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施工技术


2005 年 6 月 第二期 总第 98 期

《华南港工》
South China Harbour Engineering

Jun.,2005 Total 98,No.2

目 录
●施工技术 浅谈加筋土挡墙施工???????????????????????????? 凌永东(3) 预应力锚杆(锚

索)在高速公路高边坡防护中的应用???????王广生 李俊勇 宋红峰(7) 客土喷播植草施工浅析???????????????????????吴 浩 伍伟军(13) 浅谈山体滑坡的防治方法??????????????????李俊勇 周盛初 王广生(16) 广州科学城珠吉路隧道深基坑支护浅谈????????????????????喻建伟(21) 水荷载预压法在高速公路软基处理中的应用??????????????????陈 智(27) 深层袋装砂井在软基处理中的施工技术及质量控制???????李鹏举 陈 智 黄国忠(31) 浅谈混凝土的泌水及其质量控制???????????????????周翰斌 吴小晗(34) ●试验研究 港工桩基嵌岩锚杆受力特性的现场试验研究??????????????蔡苏荣 姚 三(37) 预应力孔道灌浆高性能浆体的试验研究????????????????周翰斌 卢任贵(40) 水下混凝土在广东高明大桥扩建工程中的现场应用试验?王迎飞 卢任贵 李 波 王胜年(44) 桥梁、小型结构物单板受力的破坏原理分析??????????周盛初 李俊勇 王广生(48) ●工程管理 山区高速公路施工的工程变更及二次经营???????????????周盛初 王广生(50) 浅谈嵌岩桩在港口工程的应用及设计阶段工程造价的控制????????????徐烈毅(53) 三标合一综合管理体系审核思路???????????????????????詹志佶(56) ●单位简介 中港四航局第一工程公司简介???????????????????????????(60) ●封面彩照 封1 封2 封3 封4 由四航局一公司施工的河龙高速公路第 4 标段工程 四航局一公司施工的河龙高速公路第 4 标段工程照片 四航局一公司施工的高速公路工程照片 广东省河龙高速公路第 4 标段工程

照片由中港四航局周陆军、王广生提供

责任编辑:何卓文 郑韶真 电子信箱:e604@gzpcc.com 邮政编码:510230 电话:020-84412019-5504 传真:84447883 地址:广州市前进路 157 号《华南港工》编辑部

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Contents

● Construction Technology A Discussion on the Construction of Reinforced Retaining Soil Wall?? LING Yong-dong(3) The Application of Prestressing Anchor Bar (Anchor Wire Rope) in High Side Slope Protection of Expressway Project????????? WANG Guang-sheng,LI Jun-yong, SONG Hong-feng(7)

Foreign Soil Praying and Planting??.????????????? WU Hao, WU Wei-jun (13) A Discussion on Remedy Measures to Mountainous Landslide?????????????? ?????????????????? LI Jun-yong,ZHOU Sheng-chu,WANG Guang-sheng (16) A Discussion on Deep Foundation Pit Support of Zhuji Road Tunnel in Guangzhou Science City ????????????????????????????????????YU Jian-wei(21) Application of Water Preloading in Soft Ground Treatment of Expressway????CHEN Zhi(27) Construction Technology and Quality Control of Deep Sand Bag Well for Soft Ground Treatment ?????????????????????? LI Peng-ju, CHEN Zhi, HUANG Guo-zhong(31) A Discussion of Concrete Bleeding and Its Quality Control??ZHOU Han-bin, WU Xiao-han(34) ● Test and Research Site Test Study on Mechanical Characteristic for Anchors in Piles of Harbor Engineering ????????????????????????????????CAI Su-rong,YAO San(37) Test and Research on High Performance Mortar for Grouting Into Prestressing Hole ??????????????????????????????ZHOU Han-bin, LU Ren-gui(40) Site Application Test of Underwater Concrete for Expansion Project of Gaomin Bridge ????????????????????WANG Ying-fei, LU Ren-gui, WANG Sheng-nian(44) An Analysis on Destructive Theory of One-way Slab for Bridges and Small Structures?? ????????????????????ZHOU Sheng-chu, Jun-yong, LI WANG Guang-sheng(48) ● Construction Management Project Change and Second Phase Management of Expressway Construction in Hilly Area ????????????????????????ZHOU Sheng-chu, WANG Guang-sheng(50)

Cost Control in Design Stage for Socketed Piles Used in Harbor Engineering??XU Lie-yi(53) Thought of One General Managing System for Three Contracts???????? ZHAN Zhi-ji(56) ● Unit Introduction An Introduction of the First Construction Company of the Fourth Harbor Engineering Bureau ?????????????????????????????????????????(60)

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● 施工技术

浅谈加筋土挡墙施工
凌永东
(中港四航局第一工程公司, 广东 广州 510500)

摘 要:本文介绍了加筋土挡墙的施工工艺、技术要点、土工格栅的铺设及该结构的优点。 关键词:加筋土挡墙;高强土工格栅;填料;施工技术 A Discussion on The Construction of Reinforced Retaining Soil Wall LING Yong-dong (The first construction company of the fourth harbor engineering bureau, Guangzhou 510500,China) Abstract:The paper introduced the construction technology and technical particulars of reinforced retaining soil wall, the placing of geogrid and its advantages. Key words:reinforced retaining soil wall; high strength geogrid;filler; construction technology 1 前言 随着公路建设的高速发展, 针对山区公路建设中深挖 高填路基处理的关键技术问题,研究技术先进可靠、造价 经济、施工快速、有利环保的新型实用成套技术,已是一 个急需解决的紧迫课题。 为了适应广东省公路建设的技术 需要,提高公路建设的科技含量,保护山区生态环境,尽 量减少占用宝贵的土地资源,节约工程投资,加快工程建 设进度, 广东省路桥建设发展有限公司结合河龙高速公路 建设,联合重庆交通学院、广东省公路勘察规划设计院和 中港四航局一公司(注:中港四航局一公司负责施工和配 合现场测试工作) ,对“山区公路高填方加筋陡坡及环境 保护技术”项目进行系统开发研究。该项目研究拟通过室 内系列模型试验研究、理论分析和在 K29+307~KI29+353 段加筋土挡墙进行现场典型结构原型试验研究, 总结出一 套比较系统的高强土工合成材料加筋陡坡路基以及山区 公路环境保护的设计、施工成套技术,为山区建设高等级 公路探索出新的支护技术和环境保护技术。 本项目研究的是新材料、新技术和新工艺的应用,解 决的关键技术问题主要有: (1) 高强土工合成材料加筋陡坡的筋—土相互作用 机理; (2) 高强土工合成材料加筋陡坡的计算方法以及可 靠度分析; 型式。 本项目研究的技术方案如下: (1) 进行室内系统实验: 在实验室沙槽中对广东山区 常见填土在不同布筋方式(包括层数、层间距、加筋材料 规格、网格间距等) 、在不同荷载作用下进行系列试验, 研究加筋陡坡和加筋地基的承载、变形、稳定性以及加筋 材料的受力特性等的变化规律。 (2) 进行理论计算分析: 建立筋—土共同工作的弹塑 性变形模型及筋—土界面的应力迁移修正模型, 进行数值 计算和理论分析, 并与室内实验结果和现场实验结果进行 对比。 (3) 进行现场试验: 在河龙高速公路段中选取 46m 进 行高强土工合成材料加筋陡坡现场试验测试, 并与室内实 验和数值计算结果进行对比分析。 (4) 进行加筋结构的可靠度分析: 根据实验室试验及 现场试验的大量资料、现场施工检测的大量资料,进行加 筋结构基本变量的概率模型统计分析,计算模型统计分 析,内部稳定性和外部稳定性统计分析,得到各种抗力和 各种荷载的分项安全系数。为下一步与《公路工程结构可 靠度统一标准》相配套的路基设计规范制定提供基础资 料。 (5) 结合工程总结施工工艺和质量控制标准: 根据室 内实验和数值计算结果, 借鉴加筋土挡墙施工经验和质量 控制标准, 提出高强土工合成材料加筋陡坡和加筋路基的 施工要点和质量控制要点,结合现场实验和检测,及时修
收稿日期:2005-05-10 作者简介:凌永东(1971-) ,男,工程师,从事路桥施工及管理工作。

