麻 煒

(中國路橋工程有限責任公司， 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段位于巴基斯坦北部地區(qū)，是亞洲公路4號線的重要組成部分，也是巴基斯坦公路網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)，路線右側為山體斜坡地貌，斜坡大面積基巖裸露，路線左側發(fā)育一河流，地形切割較強烈，地勢陡峭，總體呈北東高南西低。

2 設計方案選定

2.1 工程難點

舊路改造段長約70m，原路線以半填半挖形式通過，左側為老擋墻，下邊坡較陡，坡腳為房屋及河流。老擋墻為重力式漿砌結構，墻高19m。調查發(fā)現擋墻處邊坡高陡，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)，基礎承載力達不到設計要求。如果按原擋墻結構進行改造，需增加2 m深的擴大基礎，則總墻高將超過21m，將面臨以下難題： ① 超高超重的漿砌結構坐落于河谷邊坡上，難以保證墻體穩(wěn)定和結構安全；② 擴大基礎占地將超過原征地紅線，需額外征地并征拆緊鄰紅線的當地房屋，此程序要向巴方公路局申請聯合多部門重新啟動，耗時不可估計； ③ 施工地點附近片石極其缺乏，工程經濟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，經過分析地質狀況，考慮到當地征地難、拆遷難、片石緊缺的實際問題，現場提出幾種方案： ① 半邊橋方案； ② 樁板墻方案； ③ 錨索肋板墻方案。半邊橋方案在技術上安全、可靠，但建設費用較高；樁板墻方案技術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構，作業(yè)面小、結構強度高、穩(wěn)定性好但技術要求較高，國內運用少。

經過比較，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構，此處為下擋式結構，具有一定的挑戰(zhàn)性。

2.3 穩(wěn)定性計算

2.3.1計算工況

選取主剖面進行計算，結合實際情況，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)降雨狀態(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安全系數選擇

考慮巴基斯坦當地地震影響，對病害工點采用天然狀態(tài)下1.20、暴雨狀態(tài)下1.15、地震狀態(tài)下1.10的設防安全系數。

2.3.3計算參數確定

穩(wěn)定性計算公式中需要確定的指標有：填土的容重γ、粘聚力c和內摩擦角φ。填料土體的強度指標主要通過參照巴基斯坦北部地區(qū)類似地層經驗數據及土工試驗綜合確定。計算中取天然容重為20.0kN/m3，飽和容重為21.0kN/m3，天然狀態(tài)粘聚力c值為5～10kPa，內摩擦角φ值為25°～32°，路面車輛荷載為25kPa。根據上述填土界面抗剪強度指標值，對路基的穩(wěn)定性進行驗算。

2.3.4計算結果

選取K177+650斷面，采用填土界面為折線形模型的傳遞系數法，3種工況下的計算結果如表1。經計算確定該路基的剩余下滑力為607kN/m。

表1 K177+650斷面穩(wěn)定性計算結果工況穩(wěn)定系數下滑推力/ (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 設計方案確定

以K177+650斷面左側為例(見圖1)：采用坡率為1∶0.2，每級坡高8.5m的2級錨索肋板墻防護，且兩級肋板墻間設置2m寬的硬化平臺。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)點處設錨索，每片框架布設3排6孔6束φ15.2 mm錨索，錨索傾角25°，錨索長度為20～25m，錨固段長10m，錨索孔φ130mm，砂漿強度為M30，錨索設計荷載為600kN，鎖定荷載為480kN。

采用該結構后，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，下擋式肋板墻部分錨索自由端施工前暴露在空氣中，需要通過后填土來補缺。如果先實施墻背回填，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施回填，無填土支撐的肋板墻必定要內傾，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 回填過程產生的土壓力勢必將錨索壓彎、扭曲甚至割傷，后期張拉時錨索會被逐漸拉直，導致鋼絞線松弛，肋板墻可能因土壓力而外傾，甚至折斷，導致工程失??； ③ 肋板墻回填土最高達18 m，預防工后沉降不可忽視。因此必須提出與該工程特點匹配的全新施工工藝，才能確保錨索肋板墻施工安全，降低人員設備的作業(yè)風險。

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系，相互作用方能形成一個穩(wěn)定可靠的結構體系，去掉任何一方，結構就會失效[2-4]。一次性澆筑、回填、張拉8.5m高的肋板墻無法實現，現將肋板墻劃分成小單元分段作業(yè)，進行回填、澆筑、張拉等工序，在最下1級單元完成施工并穩(wěn)定后，按相同工序進行第2個、第3個單元作業(yè)，3種工序交替循環(huán)直至整個肋板墻施工完成。壓實、張拉全程在肋板墻內側作業(yè)，墻體充當了臨邊防護設施，這種墻背回填、肋板墻澆筑、錨索張拉施工交替循環(huán)進行的工藝被稱之為“填錨拉”交替工藝。將“填錨拉” 交替工藝化繁為簡，通過小單元內部相互嵌鎖，各單元步步自鎖達到整體結構穩(wěn)定，解決了常規(guī)錨索施工無法實施的難題，同時保障了作業(yè)人員和設備的安全。

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級澆筑完成且混凝土強度達到90%時將錨索在錨頭處鎖定，然后進行第2級的墻背回填壓實及錨索施工，直到整個8.5m高肋板墻回填完成。第1級整體肋板墻澆筑完成后，留2m寬碎落臺，隨后按同樣步驟進行第2級肋板墻的施工。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”技術創(chuàng)新

