王國豐

（貴州路橋集團有限公司，貴州 貴陽 550018）

1 工程概況

1.1 六枝特大橋9#主墩概況

納晴高速六枝特大橋采用六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度為100km/h，單幅橋面寬度為16.55m。主橋為（166+3×320+166）m=1292m 預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆空腹式連續(xù)剛構(gòu)橋，主墩為6～9 #橋墩，主墩（承臺頂至下弦根部） 的高度分別為163m、145m、163m、106（91）m，均為雙肢變截面空心薄壁墩。9#主墩左右幅承臺為獨立式階梯布置，承臺尺寸均為36m×15.75m×6.5m（長×寬×高），兩幅承臺高差8.5m（左幅高），單個承臺群樁數(shù)量為17 根，樁徑?3.1m，橫橋向6×5×6（根）布置，樁基礎(chǔ)均采用鉆（挖）孔灌注樁。

1.2 六枝特大橋9#墩工程地質(zhì)條件

六枝特大橋9#主墩左側(cè)邊坡表層為含玄武巖碎塊石、碎石15%～25%土層，厚度約2.0～5.0m，下伏較破碎狀中風(fēng)化穩(wěn)定玄武巖，巖層產(chǎn)狀：47∠68°，還發(fā)育有2 組方向性和規(guī)律性極強的結(jié)構(gòu)面：Ll：325∠72°；L2：208∠31°，為張性節(jié)理，主要的節(jié)理產(chǎn)狀均較陡，貫通性較差。L2 是影響主墩岸坡穩(wěn)定性的主要節(jié)理，是構(gòu)成卸荷裂隙的主要節(jié)理，但從地表調(diào)查及物探結(jié)果來看，節(jié)理橫向、垂向發(fā)育較淺、貫通性差。主墩處山體下部近坡腳處，自然坡體穩(wěn)定，總體為較陡傾順向坡結(jié)構(gòu)，距臨江臨空面較遠(yuǎn)，主墩處坡體是穩(wěn)定的。主要考慮施工場地及基坑開挖的仰坡及邊坡穩(wěn)定性問題，尤其是南側(cè)仰坡坑壁斷面巖層易發(fā)生順流面層（強風(fēng)化與中風(fēng)化界面）滑塌，需要進(jìn)行支擋防護(hù)，原設(shè)計支擋防護(hù)形式為11 根抗滑樁。

2 六枝特大橋9#墩左側(cè)邊坡支擋防護(hù)設(shè)計

2.1 設(shè)計目的

納晴高速六枝特大橋9#主墩左幅左側(cè)邊坡原設(shè)計采用11 根抗滑樁支擋防護(hù)，除5#抗滑樁斷面尺寸為3×3m外，其余10根抗滑樁斷面尺寸為2×3m，左幅主墩群樁施工前需先施工完抗滑樁，完成對左側(cè)邊坡的支擋，左側(cè)邊坡在抗滑樁支擋下，再在邊坡上開挖17 根樁徑?3.1m 的群樁樁基。由于11 根抗滑樁需分多輪次進(jìn)行開挖與澆筑作業(yè)，施工時長較長，左右幅工期相差最短為60d，按與業(yè)主簽訂合同，計劃進(jìn)度嚴(yán)重滯后，也將影響整個橋梁的總體工期。因此，為了盡快啟動左幅群樁樁基施工，現(xiàn)擬在左側(cè)邊坡口增加微型鋼管樁臨時防護(hù)（微型鋼管樁具有適應(yīng)性強、施工靈活、快速等特點，預(yù)計1 個月可施工完），以達(dá)到快速完成對左側(cè)邊坡支擋的目的，保證主墩群樁樁基施工安全，群樁樁基施工完成后再按原設(shè)計施工抗滑樁。

2.2 設(shè)計內(nèi)容及步驟

2.2.1 邊坡穩(wěn)定性計算

9#主墩左側(cè)邊坡穩(wěn)定性分析計算采用圓弧法進(jìn)行驗算，由計算得出的結(jié)果設(shè)計相應(yīng)的微型鋼管樁支擋措施，保證左側(cè)邊坡在左幅群樁施工平臺及群樁開挖過程中的安全。