(3) 高强土工合成材料加筋陡坡新型环保护面结构

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正、完善施工方法、程序、控制要点。并通过柳城至热水 路段的施工, 总结出一套比较系统的加筋陡坡的施工方法 和质量控制标准。 (6) 高强土工合成材料加筋陡坡路基设计施工成套 技术总结:对上述研究成果进行全面、系统地总结,提出 高强土工合成材料加筋陡坡设计施工成套技术。 编写出相 应的设计施工指南。 2 工程概况和技术要求 2.1 工程概况 本段路堤挡墙为新型结构试验段, 位于广东省河龙高 速公路,起点桩号为 K29+307,终点桩号为 K29+353,全 长46m 共分三段: ( 分别为15m、 和16m)墙高在10.37~ 15m , 11.37m 之间。 结构采用阶梯路肩式加筋陡坡结构, 分阶高 度 3m,台阶宽度 1m。基础置于基岩上或老粘土层上(满 足承载力要求) ,现浇混凝土条形基础,预制安装钢筋混 凝土空心墙面块体(长×厚×高为 99.4cm×60cm×49cm 和 49.4cm×60cm×49cm) ;加筋材料采用防老化CAT钢 塑复合土工格栅 (从基础顶面算起 5m 高度以内为 25cm 每 层、5m 高度以上为 50cm 每层,格栅长度为 8m) ;填料就 近采用砾石土。每个台阶顶利用空心墙面块体进行绿化, 种植藤蔓植物或灌木等。加筋土挡墙结构见图 1。该项目 为省交通厅的试验科研项目, 施工过程委托重庆交通学院 做加筋土的水平压力、竖向压力、筋带拉力、面板变位的 项目的测试。 2.2 技术要求 (1)地基容许承载力: ]=350~700kPa; [δ (2)加筋土填料:容重γ =20.00kN/m3,内摩擦角θ ≥ 30°,压实度 95%以上; (3)加筋材料:高强土工格栅极限强度 Tu=120kN/m, 破断伸长率δ ≤8%, 横向强度不低于 40kN/m; 破断伸长率 δ ≤2%时,格栅纵向强度 T≥40kN/m。 3 现场测试方案 (1)测试断面布置:共3个,即:K29+300、K29+315、 K29+340。 (2)测试内容:在施工过程及施工完成一年内各试验 断面各测试点的垂直土压力、水平土压力、格栅纵向肋条 的拉力、面板变位。 4 施工工艺及技术要点 加筋土是由筋带与填料成层交替铺设并紧密压实而 成的一种复合材料。 它不同于其它加固土的一个重要特征 是,土体的加固和内部的稳定性是通过筋带(土工格栅) 与填料之间的摩阻作用来体现的,因此,填料的压实和筋 带 (土工格栅) 的质量是保证加筋土工程安全使用的关键。 加筋土挡墙施工包括基底、基础、面板预制、面板安 装、填料压实、筋带施工、防排水等分项工程。其施工工 艺流程见图 2。 4.2 面板预制与安装 4.1 基础施工 基础施工的要点是: (1) 准确放样出基底的平面位置和设计标高; (2)当基底土为碎石土、砂性土、粘土等时,应整平 夯实,当基底土为未风化的岩石应将岩面凿成水平台阶 (台阶宽度不小于 50cm)基底承载力必须达到设计要求, , 否则对地基进行处理或扩大条形基础的受力面 (本段加筋 土挡墙的基底承载力只有 200~220kPa,采取换填砂和扩 大基础的方法) ; (3)基础浇筑应严格控制其顶面标高。 图 2 加筋土挡墙施工工艺流程框图

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4.2.1 面板预制 该段挡土墙面板有两种规格(长×厚×高为 99.4cm ×60cm×49cm 和 49.4cm×60cm×49cm) ,重量分别为 336kg 和 203kg,因构件尺寸较小,其尺寸易于控制。 4.2.2 面板安装 面板安装前必须经过严格的检查,凡边长误差大于 5mm、对角线误差大于 7mm 或残损的块体禁止使用。 (1)第一层面板安装: ①在清洁的条形基础顶面上,准确画出面板外缘线, 曲线部位应加密控制点; ②在确定的外缘线上定点,然后进行水平测量; ③安装时用低强度砂浆砌筑调平, 同层相邻面板水平 误差不大于 10mm,轴线偏差每 20m 不大于 10mm; ④按要求的垂直度、坡度挂线安装,安装缝不大于 10mm; ⑤根据面板的重量和安装高度采用人工和汽车吊安 装就位,安装时单块面板向内倾斜度 1/100~1/200; ⑥待与该层块体顶面高程的土工格栅铺设完成、 其上 填料压实后,格栅在墙面块体内回折、拉直拉紧格栅、填 土,并用木杵夯实。 (2)以后各层面板安装: ①沿面板纵向每 5m 间距设标桩,每层安装时用垂球 或挂线核对,每三层面板安装完毕均应测量标高和轴线, 其允许偏移量与第一层相同。 ②为防止相邻面板错位,可用夹木螺栓固定,水平误 差用软木条或低强度砂浆调整, 水平及倾斜的误差应逐层 调整,不得将误差累积后,再行总调整。不得在未完成填 土作业的面板上安装上一层面板。 5 高强土工格栅铺设 高强土工格栅的铺设质量直接关系到加筋土效果的 发挥,其施工要点有: (1)高强土工格栅的强度必须经过试验达到设计要 求,试验的抗拉强度和延伸率分别由下式计算:

Ts ?

Pf B0

式中: 为抗拉强度, Ts kN/m; f 为测得的最大抗拉力, P kN; B0 为试样宽度,m。

?p ?

L1 ? L0 L0

程》 (JTJ051)的要求作标准击实试验,并作内摩擦角等 试验。以确保土工格栅与填料之间的摩阻力。而直剪摩擦 试验可确定土与土工织物之间的滑动阻力、 土工织物与土 工织物之间的滑动阻力。 水平剪切力和摩擦系数分别按下式计算: η = F / A 式中:η 为剪切力,kPa;F 为水平推力,kN;A 为试验盒 2 断面积,m 。 f = tgθ sg =η /ζ = F / P 式中:f 为土与土工织物之间的摩擦系数;θ sg 为土与土 工织物之间的界面摩擦角(°);ζ 为法向压应力,kPa;P 为法向压力,kN。 填料试验合格后方可用作加筋土挡墙填料。 填料施工 应注意以下几点: (1)首先填料的分层应根据加筋材料的竖向间距进 行分层摊铺和压实 (本段的格栅竖向间距为 25cm 和 50cm, 所以压实厚度取 25cm) ; (2)碾压前进行压实试验,根据碾压机械和填料性 质确定分层摊铺厚度、压实遍数以指导施工; (3)填料碾压时,含水量应控制在最佳含水量±2% 以内; (4)卸料时机具与面板距离不应小于 1.5m、机具不 得在未覆盖填料的筋带上行驶,并不得扰动下层筋带; (5)填料摊铺时厚度应均匀一致,表面平整,并设 3%~5%的横坡,用机械摊铺时,摊铺机械距面板不小于 1.5m,距面板 1.5m 范围内,用人工摊铺; (6)填料压实作业先从加筋材料中部开始,逐步碾 压至筋带尾部,再碾压靠近面板部位,面板内侧 1.0m 范 围内采用小型打夯机夯实、边角部位采用木杵夯实。 (7)压实度检测频度为:距面板 1.0m 范围外,每一 压实层每 500m2或 50m 不少于 3 个测点,距面板 1.0m 范 围内每一压实层每 100m 不少于 3 个测点,若小于上述规 定时仍取 3 个测点。 7 结束语 从现场测试结果来看, 土工格栅的拉力在设计允许范 围以内、面板变位在现行规范(标准)允许范围以内。土 体的水平、垂直方向承载力明显提高。加筋土挡墙作为一 种新型的施工比较方便,填料摊铺压实、加筋材料的铺设 只要严格按照施工规范操作就可以保证施工质量, 因此加 筋土挡墙施工要加强各道工序施工检测。 该项目与其它结 构相比,具有以下优点: (1)提出了兼有环境保护和生态保护功能的新型路 基结构; (2)新结构比传统的路基圬工支挡结构节约工程造 价 10%~20%; (3) 新结构比传统的路基圬工支挡结构提高工效 30% 以上; (4)新结构少占耕地(林地)约 10%~20%(与其它 路基结构形式比较) ; (5)环境协调,利于环境和生态保护; (6)可用新型加筋高路堤代替桥梁。 新材料、新技术和新工艺的应用和研究,必将推动加 筋土理论、设计计算的创新,加快加筋材料等相关产业的 发展,降低工程成本、更好地保护环境。

