要想達(dá)到理想的噴射混凝土質(zhì)量,噴水嘴的水壓應(yīng)當(dāng)處于0.1 MPa~0.15 MPa的適宜范圍,同時(shí),噴射作業(yè)區(qū)的系統(tǒng)水壓也應(yīng)當(dāng)高于0.4 MPa,這樣噴射混凝土效果最好。若水壓不足,則可能造成干燥物質(zhì)的不均勻滲透,從而使表層產(chǎn)生粗糙的砂粒,并伴隨著較多的粉塵,其回彈量增加、強(qiáng)度降低;當(dāng)水壓超出正常范圍時(shí),噴射混凝土將無法完全凝結(jié),可能出現(xiàn)“淌流”現(xiàn)象,從而導(dǎo)致其出現(xiàn)下垂甚至脫落。
噴射的距離對(duì)混凝土的性能和彈性有著至關(guān)重要的作用。若距離過遠(yuǎn),則會(huì)導(dǎo)致混凝土的回彈量增加,從而密實(shí)度降低,其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也會(huì)減小;反之,若距離過近,則會(huì)使回彈率上升,甚至可能傷害噴射人員。當(dāng)風(fēng)力適宜時(shí),噴嘴與被噴物之間的最佳距離一般在0.8 m~1.5 m之間,以獲得最佳的效果。
當(dāng)使用噴槍來處理光滑的表面時(shí),噴槍的口徑必須保持和表面的水平。如果表面上覆蓋著鋼筋,那么噴槍的口徑就需要盡量接近表面,并且要略微傾斜一些,這樣才能達(dá)到良好的抓取和拋棄的效果。
隨著全國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展,質(zhì)量水平的不斷提升以及環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日益增強(qiáng),掛網(wǎng)噴混凝土技術(shù)因其經(jīng)濟(jì)、可靠、施工方便、變形小等顯著優(yōu)勢(shì),已被廣泛應(yīng)用于巖土工程領(lǐng)域。因此,施工過程中必須將理論與實(shí)踐相結(jié)合,嚴(yán)格控制每一個(gè)工序,確保質(zhì)量,以期達(dá)到施工順利進(jìn)行、效益持續(xù)提升的目標(biāo)。