（1）確定滑動面

結(jié)合9#墩左側(cè)邊坡斷面劃分圖，將左側(cè)邊坡劃分為Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ，Ⅳ-Ⅳ，Ⅴ-Ⅴ共5 個斷面，并對每個斷面進(jìn)行現(xiàn)場實測。Ⅰ-Ⅰ斷面，Ⅱ-Ⅱ斷面因坡高較矮，原設(shè)計為擋墻防護(hù)，故本次邊坡穩(wěn)定性驗算以Ⅲ-Ⅲ斷面，Ⅳ-Ⅳ斷面，Ⅴ-Ⅴ斷面進(jìn)行。各斷面滑動面按照4.5H法確定[1]，厚度按單位厚度1m取值。

（2）剩余下滑力計算

邊坡穩(wěn)定性計算采用畢肖普圓弧法計算下滑力，計算公式見式（1）：

式中：En為第n個條塊的剩余下滑力（kN/m）；K為安全系數(shù)，本次計算取1.2；Wi為第i塊重量（kN）；ai為第i個條塊所在折線段滑面的傾角（°）；?i為第i個條塊滑面上的內(nèi)摩擦角（°）；Li為第i個條塊分段的弧長度（m）；Ci為第i個條塊填土黏結(jié)力（kPa）。

根據(jù)地勘資料及現(xiàn)場邊坡開挖情況分析，此次計算的巖體容重取γ=20kN/m3，黏聚力C值取20kPa，內(nèi)摩擦角?值取11°。

由計算公式及塊段劃分，計算出剩余下滑力En值。3個斷面剩余下滑力計算結(jié)果，Ⅲ-Ⅲ斷面En=465kN/m，Ⅳ-Ⅳ斷面En=579kN/m，Ⅴ-Ⅴ斷面En=1091kN/m，可以看出，Ⅴ-Ⅴ斷面的剩余下滑力最大，故以該斷面剩余下滑力作為邊坡支擋防護(hù)設(shè)計荷載值。

2.2.2 微型鋼管樁臨時加固設(shè)計計算

（1）邊坡支擋防護(hù)設(shè)計方案擬定

由邊坡下滑力計算結(jié)果En=1091kN/m，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)研究成果及類似工程成功經(jīng)驗，擬采用空間鋼架微型鋼管樁體系布置形式對邊坡進(jìn)行臨時支擋防護(hù)，群樁數(shù)量及布置間距通過計算確定。為了提高安全系數(shù)，本次計算不考慮1#、3#、5#抗滑樁提供的抗力，邊坡下滑力全部以微型鋼管樁承受。

支護(hù)體系雖然采用空間鋼架微型鋼管樁布置形式，但坡體內(nèi)的每根鋼管樁卻是各自獨立的，即支擋坡體下滑的作用表現(xiàn)為每根獨立微型鋼管樁所能貢獻(xiàn)的最大抗力。這種抗力主要由兩部分組成，一部分是阻止巖土體下滑的抗剪力；另一部分是微型鋼管樁在荷載作用下發(fā)生彎曲變形而抵抗巖土體下滑的抗力。實際工程中不允許鋼管樁發(fā)生過大變形，否則樁已發(fā)生破壞。因此，樁發(fā)生彎曲變形提供的抗力通過計算顯示較小，本次設(shè)計不考慮該部分抗力。所以確定單根微型鋼管樁所能提供的最大抗力是微型鋼管樁設(shè)計的重要內(nèi)容[2]。

（2）單根微型鋼管樁抗力計算

單根微型鋼管樁構(gòu)造采用?114mm壁厚5mm的普通鋼管，將固定在一起的3根?32mmHRB400鋼筋放入鋼管內(nèi)，微型樁成孔直徑為?150mm，再對孔內(nèi)注漿使之固結(jié)形成一根樁徑?150mm的微型鋼管樁。單根微型鋼管樁提供的抗力主要由兩部分組成：一是管內(nèi)3根?32mmHRB400鋼筋，二是管內(nèi)混凝土（?114mm壁厚5mm鋼管彎曲變形提供的抗力本次設(shè)計不計入，作為安全儲備）。