式中:ε p 为延伸率,%;L0 为试样的初始长度,mm; L1 为对应最大拉力时试样长度,mm。 按规定方法计算每组试样的抗拉强度、 延伸率及各模 量的平均值、标准差和变异系数; (2)下承层的高程和平整度必须符合设计要求(按± 3cm 控制) ; (3)格栅无皱折、土工格栅紧贴下承层(土工格栅 采用 U 型钉固定) ; (4)施工时防止填料的尖锐棱角直接压在格栅上; (5)避免格栅日光直接照晒防止老化。 6 填料采集、摊铺和压实 填料的质量、 压实度和平整度直接关系到加筋土工程 的质量。填料的采集前按交通部现行的《公路土工试验规

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预应力锚杆(锚索)在高速公路高边坡防护中的应用
王广生,李俊勇,宋红峰
(中港四航局第一工程公司, 广东 广州 510500) 摘 要:预应力锚杆(索)已经是高边坡防护工程中越来越重要的手段,结合河龙高速公路第 4 标段预应力锚杆(索)在高边 坡防护工程中的实践经验,介绍其施工工艺和施工注意事项。 关键词:预应力锚杆;高边坡防护;高速公路 The Application of Prestressing Anchor Bar (Anchor Wire Rope) in High Side Slope Protection of Expressway Project WANG Guang-sheng, LI Jun-yong, SONG Hong-feng (The first construction company of the fourth harbor engineering bureau, Guangzhou 510230,China) Abstract:Anchor bar (anchor wire rope) has become a widely used tool for high side slope protection. The construction method and particulars of anchor bar (anchor wire rope) are introduced by summarizing the construction experience of anchor bar (anchor wire rope) in high side slope protection in Section 4 of Helong expressway. Key words:prestressing anchor bar; high side slope protection;expressway 1 概述 在高速公路的高边坡工程中, 当山体潜在的滑体沿剪 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。为了保持边坡稳定,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 (索) 进行加固。 采用锚杆(索)加固高边坡,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 阻止山体位移。 由于这种技术大大减轻结构的自重、 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,因此目前在工程中得到极其广泛的应用。 最早使用 锚杆的是 1911 年美国矿山巷道支护中利用的岩石锚杆, 1934 年舍尔法坝采用了预应力锚杆 (索) 我国在 50 年代 。 开始应用岩石锚杆, 年代开始大量采用锚固技术, 60 特别 是在我国矿山巷道、铁路隧道、 公路隧道、 排水遂洞 等地下工程中大量采用普通粘结型锚杆与喷射混凝土支 护。近年来随着高速公路的迅猛发展,在公路边坡、大型 滑坡治理中更多采用预应力锚索加固技术。 2 锚杆的结构 锚杆主要由锚头、自由段和锚固段组成,如图 1 及图 2 所示。 (1)锚头:锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部 件,由垫墩、垫板、锚具、保护帽和外端锚筋组成。 (2)锚固段:锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部 分。锚固深度和长度应按照实际情况计算获取,要求能够 承受最大设计拉力。锚固段锚杆裸露,水泥浆体将其和山 体充分锚固在一起,为滑移面提供强大的拉力。 (3)自由段:将锚头拉力传至锚固段的中间区段, 由锚拉筋、防腐构造和注浆管组成。 (4)锚杆配件:为了保证锚杆受力合理、施工方便 而设置的部件,如定位支架、导向帽、架线环、架线环、 注浆塞等。 按是否预先施加应力分为预应力锚杆(索)和非预应 力锚杆(索) :非预应力锚杆是指锚杆锚固后不施加外力, 锚杆处于被动受载状态;非预应力锚杆通常采用Ⅱ、Ⅲ级 螺纹钢筋,锚头较简单,如板肋式锚杆挡墙、锚板护坡等 收稿日期:2005-04-19 作者简介:王广生 (1980-) 男, , 助理工程师, 从事桥梁、 高速公路施工技术管理。 结构中通常采用非预应力锚杆。 预应力锚杆是指锚杆锚固 后施加一定的外力,使锚杆处于主动受载状态;预应力锚

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杆在锚固工程中占有重要地位。 预应力锚杆的设计与施工 比非预应力锚杆复杂,其锚筋一般采用精轧螺纹钢筋(Φ 25mm~Φ 32mm)或钢绞线,目前在公路滑坡处治中广泛采 用预应力锚索加固技术。 3 锚杆(索)加固的应用 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:

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 4 所示。

k?

f (? N i ? PN ) ? ? ci Li
i ?1 i ?1

n

n

?T
i ?1

n

i

? PT

式中:Ni 是作用在第 i 条滑面上的法向力; 是作用在第 Ti i 条滑面上的切向力;ci 是第 i 条滑面上的粘聚力;Li 第 i 条滑面长度; 是锚杆锚固力沿滑面法向的分力; PN PT 是锚杆锚固力沿滑面切向的分力; 是滑面上的摩擦系数。 f 锚固边坡的稳定性分析示意图如图 3 所示。 在岩体中,由于岩石形状及软硬程度存在严重差异, 图 3 锚固边坡的稳定性分析示意图

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图4

锚杆增强岩石边坡的稳定性

锚杆在边坡加固中通常与其它支挡结构联合使用,例如: (1)锚杆与钢筋混凝土桩联合使用,构成钢筋混凝土 排桩式锚杆挡墙。排桩可以是钻孔桩、挖孔桩或劲性混凝土 桩,锚杆可以是预应力或非预应力锚杆,预应力锚杆材料多 采用钢绞线 (预应力锚索) 四级精轧螺纹钢 、 (预应力锚杆) 。 锚杆的数量根据边坡的高度及推力荷载可采用桩顶单锚点 作法和桩身多锚点作法。在边坡支护中排桩式锚杆挡墙主要 用于下列情况: ① 位于滑坡区域的边坡支护、路堑开挖造成的牵引式 滑坡或路堤引发的推力式滑坡、工程滑坡可能性较大的潜在 滑坡区域的边坡支护,在抗滑桩难以支挡边坡推力荷载时, 宜采用预应力锚索抗滑桩结构,如图 5 所示。

格架式锚杆挡墙,锚杆锚点设在格架结点上,锚杆可以是预 应力锚杆(索)或非预应力锚杆(索) 。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 6 所示。 图 6 钢筋混凝土格架式锚杆支护

(3)锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土 板肋式锚杆挡墙,这种结构主要用于直立开挖的Ⅲ、Ⅳ类岩 石边坡或土质边坡支护,一般采用自上而下的逆作法施工。 如图 7 所示。

图 5 滑坡处治中的预应力锚索抗滑桩结构 ② 边坡切坡后,由于外倾软弱结构面形成临空状楔 体塌滑可能性较大,造成危害性较大的边坡。 ③ 高度大于 12m、 稳定性较差的土层边坡, 此时由于 抗滑桩悬臂较长, 承受的弯矩过大, 为了防止抗滑桩破坏, 可采用单锚点或多锚点作法。 ④ 坡顶 0.5m 内有重要建筑物或较大荷载的Ⅲ、Ⅳ类岩 石边坡和土层边坡宜采用排桩式锚杆挡墙支护。 (2)锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土 图 7 钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙 (4)锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚 定板挡墙。这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡,如