“套管錨索”施工技術實施程序： ① 回填基坑到鉆孔位置，形成一個平整的作業(yè)平臺，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，鋼套管按照設計角度架設，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 套管錨索技術效用示意

套管區(qū)域的墻背回填要嚴格控制填土厚度，選用性能好的均質填料，采用人工輔助小型機械方法對鋼套管周圍碾壓密實，套管為錨索在新填土中創(chuàng)造了一個牢靠的密閉空間，等效于巖體中的鉆孔，錨索不會因回填施工而擠壓變形；張拉時，填土端錨索能夠自由舒展達到設計拉力，后期不會產生回彈松弛的現象，補注漿作業(yè)能夠充滿整個套管空間，漿液不會外漏。通過采用“套管錨索”技術，下擋式肋板墻回填、注漿、張拉等工序作業(yè)得以正常進行，套管錨索技術效用示意見圖3。

肋板墻分級回填張拉流程：第1級肋板墻砼強度達到設計強度的90%時先進行進行錨索鎖定(不張拉)，隨后按要求分層回填，待回填至墻頂碾壓完成后，進行第1次張拉：分3級進行，張拉強度分別為設計強度的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級回填土穩(wěn)定不再變化后，方可進行第2次張拉:分2級進行，張拉強度分別為設計強度的100%、110%。以此類推，各單元在完成初張拉、回填土徹底穩(wěn)定后，進行再次張拉，從下到上逐步完成2層12級共17m高整個錨索肋板墻回填、張拉。

3.3 沉降預防綜合處治

肋板墻回填過程中采取了填挖交界面設置臺階并補注漿、增設土工格柵、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 新老路基結合面處按照寬度2～3 m、高度1.5 m、內向縱坡4%進行挖設臺階； ② 路床頂以下1.5 m，填挖交界面兩側6 m范圍內，每30 cm鋪設一層土工格柵，共5層； ③ 新填路基路床頂以下3 m范圍內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埋管徑5 cm的PVC壓漿管，待整個墻背回填完畢后，統(tǒng)一進行水泥漿補注作業(yè)。

圖4 墻背回填沉降預防綜合處治措施示意

4 方案效果檢驗

4.1 肋板墻錨索張拉效果檢驗

為驗證“套管錨索”技術應用下肋板墻錨索張拉效果，選取了位于小樁號側的第2級1#、2#肋板張拉數據進行分析，錨索長為20m，設計伸長量(100%)為63.5mm。由實際張拉記錄表得出，1#、2#肋板的張拉伸長量除第1級(25%)基本匹配設計值外，其余均普遍小于設計伸長量，最后1級(110%)的伸長量為5～6cm，與設計值相差約1cm。經分析，肋板墻墻背回填時產生的土壓力會通過肋板傳遞到錨具再傳遞到錨索，這相當于給錨索施加了一定的初始拉力，致使錨索提前拉緊、伸長，因此在正式張拉階段，鋼絞線在設計張拉力下的伸長量小于設計值符合實際情況，可以認為錨索張拉效果已經達到設計要求，肋板墻穩(wěn)定可靠。

4.2 沉降預防綜合處治措施效果驗證

為檢驗沉降預防綜合處治措施的實際效果，肋板墻回填至路基頂標高后，在墻身設置7個觀測點，同時在靠近肋板墻行車區(qū)道域設置3個觀測點，按照初始頻率每天檢測1次，趨于穩(wěn)定后每4d檢測一次，分別對2組觀測點做了為期1個月和3周的觀測。

墻身觀測點共計觀測20次，最后2次觀測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，按設計要求可以判定穩(wěn)定，至此累計最大偏位13mm，累計最大沉降量34mm；在完成了護欄、邊溝、底基層、基層、ATB施工后，布設行車道觀測點，共計觀測12次，期間開放當地交通，允許社會車輛自然碾壓回填區(qū)域，最后2次觀測單期位移變化率不大于1mm/d，單期沉降變化率不大于2mm/d，至此累計最大偏位8mm，累計最大沉降量26mm。

經嚴格審查沉降觀測記錄并對現場實地考察后，設計方、監(jiān)理方均判定肋板墻墻體及回填區(qū)域已基本穩(wěn)定，無需再進行觀測，可以實施中、上面層施工。

5 結論

1) 下擋式錨索肋板墻具有輕型支擋結構的優(yōu)點，能保證路基防護的穩(wěn)定性和安全性，應用于舊路改造項目時，減少了對原地基的擾動和工后沉降，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)工藝進行施工的難題，并保障了作業(yè)人員和設備的安全。

3) “套管錨索”技術解決了下擋式肋板墻中錨索無法定位拉直和受墻背回填被擠壓損壞的兩大技術難題，經后期檢驗，鋼絞線保護完好，注漿、張拉實施無礙。

4) 肋板墻鋼絞線伸長量會比理論值偏小1～2cm，約占設計伸長量15%～30%，施工工藝、回填方法不同，結果會有相應偏差。

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

下擋式錨索肋板墻施工方案相對復雜且施工精度要求高，在國內高速路及市政路工程上較少運用。KKH二期項目大膽嘗試，在施工中不斷探索研究，通過工藝創(chuàng)新、技術創(chuàng)新、改進作業(yè)方法、嚴格執(zhí)行施工程序攻克了眾多工程難題，順利完成了施工任務，節(jié)省了工程造價，縮短了工期，充分發(fā)揮了該技術方案的優(yōu)越性，為類似工程技術應用推廣積累了寶貴經驗。