微型鋼管樁的截面積是A，樁的材料的許用抗剪強度是[τ]，那么微型鋼管樁阻止滑體沿滑面滑動的抗剪力R=A[τ][3]，由此可計算管內(nèi)鋼筋及混凝土提供的抗力。

①3 根?32 螺紋鋼筋的斷面積Ag=24.12cm2，許用剪應(yīng)力[τg]=600kgf/cm2。由此可得出 3 根?32 螺紋鋼筋所能提供的最大抗力R1為：

②鋼筋混凝土微型鋼管樁的斷面積Ac=177cm2（孔徑150mm 截面積），混凝土的[τc]=60kgf/cm2?；炷聊芴峁┑目辜袅2為：

綜上，單根微型鋼管樁所能提供的主要抗力R=R1+R2=236kN。

通過分析計算，單根微型鋼管樁能夠提供236kN的抗力，且主要是承受抗剪力。本邊坡表層為含玄武巖碎石塊土，下伏較破碎狀中風(fēng)化玄武巖，巖層易沿強風(fēng)化表層與中風(fēng)化下層交界面發(fā)生滑塌，雖然微型鋼管樁在強風(fēng)化與中風(fēng)化交界面處提供了較大的剪力，但是坡體內(nèi)發(fā)生較大的相對變形也可能使邊坡失穩(wěn)。因此對于此類坡體內(nèi)可能出現(xiàn)較大變形時，需控制微型鋼管樁樁頂?shù)奈灰疲拍苁刮⑿弯摴軜兜目辜袅Ω玫匕l(fā)揮作用。鑒于此，本邊坡微型鋼管樁樁頂采用樁帽將每單元微型鋼管群樁連起來的布置形式，使樁與樁相互作用來控制樁頂位移[4]。

（3）單元微型鋼管樁布置數(shù)量及間距

①每個單元組合樁數(shù)量確定。通過以上計算，單根微型鋼管樁能夠提供236kN 的抗力，邊坡下滑力為1 091kN/m，因此，將微型鋼管樁按照數(shù)個單元沿邊坡走向布置，每個單元組合樁數(shù)量n按式（3）確定：

式中：T為邊坡剩余下滑力；R為單根微型鋼管樁抗滑力；K為安全系數(shù)，本次計算取2.5。

每單元組合樁布置12 根鋼管樁，采用3×4（橫向4列，縱向3排）的布置形式。

②每單元組合樁縱、橫向間距確定。目前對微型鋼管樁的間距尚無成熟的計算方法，結(jié)合工程實踐經(jīng)驗及本邊坡實際地質(zhì)情況為強—中風(fēng)化玄武巖，頂板連接式組合樁縱向間距采用0.5m，橫向間距采用0.6m，頂板厚1.2m。

③確定單元組合樁之間間距。單元組合樁之間的距離應(yīng)保證兩單元中間土體不被擠出，避免造成坡體失穩(wěn)，確定樁間距的方法有很多，如塑性體受阻的繞流法和土拱效應(yīng)法[5]，本次邊坡加固設(shè)計作為施工期間對坡體的臨時防護(hù)，作用時間短，考慮鋼管樁注漿固結(jié)范圍，結(jié)合原設(shè)計抗滑樁布置間距，為了便于施工，將組合樁間凈距布置為3.6m。

④根據(jù)Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ斷面確定的滑面深度，微型鋼管樁滑面以上懸臂最長9m，滑面以下樁長按照懸臂長度3/5 控制，且應(yīng)嵌入中風(fēng)化玄武巖4m 深度，避免因錨固深度不足導(dǎo)致微型鋼管樁支擋體系失效。

2.3 六枝特大橋9#主墩左側(cè)邊坡臨時支擋設(shè)計方案

通過以上計算分析，快速支擋施工方案采用微型鋼管樁結(jié)合抗滑樁對邊坡進(jìn)行防護(hù)，先進(jìn)行原設(shè)計的1#、3#、5#、7#抗滑樁施工，同時在原來的2#、4#、6#抗滑樁位置周邊設(shè)置微型樁，預(yù)留抗滑樁樁位，先以兩種防護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合的方式進(jìn)行邊坡的臨時防護(hù)，防護(hù)施工完成后，進(jìn)行9#墩左幅樁基與承臺施工，待承臺施工完成后，再進(jìn)行2#、4#、6#抗滑樁施工。微型鋼管樁作為邊坡臨時防護(hù)，用于主墩基礎(chǔ)施工過程階段的防護(hù)，其永久防護(hù)仍然為抗滑樁防護(hù)。