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图 8 所示

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图 8 锚定板挡墙 (5)锚杆与钢筋混凝土面板联合使用形成锚板支护 结构,适用于岩石边坡。锚杆在边坡支护中主要承担岩石 压力,限制边坡侧向位移,而面板则用于限制岩石单块塌 落并保护岩体表面防止风化。 锚板可根据岩石类别采用现 浇板或挂网喷射混凝土层。 (6)锚钉加固边坡,在边坡中埋入段长而密的抗拉 构件与坡体形成复合体系,增强边坡的稳定性。这种方法 主要用于土质边坡和松散的岩石边坡,加固高度较小,多 用于临时边坡加固。 4 工程应用实例 4.1 工程概况 河龙第 4 标段为主线标,里程桩号为 K29+200~ K36+492.19,线路总长 7.27761km。 里程段内, 地势起伏较 大,有多处高边坡开挖及防护工程。 (1)K29+424~K29+769 线路左侧为 6 级高边破,路面 至坡顶最高距离为 61.08m。 防护形式:第 1 级坡面垂直 8m,坡率 1:0.5,锚杆框架 梁防护,孔径Φ 100mm,锚杆长 8m,间距 3m×3m;第 2、 3、 5 级单级垂直 10m, 4、 坡率 1: 0.75, 预应力锚索防护, 底梁支护。第 6 级坡面垂直 10m,坡率 1:0.75,底梁锚 杆防护。 该坡面非预应力锚杆 4488m, 预应力锚索 10604m; 该坡面预应力锚索孔径Φ 130mm,第 2、3 级锚索长度为 16m,锚固段为 6m,自由段 10m,间距 3.6m×3m;第 4、5 级锚索长度为 20m,锚固段 8m,间距 3.6m×3m。 (2)K30+120~K30+440 左侧 7 级高边坡,路面至坡顶 最高距离为 68m。 防护形式:第 1 级、第 6 级为非预应力锚杆框架梁防 护,第 1 级坡面垂直 8m,坡率 1:0.5,锚杆框架梁防护, 孔径Φ 100mm,锚杆长 15m,矩形布置,间距 3m×3m;第

6 级坡面垂直 10m,坡率 1:1,锚杆框架梁防护,孔径Φ 100mm,锚杆长 15m,矩形布置,间距 2m×2m。第 2、3、 4、5 级为预应力锚索防护,坡面垂直 10m,坡率 1:0.75, 锚索防护孔径Φ 130mm,该边坡地势陡峭,岩石破碎,属 土石边坡,上覆土层与下卧基岩有明显的界面,属高危边 坡,因此锚索锚固段必须穿过土层,深入岩基。第 2 级第 锚索长度为 18m,锚固段 8m,间距 3m×3m;第 3 级锚索 长度为 22m,锚固段 8m,间距 3m×3m;第 4 级锚索长度 为 25m,锚固段 9m,间距 3.6m×3m;第 5 级锚索长度为 27m, 锚固段 9m, 间距 3.6m×3m;该段非预应力锚杆 7875m, 预应力锚索 12213m。 (3)K31+120~K31+300 为 4 级高边坡,路面至坡顶最 高距离为 38m。 防护形式:第 1~3 级为非应力锚杆防护,第 4 级为 拱形骨架防护边坡,岩层走向及边坡开挖面反倾,但较破 碎,属较稳定边坡,属锚杆抗倾防护。 4.2 锚杆(索)施工 锚杆施工包括施工准备、成孔、锚杆制作与安装、注 浆、锚杆锁定与张拉等五个环节。 4.2.1 施工前的准备工作 施工前的准备工作包括施工前的调查和施工组织设 计两部分。施工前的调查是为施工组织设计提供必要资 料,其内容有: (1)设计图、锚固工程计划、边坡岩土形状等资料是 否齐全; (2)施工场地调查,施工对交通的影响情况; (3)施工用水、用电条件调查; (4)边坡工程周边可能对施工造成影响的各种状态调 查; (5)该工程紧靠东江,防止未净化的工程用水直接排 入江中; (6)掌握作业限制、环保法规或地方法令对施工造成 的影响; (7)其他条件的调查,如施工用便道、气象、安全等 条件。 在对上述内容作调查、并掌握详细资料后,应制定施 工组织设计,确定施工方法、施工程序、使用机械、工程 进度、质量管理和安全管理等事项。施工组织设计书包括 工程目的、工程概要、设计锚杆规格和锚固力要求、工程 进度、组织编制表、使用机械、临时设施、使用材料、作 业程序及人员配备、施工管理与质量控制计划、安全管理 计划、应交付工程验收的各 种技术资料、施工管理程序图表等 13 个方面的内容。 4.2.2 防护工程施工工艺 (1)成孔 准确放出各锚杆孔的位置,搭设脚手架,架装潜孔钻 机并稳固。用仪器测定钻机导向架的倾角(与水平面夹角 为 25°) ,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%。 为确保锚杆施工不至于使边坡地质条件恶化, 采用无 水干钻。钻进过程中如遇到严重塌孔,应立即停止钻进,

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进行注浆固壁处理(注浆压力 0.1~0.2MPa) ,注浆 36h 后重新扫孔钻进。 相邻锚杆施工方位调整平行,严格定向定位,钻机安 装牢固,钻孔口径为Φ 100mm。 钻孔采用回转钻进方式, 在钻进过程中高性能空气压 缩机不断送来高压风,将孔内碎物高压吹出。钻孔达到设 计深度后,继续超钻 20~50cm。 钻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素。 锚杆钻孔应满足设计 要求的孔径、 孔深和倾角, 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。 (2)锚杆制作与安装 在锚杆制作上,棒式锚杆的制作十分简单,一般首先 按要求的长度切割钢筋, 并在外露端加工成螺纹以便安装 螺母, 然后在杆体上每隔 1~3m 安放隔离件以使杆体在孔 中居中,最后对杆体按要求进行防腐处理,这样棒式锚杆 的制作便完成。而对于多股钢绞线的锚杆(如图 2 所示) 制作较复杂,其锚固段的钢绞线呈波浪形,自由段的钢绞 线必须进行严格的防腐处理。对于锚杆(索)总的要求如 下: ①严格按照设计进行钢筋(或钢绞线)选材。对进场 的钢筋或钢绞线必须验明其产地、生产日期、出厂日期、 型号,并核实生产厂家的资质证书及其各项力学性能指 标。同时须进行抽样检验,以确保其各项参数达到锚固施 工要求。对于预应力锚固结构,优先选用高应力、低松弛 的钢绞线,保证其与混凝土有足够的粘结力(握裹力),同 时应保证预应力损失后仍能 建立较高的预应力值。 ②严格按照设计长度进行下料。 对进场钢筋经检验达 到上述技术要求后,即可进行校直、除锈处理,然后,按 照施工设计长度进行断料, 其长度误差不应大于 50mm。 一

般实际长度应大于计算长度的 0.3~0.5m,但不可下得过 短,以致无法锁定或者给后续施工带来不便。 ③锚杆组装可在严格管理下由熟练人员在工地制作。 对于Ⅱ、Ⅲ级钢筋连接时宜采用对接焊或双面搭接焊连 接,焊接长度不应小于 8 倍钢筋直径;精轧螺纹钢筋采用 定型套筒连接。 锚杆自由段必须按照设计作防腐处理和定 位处理。 ④锚束放入钻孔之前,应检查孔道是否阻塞,查看孔 道是否清理干净,并检查锚索体的质量,确保锚束组装满 足设计要求。安放锚束时,应防止锚束扭压、弯曲, 注浆 管宜随锚体一同放入钻孔,注浆管端部距孔底宜为 50~ 100mm,锚束放入角度应与钻孔角度保持一致,在入孔过 程中,注意避免移动对中器,避免自由长度段无粘结护套 或防腐体系出现损伤。 锚束插入孔内深度不应小于锚束长 度的 95%。 (3)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 泥浆或水泥砂浆灌注,水泥砂浆的配合比、材料质量在很 大程度上决定了锚杆的粘结强度和防腐效果。 因此锚杆注 浆施工应当严格把握水泥砂浆质量、浆液性能、注浆工艺 以保证注浆质量。一般要求有: ①按设计规定选择水泥浆体材料。水泥标号选用 425 号的新鲜普通硅酸盐水泥,对进场水泥应复查力学性能。 搅拌浆液所用水中不含有影响水泥正常凝结、 硬化的有害 物质。 选用砂料的含泥量按重量计不得大于 3%, 砂中有害 物质(如云母、 轻物质、 有机物、 硫化物等)含量应低于 1%~ 2%, 砂的粒径以细砂(平均粒径小于 0.3mm)较好,但要求含 水量不应大于 3%。 如果在施工中砂粒径过大或者水泥砂浆 中放砂量过多, 在注浆过程中很容易导致注浆管堵塞。 外 加剂的品种与用量由试验确定, 一般情况下加速浆体凝固 的水玻璃掺量为 0.5%~3%; 提高浆液扩散能力和可泵性的 表面活性剂(或减水剂),如三乙醇胺等,其掺量为水泥用 量的 0.02%~0.05%。 ②注浆作业应连续紧凑,中途不得中断,使注浆工作 在初始注入的浆液仍具塑性的时间内完成;在注浆过程 中,边灌边提注浆管,保证注浆管管头插入浆液液面下 50~80cm,严禁将导管拔出浆液面,以免出现断杆事故。 实际注浆量不得少于设计锚索的理论计算量, 即注浆充盈 系数不得小于 1.0。 ③二次高压注浆形成连续球型锚杆的注浆还应注意: 一次常压注浆作业应从孔底开始,直至孔口溢出浆液;对 锚固体的二次高压注浆应在一次注浆形成的水泥结石体 强度达到 5.0MPa 时进行,注浆压力和注浆时间可根据锚 固体的体积确定,并分段依次由下至上进行。 (4)锚杆(索)的张拉与锁定 该锚索加固边坡防护采用高强度、低松弛钢绞线,钢绞线 标准强度为 Rby=1860MPa。 锚索张拉控制力为 520.8kN,超