微型鋼管樁共布置6 個單元，每單元12 根鋼管樁，單元間距3.6m，單元與單元之間預(yù)留原設(shè)計2#、4#、6#抗滑樁施工位置。施工順序：1#、3#、5#、7#抗滑樁（同步進(jìn)行微樁施工）→左幅樁基群樁平臺開挖→主墩左幅樁基、承臺施工→2#、4#、6#抗滑樁施工。

3 微型鋼管樁施工

3.1 施工工藝流程

鉆機平臺找平、搭設(shè)→測量放線確定樁位點→鉆機就位→成孔及清孔→鋼筋籠、注漿管制作及安裝→水泥漿制備→孔內(nèi)注漿→成樁檢測

3.2 微型鋼管樁施工要點

3.2.1 鉆機平臺施工

鑒于9#墩左側(cè)邊坡較陡，為確保施工安全，微型樁施工采用人工挖平臺（各單元微型樁頂平臺成階梯形），平臺寬度不小于2.5m，滿足鉆機施工支撐架要求，平臺之間采用人工挖臺階上下。

3.2.2 成孔及清孔

采用空壓機帶動潛孔鉆干式成孔，巖質(zhì)較好的可以一次成孔，鉆進(jìn)時遇到坍孔、卡鉆等現(xiàn)象要慎重，每鉆進(jìn)1m 要退鉆，若卡鉆太頻繁，需要注漿后再鉆，保證鉆孔成孔質(zhì)量較好。剛開始鉆進(jìn)時，需保持低速低壓，在成孔5m 以上后可根據(jù)地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆速及風(fēng)壓。每單元微型樁成孔采用跳孔施工、間歇施工等措施來進(jìn)行處理。

用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭進(jìn)行反復(fù)掃孔，清除浮渣，確保孔徑、孔深符合要求，防止堵孔，用高壓風(fēng)從孔底向孔口清理鉆渣，成孔后孔內(nèi)虛渣不得大于50mm。

3.2.3 鋼管注漿孔制作

鋼管至樁頂1.7m 以下范圍內(nèi)每隔50cm 梅花形布置出漿孔（以左幅承臺底標(biāo)高為界，上、下1.5m 范圍內(nèi)不開孔），出漿孔直徑15mm，鋼管下放前用透明膠帶封孔（防止相鄰樁位漿液滲透堵塞注漿孔）。

3.2.4 鋼筋籠、注漿管安裝

（1）鋼筋籠主筋采用鋼套筒連接，3 根主筋采用鐵絲綁扎，鋼筋籠安裝時應(yīng)安裝鋼筋支架，以確保周正及保護(hù)層厚度。

（2）鋼筋籠制作時需同時安裝注漿管，注漿管選用20mm 高抗壓注漿軟管，連接位置采用專用連接套，管底密封，綁扎在鋼筋籠內(nèi)，與鋼筋籠一起沉放到鉆孔內(nèi)，注漿管管底距孔底0.5m；出漿管在孔口位置焊接在小圓狀鋼板上，再將小圓鋼板與孔口處焊接密封，出漿管上安裝閘閥及壓力表。

3 結(jié)語

根據(jù)設(shè)計方案，現(xiàn)場先組織1#、3#、5#、7#抗滑樁施工，同時微型鋼管樁開始搭設(shè)施工作業(yè)平臺。微型鋼管樁采用2 臺鉆機同時施工，每臺鉆機每天可成2孔，現(xiàn)場鉆孔用時20d（設(shè)備進(jìn)場用時2d），注漿用時15d，1#、3#、5#、7#抗滑樁及6 個單元微型鋼管樁（共72 根）施工時長共計35d，節(jié)約工期55d。該快速支擋設(shè)計措施既達(dá)到了邊坡防護(hù)的目的又保證了施工安全，同時也保證了大橋的施工工期，取得了良好的社會、經(jīng)濟效益，可推廣應(yīng)用于搶險救災(zāi)、需搶抓工期的臨時支擋防護(hù)工程中。