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张拉 10%。锚杆的张拉,其目的就是要通过张拉设备使锚 杆杆体自由段产生弹性变形, 从而对锚固结构施加所需求 的预应力值。在张拉过程中应注重张拉设备选择、标定、 安装、张拉荷载分级、锁定荷载以及量测精度等方面的质 量控制,一般要求如下: ①张拉设备要根据锚杆体的材料和锁定力的大小进 行选择。选择时应考虑它的通用性能,从而使得它具备除 可能张拉配套锚具外, 还能张拉尽可能多的其他系列锚具 的通用性能,做到一项多用。

设计拉力的 10%~20%。 正式张拉荷载要分级逐步施加, 不 能一次加至锁定荷载。 分级施加荷载和观测变形的时间可 按表 1 执行。 表1 锚杆张拉荷载分级及观测时间表
观测时间(min) 砂质土 0.10 Nt 0.25 Nt 0.50 Nt 0.75 Nt l.00 Nt l.l0-l.20Nt 锁定荷载 5 5 5 5 5 10 10 粘牲土 5 5 5 5 10 15 10

张拉荷载分级

图 9 锚杆施工管理程序示意图 ②张拉前对张拉设备进行标定。对于 1000kN 以下的 千斤顶, 可用 2000kN 的压力机标定,标定的数据与理论值 误差应小于 2%。 ③安装锚夹具前,要对锚具进行逐个严格检查。锚具 安装必须与孔道对中,夹片安装要整齐,裂缝要均匀,理 顺注浆管后依次套入锚垫板、工作锚、限位板,在限位板 上用千斤顶预拉,每根预拉一定荷载后,再套入千斤顶、 工具锚、工具夹片等。 ④张拉前,必须待锚固段、承压台(或梁)等构件的混 凝土强度达到设计强度方能进行张拉, 同时必须把承压支 撑构件的面整平,将台座、锚具安装好,并保正和锚索轴 线方向垂直(误差<5°) 。 ⑤张拉应按一定程序和设计张拉速度 ( 一般为 40kN/min)进行。正式张拉前进行二次预张拉,张拉力为

注:Nt 为锚索设计拉力,即最终锁定荷载。 4.3.1 锚杆(索)的长期观测 锚杆施工完毕后, 为了掌握锚杆预应力损失情况和锚 杆的位移变化规律,以便确认锚杆的工作能力,需要对锚 杆进行长期观测, 一般连续观测时间超过 24h 就可看作是 长期观测。在观测结果过程中,如果发现锚杆的工作性能 较差或不能完全承担锚固力,可以根据观测结果,采用二 次张拉锚杆或增设锚杆数量等措施, 以保证边坡锚固工程 的可靠性。 锚杆预应力变化的可采用测力计, 测力计一般安装在 传力板和锚具之间并始终保持中心受荷。 由于锚杆张拉锁 定后头几个月预应力损失较大,一年后逐渐递减,两年后 预应力损失基本终止,趋于稳定状态。故张拉锁定后的长 期监控时间一般不得少于一年, 但如遇自然环境恶劣并对 边坡稳定性有较严重影响时,监控时间应适当延长。且每 个工点不得少于 3~5 个观测点。同时在混凝土浇筑过程 中应有专人对观测设施进行监护。 锚杆张拉锁定后第一个月内每日观测 1 次; 2~3 个月 内每周观测 1 次;4~6 个月内每月观测 3 次;7~12 个月 内每月观测 2 次; 个月以后每月观测 1 次。 12 在观测过程 中,如出现异常,应立即进行检查,处理完毕后,方能继 续观测。观测成果及时整理,第一年内的观测成果将作为 工程验收的资料。 5 结束语 河龙高速公路在高边坡防护工程中大量使用预应力 锚杆(索) ,较好的防止了高边坡不稳定岩层、土层的滑 移,对边坡的长期稳定提供了很好的保证。现在河龙高速 公路 4 标段锚杆(索)防护工程已经接近尾声,防护工程 在质量、进度、安全方面得到了业主、设计、监理等单位 的好评。 参考文献: [1] 中国工程建设标准化协会标准. CECS 22-90,土层 锚杆设计与施工规范[S],1991。 [2] 中华人民共和国行业标准. SL212-98,水工预应力 锚固设计规范[S],1998。 [3] 中华人民共和国国家标准. GB50086-2001,锚杆 喷射混凝土支护技术规范[S],2001。 [4] 中国岩土锚固工程协会.岩土锚固工程技术.北京: 人民交通出版社,1996 年。 [5] 程良奎等.岩土锚固 . 北京:中国建筑工业出 版社,2002。

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客土喷播植草施工浅析
吴 浩,伍伟军
(中港四航局第一工程公司, 广东 广州 510500)

摘 要:高速公路边坡采用客土喷播植草有利于国土绿化、水土保持及自然生态恢复。本文介绍客土喷播植草施工方法及客 土喷播植土护坡的优点。 关键词:客土;喷播;植草;施工方法

Foreign Soil Praying and Planting
WU Hao,WU Wei-jun
(The first construction company of the fourth harbor engineering bureau, Guangzhou 510500,China) Abstract:The side slope of expressway spayed with foreign soil and planted is good way for national planting, soil and water reservation, and recover of natural environment. This paper introduces the construction methods and advantages of spaying and planting on rocks. Key words:foreign soil;praying;planting;construction method 1 前言 山区高速公路路基的开挖形成大量的裸露边坡,对这些 边坡采取有效的加固防护、绿化复垦关系到整个路线的舒适 安全和环境保护,对自然生态的恢复起着重要作用。 梅州至河源高速公路第 10 标段位于粤东山区,全线共 有挖方边坡 41 个,多为石质、碎石土或硬质土坡,防护面 积达 145000m2。 根据梅河高速公路业主提出建设 “绿色通道” 的要求,本标段全线的挖方边坡采用以客土喷播植草为主的 生态防护形式。 2 客土喷播的基本原理 2.1 土壤学原理 土壤是植物生长的基础。不同的植物对生长基础厚度的 要求不同。对于一般土壤而言,植物所需土层最小厚度如表 1 所示。 由于有机质生育基础具有比一般土壤具有更优良的保 水及保肥性,植物在其中生长所需厚度比表 1 规定的要小。 决定喷播厚度主要有三个因素,即山体状态、年降雨量和坡 度等,分别如图 1、图 2、图 3 所示。

收稿日期:2005-05-12 作者简介:吴浩(1972-) ,男,工程师,从事路桥施工及管 理。

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尽可能将坡面平整,以利于客土喷播施工,同时增加坡 面绿化效果。主要清理岩面碎石、松散层等,保证施工前坡 面的凹凸度平均为±15cm,最大不超过±30cm;同时对于光 滑岩面需要通过挖掘横沟等措施进行加糙处理,以免客土下 滑。 3.2 测量放线 (1)锚杆孔间距及深度 主锚杆孔间距 2.0 m,次锚杆孔间距 1.0 m,主次锚杆 孔深度详见表 2 和表 3。 (2)锚杆孔深度与锚杆长度换算公式 L=α h 式中:L 为锚杆长度;h 为锚杆孔深度;α 为系数,即考虑 锚杆外端弯钩部分长度折算系数,当 h≤2.0m 时,α =1.05 图 3 坡度与平均喷播厚度 表 1 植物生长基础的厚度要求 除厚度外,植物对土壤的化学性质和物理结构也有相应 (3)测量和放线方法 首先,使用水平仪及卷尺按纵横间距 2m 放点,确定主锚杆 钻孔位置,再在相邻的主锚杆之间中点上插补次要锚杆。主 锚杆、次锚杆孔布置如图 5 所示。

的要求。一般来说,土壤过酸或过碱都不利于植物生长;土 壤过疏、过密,或团粒结构差,都会影响植物生长。因此, 在客土材料的选择和配比时要充分考虑这些因素。 2.2 生态学原理 稳定的植物群落应具备以下基本特征: (1)是长期演替的结果,能适应当地的气候、土壤条 件; (2)立体结构,乔、灌、草有机结合,分布合理; (3)能自我繁衍,生态功能强。 因此进行客土喷播绿化, 选择植物时要从生态学的角度 出发,尽可能采用乡土植物种类,并且模拟自然群落,采取 乔、灌、草合理配置。 3 客土喷播施工方案 客土喷播施工工艺流程图如图 4 所示。 图 5 主锚杆、次锚杆孔布置图 单位:mm

①主锚杆孔间距、规格及深度(见表 2) 表2 主锚杆孔规格、间距及深度

图 4 客土喷播施工工艺流程图 3.1 边坡清理 ②次锚杆孔间距、规格及深度(见表 3)

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岩面类型

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岩石绿化料 1.0 1.0 1.0 当地土料 1.5 1.0 0.5

表3

次锚杆孔规格、间距及深度
锚 杆 布置间距(m) 纵向 1.0 1.0 1.0 横向 1.0 1.0 1.0 锚杆深度(m) 强 风 化岩 0.3 0.4 0.4 中 0.3 0.3 0.4 弱 0.2 0.2 0.3

强风化岩面 中风化岩面 弱风化岩面

No.

坡比

直径 (mm) 10 10 10

1 2 3

1:1.25 1:1.00 1:0.75

3.5.2 客土厚度确定 客土厚度主要受坡面岩石风化程度、岩石硬度、岩缝密 度等因素影响。最小客土厚度如表 5 所示。 表5 最小客土厚度
最小客土厚度(cm) 6 8 10

方格框架和拱形骨架内每格四角设置主锚杆 4 根,主锚 杆之间和中央设置次锚杆 5 根。 3.3 锚杆施工 锚杆施工工艺流程图如图 6 所示。

岩面类型 强风化岩面 中风化岩面 弱风化岩面

3.5.3 客土喷播施工 将客土材料和植物种子加入客土喷播机,加水搅拌均匀 即可进行喷播施工。选用从日本引进的专用客土喷播机,该 喷播机料仓容积为 3m3,设备原理是发动机连接传动部位, 将料仓内的材料搅拌均匀,然后采用挤压和空压方式输送到 施工面,并均匀地喷播至边坡表层。该喷播机配备两种不同 图 6 锚杆施工工艺流程图 3.4 挂网施工 3.4.1 钢丝网规格及性能 (1)基本材料:镀锌低碳钢丝,菱形结构; (2)基本尺寸:丝径Φ 2.6mm,对角线长 5cm; (3)包装规格:宽 2m,2.8m,3m 三种规格,长 10~15m。 3.4.2 挂网施工方法 (1)放卷:自上而下; (2)连接:相邻两卷钢丝网要有 10cm 重叠并分别用铁丝 或尼龙绳连接; (3)固定: 至少每隔 1m 间距须用锚杆或锚钉与岩面固定。 3.5 客土材料及客土喷播 3.5 .1 客土材料 (1)主要客土材料 ①岩石绿化料(特制产品) :有机成分含量大于 80%;N、 P、K 含量:不小于 5%;PH 值:4.5~6.0。 ②进口特制绿化剂:主要由保水剂(100 倍以上) 、高分 子凝结剂、植物生长剂等组成。 ③长效复合绿化专用肥:肥力效力一般可长达 2~3 年。 ④当地土料:尽量使用当地肥土或熟土。 (2)客土材料体积比 客土材料体积比如表 4 所示。 表4 客土材料体积比 枪头,挤压式枪头打出的客土呈扇形,喷射时出料口距坡面 1.5m 左右; 直射式枪头打出的客土呈柱状, 喷射时最远可达 10m。设备就位后,调节输送泵压力、出风量,使混合料均 匀输送至喷枪口,把持枪的工作人员注意根据输送压力、出 料量、喷射坡面至枪口距离适当调节出料孔口大小,使混合 料均匀喷射至坡面,自上而下分二次实施喷播,第一次喷播 厚 3cm,待客土稳定后(10~20min) ,再喷播第二次至设计 厚度,喷播时在岩性破碎、岩质坚硬坡段喷层厚度可适当增 加。 3.5.4 养护管理 喷播之后及时加盖无纺布,30~45d 后揭布。由于选择 了适合当地气候、土壤条件及高速公路粗放型管理的灌木种 及草种,成坪后一般不需要人工养护管理,前期若天气长期 持续干旱则应适当予以浇水管理。 3.6 材料植物种类的选择和配比 3.6.1 植物种类的选择 狗牙根:根系浅,繁殖能力强,耐热、耐旱、耐贫瘠, 系我国南方应用最广的暖季型草坪植物之一。 白三叶:喜温凉湿润气候,但适应性强,耐热、抗寒、 耐阴、耐瘠。 多花木兰:植株高 1.2~2.4m,适应性广,耐热、耐干 旱、耐瘠薄,较耐寒,并抗病虫害。枝叶茂盛,覆盖度大, 根系发达,寿命长,是生物围栏和水土保持的良好灌木。 (下转第 47 页)

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浅谈山体滑坡的防治方法
李俊勇,周盛初,王广生
(中港四航局第一工程公司, 广东 广州 510500) 摘 要:本文根据不同地形、不同滑面所产生的滑坡提出了相应的防治措施。并对河龙高速公路第 4 标段原设计的边坡,在 施工中出现的滑坡现象进行分析,提出相应的处理方案。 关键词:滑坡;排水;减重;抗滑桩

A Discuss of Remedy Measures to Mountainous Landslide
LI Jun-yong,ZHOU Sheng-chu,WANG Guang-sheng
(The first construction company of the fourth harbor engineering bureau, Guangzhou 510500,China) Abstract:This paper put forward different remedy measures to landslide of different topography and different slide plane and analyzes the land slide phenomenon and treatment measures of original designed slope in section 4 of Helong expressway during construction period. Key words:landslide; draining; load deduction, slide resistant pile 1 前言 滑坡是山区公路的主要病害之一。滑坡常使交通中断, 影响公路的运输。大规模的滑坡,可堵塞河道,摧毁公路, 破坏厂矿、村庄,对山区建设和交通设施危害极大。 斜坡岩体在重力作用下,沿一定的软弱面或整体下滑的 现象,叫作滑坡。引起滑坡的根本原因在于结构体内部某个 面上的剪应力达到了它的抗剪强度,稳定平衡遭到了破坏。 滑坡类型如图 1、2、3 所示。

图1

整 体滑 坡

收稿日期:2005-04-29 作者简介:李俊勇(1969-) ,男,高级工程师,从事路桥施工管理。

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对滑坡的处理,一般是采用“防治结合,以防为主”的 原则,所以应该重视滑坡的调查工作。只有查清产生滑坡的 原因,分清主次,才能采取行之有效防治措施。 2 容易发生滑坡的地带特征 2.1 地貌 (1)山坡或河谷谷坡上的圈椅地貌是比较容易发生滑坡 的地方。圈椅地貌是指背后靠山,左右两侧为山梁,中间围 出一块缓坡地,外形象圈椅状的一种地貌。圈椅地貌中的缓 坡地多由坡积物组成,是地表水和地下水汇集之处。 (2)在较陡的大段河谷谷坡中间,夹一段台地缓坡地, 有时坡面被冲沟切割成鸡爪形梁。这种缓坡或山梁往往容易 发生滑坡。 (3)平整的山坡面,没有地下水出露,一般是比较稳定 的。但杂乱无规则的山坡,可能是不够稳定的山坡。 (4)在凹岸中突然有一小部分向河床中凸出,凸出地段 并见有大块孤石堆积,这种现象有可能是由古滑坡舌部的残 留物。 (5)双沟同源地形,如沟谷不深,沟间距离约数十米到 数百米, 沟源相连成钳形。 沟间山坡多呈上、 下部形成陡面, 中部较缓的鼻形斜坡地形,也容易发生滑坡。这种地形,往 往是由于山坡曾发生过位移,水流对周围侵蚀发育的结果, 是古滑坡错落残留的痕迹。 2.2 岩层 页岩、泥岩、泥灰岩、千枚岩、滑石片岩,以及其它容

易风化、遇水软化的岩石及粘性土、黄土都容易发生滑坡。 2.3 构造 断层面、节理面、褶曲两翼的倾斜面、不整合面,以及 倾角较陡, 倾向山外、 走向与路线交角小于 45°的基岩层面。 都容易构成滑坡的滑动面。 2.4 水 地下水不易排除,甚至形成积水;斜坡水文地质条件不 良,地下水发育;河水掏蚀、冲刷坡脚;灌溉水或其它水渗 漏等,都会促成滑坡的发生。 3 滑坡防治 3.1 防治原则 在选择防治措施前要详细调查地形、地质和水文条件; 认真研究和确定滑坡的类型及其发展的阶段;分析形成滑坡 的主次要因素及彼此的联系;结合公路的重要程度、施工条 件及其它各种情况综合考虑。 (1)对于性质复杂的大型滑坡,能绕避应尽量绕避。当 绕避有困难时, 应视滑坡规模、 公路与滑坡的相互影响程度、 防治费用等,设计几种具体方案比较。 (2)对于可能突然发生急剧变形的滑坡,应采取迅速有 效的工程措施;对于缓慢变形的大型滑坡应全面规划,分期 整治,仔细观察每期工程的效果,以采用相应的治理措施; 对于施工及营运中产生的大型滑坡,应慎重作出绕避、治理 或局部改移路线与防治措施相结合等方案,在进行全面综合 比较后决定取舍。对于古滑坡,应采取预防措施,避免其复

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活或产生新的滑坡。

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(6)滑坡整治工程宜在旱季施工,并注意施工方法,避 免引起滑坡的发展。 3.2 排水 3.2.1 地表排水 (1)滑坡体外的地表水,应予以拦截引离;滑坡体上 的地表水要注意防渗,并尽快汇集引出。 (2)各种地表水排水措施的适用条件、布置、设计与 施工原则如表 1 所示。

(3)对于性质简单的中小型滑坡,一般情况下可进行整 治,不须绕避。整治应力求简单、工程量小、施工方便、经 济合理。 (4)路线通过滑坡的上缘或下缘比通过滑坡中部好。滑 坡下缘宜设成路堤型式以增加抗滑力;滑坡上缘的路基宜设 成堑型式,以减轻滑体重量;对于窄长而陡峭的滑坡,可采 用旱桥墩通过。 (5)滑坡整治之前,一般应先作好临时排水系统,以减 缓滑坡的发展。

表 1 地表水排水措施 名 称
环形截水沟 树枝状排水系统 滑体内 明沟与渗沟相配合 的引水工程 不整夯实自然山坡 坡面 绿化式各(植树, 铺种草皮) 山坡滑体内 绿化工程是配合地表排水的一项有效措施,特别对渗透水严重的粘性土滑坡和汪层滑坡,效 果显著。在滑直面种植灌木及阔叶果树。 滑体内的泉水或湿 地 滑体内

适用条件
滑体外 侧或两侧的自然沟系排出。

布置及设计施工原则
截水沟应设在滑坡可能发展的边界 5m 以外, 根据需要可以设置数条, 分段拦截地表水, 向一 结合地形条件,充分利用自然沟系,作为排水渠道,汇集并旁引坡面径流于滑坡体外排出。 排水沟布置应尽量避免横切滑体,主沟宜与滑移方向一致,支沟与主沟斜交 明沟与渗沟相配合,目的在于排除滑坡上层滞水和疏干边坡土体含水,埋入地下部分类似集 水渗沟,露出地面部分是排水明沟 山坡土质疏松,应对对坡面平整夯实,防止坡面径流汇集下渗

3.2.2 地下排水 排除滑坡地下水工程有渗沟、盲洞及平孔等。渗沟排水 较为常见。 渗沟按其不同的作用,可分为支撑渗沟,边坡渗沟及截

水沟三种。 3.3 减重 减重是在滑坡后缘挖除一定数量的滑体而使滑坡稳定 下来。如图 4、5、6 所示。

图4 分 级 削 坡

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图5 堆 载 阻 滑 滑坡减重应注意以下几方面的问题: (1)必须弄清滑坡的成因和性质,查明滑动面的位置、 发展的范围,根据修建防滑构造物的要求进行设计计算,以 决定减重范围。对于小型滑坡,可予以全部清除。 (2)减重的作用在于减轻滑体上部土体的重量,以减小 滑体的下滑力。 (3)滑坡减重的弃土不能堆置在滑坡的主滑地段,应尽 量堆填于滑坡前缘,以便起到稳定滑坡的作用。 (4)滑坡减重后的坡面,必须注意整平、排水及防渗。 3.4 支挡工程 根据滑坡性质,可采用干砌片石垛、支撑渗沟、重力式 抗滑挡土墙、锚杆挡土墙、加筋挡土墙以及锚固桩等支挡工 程,以抵抗整个滑体有滑移。下面介绍几种常用支挡工程类 型。 3.4.1 抗滑片石垛 一般用于滑体不大、自然坡度平缓、滑动面位于路基附 近或坡脚下部较浅处的滑坡。主要是依靠片石垛的重量,以 增加抗滑力的一种简易抗滑措施。片石垛可用片石干砌或竹 笼、木笼堆成。 3.4.2 抗滑挡土墙 在滑坡下部修建抗滑挡土墙是整治滑坡经常采用的有 效措施之一。对于大型滑坡,常作为排水、减重等综合措施 的一部分;对于中小型滑坡,常与支撑渗沟联合使用。优点 是山体破坏较少,稳定滑面收效快。但应用时必须弄清滑坡 的性质,滑体结构、滑面层位、层数、滑体的推力及基础的 地质情况。否则,会使墙体变形而失效。 3.4.3 锚杆结构 目前主要采用柱板式锚杆挡土墙,竖向预应力锚杆挡土 墙以及锚杆加固等整治滑坡。如第 9 页图 6、图 7 所示。 3.4.4 抗滑桩 抗滑桩是承受侧向荷载用以整治滑坡的支撑建筑物。它 页图 5 所示。

图6 滑 坡 减 重 穿过滑体在滑床深度处锚固,抵抗滑坡推力的作用。如第 9 工程实践表明,抗滑桩能迅速、安全、经济地解决一些 比较困难的工程。它的主要优点有: ①抗滑能力大,圬工数量小,在滑坡推力大、滑动面深 的情况下,较其它工程经济、有效。 ②桩位灵活,可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位, 可以单独使用,也可以与其它建筑物配合使用。 ③挖孔抗滑桩可以根据弯矩沿桩长变化合理布置钢筋, 因此比打入桩和管桩经济。 ④施工方便,设备简单,工程进度快、施工质量好,比 较安全等优点。施工时可间隔开挖,不致引起滑坡条件的恶 化,因此,来不及整治已通车路线上的滑坡和处在缓慢滑动 阶段的滑坡特别有利。 ⑤开挖桩孔能校核地质情况,检验和修改原有的设计, 使其更符合实际。 但是,抗滑桩是利用桩周土体对桩的嵌制作用稳定土体 的,所以不适用于软塑体滑坡。另外,较之其它抗滑支撑措 施需用较多钢材。 3.4.5 高压注浆锚固边坡滑动面 高压旋喷注浆锚固滑动面是处理边坡滑动的一种新工 艺,如图 7 所示。 4 工程实例 河龙高速公路第 4 标段原设计的边坡,在施工中出现滑 坡现象,经认真勘察及分析后,提出相应的处理方案。 4.1 K35+680~K35+760 段左侧路堑边坡 (1)原设计边坡及地质情况 ①边坡地层:边坡为强风化粉砂岩。 ②该边坡原设计为 3 级:第 1、2 级坡率为 1:0.75,第 3 级坡率为 1:1,第 1 级坡高 8m,第 2、3 级坡高均为 10m。 ③原设计坡面为拱形骨架防护。

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图 7 高压注浆锚固滑面

(2)滑坡原因 2004 年该边坡已经完成开挖并砌筑拱形骨架防护。 2005 年进入雨季,由于雨水渗入岩体裂隙,边坡岩体开始软化, 造成边坡沿节理面产生较大范围坍塌,边坡出现很大的滑 移,导致拱形骨架防护遭破坏;边坡平台及堑顶均形成贯通 性裂缝。 (3)处理方案 滑坡险情出现后,我们上报业主、设计院,并对该边坡 进行全面认真勘察,结合工程实际情况以及工期紧的特点, 确定了以“削坡减重”为主,支挡防护为辅的处理方案。 ①放缓坡面,减轻坡面自重。 a.将第 1、2、3 级坡率改为 1:1.25,维持原设计坡高 不变。 b.第 1 级边坡平台宽度为 5m,第 2 级边坡平台宽度 2m 改为 3.5m。 ②坡面防护以及坡脚支挡防护。 a.坡脚设置挡墙,墙高 2.5m,基础埋深 1m,挡墙采用 C15 混凝土灌注。 b.第 1、 3 级坡面仍采用拱形骨架防护, 2、 拱架采用 M7.5 浆砌片石砌筑。 c.各级平台采用 7.5 号浆砌片石封闭,厚度 0.3m。 4.2 K35+990~K36+060 边坡 (1)原设计边坡及地质情况 ①边坡地层:边坡为强风化粉砂岩。 ②该边坡原设计为 3 级:第 1、2 级坡率为 1:0.75,第 3 级坡率为 1:1,第 1 级坡高 8m,第 2、3 级坡高均为 10m; ③原设计坡面 1、2 级为锚杆格梁防护,锚杆长为 8m, 第 3 级为拱形骨架防护。

(2)滑坡原因 2004 年该边坡已按原设计进行防护, 后因雨水渗入边坡 岩体,造成沿节理面产生明显裂缝,导致截水沟产生贯通性 裂缝, 但坡面还未出现大面积滑坡, 滑坡破坏还在发育阶段。 (3)处理方案 滑坡险情出现, 我们上报业主、 设计院, 并对 K35+990~ K36+060 边坡进行全面认真勘察,认为原有设计锚杆非预应 力防护为被动防护,且锚杆防护长度太短,不能主动抑制山 体自重在雨水的渗透下产生的下滑力,导致出现裂缝,鉴于 该边坡破坏正处在发育阶段,原设计坡面未出现较大的破 坏,因此决定对坡面进行预应力锚索加固处理,阻断边坡滑 坡破坏的发生。更改后第 1、2 级预应力锚索按 3.0m×3.0m 间距布置,锚索防护长为为 15m,锚固长度为 8m,自由段为 7m。 5 结语 (1)水在山体滑坡中起到了极大的破坏作用,施工生产 中一定要做好排水措施。 (2)防滑工程的结构物的基础最好设在滑坡坡面的前 缘,防滑效果好。 (3)在高边坡土方开挖施工中要分级削坡,堆载阻滑等 多种防滑措施综合使用。 参考文献: [1] 王建锋,苏爱军等,三峡库区云阳寨坝"平台式” 斜坡变形机理分析,水文地质工程地质,2003 年 第 4 期,1-6。 [2] 程良奎等.岩土锚固 . 北京:中国建筑工业出版 社,2002。

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广州科学城珠吉路隧道深基坑支护浅谈
喻建伟
(中港四航局第一工程公司, 广东 广州 510500) 摘 要:文章结合广州科学城珠吉路隧道工程的地质情况、周边环境、基坑深度,从技术、经济、安全角度出发,选用多种 支护形式进行隧道施工。根据监测数据及时调整支护方案,实践证明选用的支护方案是行之有效的。 关键词:深层搅拌桩;倾斜压密注浆花管;垂直压密注浆钢管桩;土钉墙;预应力锚索;深基坑支护

Deep pit Supporting of Zhuji Road Tunnel in Guangzhou Science City
YU Jian-wei (The First Construction Company of the Fourth Harbor Engineering Bureau,Guangzhou 510500, China) Abstract:This paper presents the geological conditions,surrounding environment and pit deep of Zhuji road tunnel in Guangzhou Science City.Many supporting systems are used according to their technical,economical and safety advantages.The supporting plan is adjusted according to supervision data.The experience shows that the chosen supporting plan is applicable and effective. Key words:deep mixing pile;inclined pipe for compressed mortar;vertical steel pipe pile for compressed mortar;soil nailing wall;prestressed anchor rope;deep pit supporting 1 工程概况 广州科学城珠吉路隧道工程位于拟建的珠吉路上,北接在建的科学大道进入科学城中心区,向南下穿广深高速公路进入 广州市,按上下行各三车道分幅设计,其中上行线为广州至科学城方向,即 SB 线;下行线为科学城至广州方向,即 SA 线。 拟建隧道 SA、SB 线位于乌涌两侧,与乌涌基本平行,场区中部由北向南依次穿越 33m 宽的一横路、30m 宽的广深高速公路及 30m 宽的规划路。 SA、SB 隧道总长 868.5m,其中下穿一横路段为闭口段,其余为开口段,隧道行车三车道净宽度为 11m,结 构总宽度为 12.3~12.9m,基坑支护周边总长为 1778m,最大开挖深度达 12.0m。隧道采用明挖顺作法施工。 2 工程地质概况及工程特点 2.1 地形地貌及周边环境 珠吉路隧道工程场地地貌为冲积平地,场地南端局部地段起伏稍大。 乌涌水面宽约 14m, 涌中水深约 2.5m, 基坑开挖 边线距涌边线为 5.0~20.0m 不等。 隧道距广深桥桩基承台仅 0.20m,一横路段地下埋有Φ 1m 的自来水管、0.5m 宽的通信光 缆、地下 10kV 的高压电缆横跨隧道。 2.2 地质情况 隧道场地内岩土层自上而下划分为: (1)人工填土:厚度 0.5~6.8m,标贯平均为 6.4 击。 (2)第四系坡积土:①可塑状粉质粘土:顶面埋深为 0~6.1m,厚度平均为 2.64m,标贯平均为 8.8 击。②硬塑状粉质 粘土:顶面埋深为 2.1~9.9m,厚度平均为 5.75m,标贯平均为 22.4 击。 (3)第四系冲积土:①淤泥质土:顶面埋深为 2~9.8m,厚度平均为 1.6m,标贯平均为 2.5 击。②可塑状粉质粘土:顶 面埋深为 0.7~11m, 厚度平均为 2.97m, 标贯平均为 9.4 击。 ③软塑状粉质粘土: 顶面埋深为 3.6~110.9m, 厚度平均为 3.07m, 标贯平均为 3.0 击。④中砂:顶面埋深为 1.5~11.2m,厚度平均为 2.62m,标贯平均为 3.0 击。⑤粗砂:顶面埋深为 3.2~ 12m,厚度平均为 3.01m,标贯平均为 12.9 击。⑥砾砂:顶面埋深为 8.9~15.2m,厚度平均为 1.87m,标贯平均为 20.7 击。 收稿日期:2005-04-01 作者简介:喻建伟(1976-) ,男,助理工程师,从事市政道、隧道工程工作。 (4)风化残积层:①可塑状粉质粘土:顶面埋深为 10.5~14.1m,厚度平均为 1.89m,标贯平均 13 击。②硬塑状粉质粘

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土:顶面埋深为 0~16m,厚度平均为 2.97m,标贯平均为 23.1 击。 (5)燕山期花岗岩基岩:①全风化岩带:顶面埋深为 0~17.6m,厚度平均为 4.35m,标贯平均 40.3 击。②强风化岩带: 顶面埋深为 0.8~28.5m,厚度平均为 6.76m。 工程场地地下水量较丰富,地下水水位为 0.3~6.95m。 2.3 工程特点 (1)本隧道周边环境及位置异常复杂,隧道基坑靠河涌太近,乌涌河汇水面积大,每逢下雨,水位猛涨,给基坑支护带 来困难,严重威胁着隧道基坑安全,须采取安全、可靠、适当的支护型式确保施工安全。隧道基坑距广深桥承台仅 0.20m,在 开挖时既要保障广深桥摩擦桩基承载力,确保广深桥安全,还要选取行之有效的止水、挡土的支护措施,保证隧道基坑施工 安全。 (2)珠吉路隧道地质分布变化特点是:地质变化不太大,砂层比较厚,砂层主要为松散中砂、稍密粗砂、中密砾砂,局 部地段砂层间夹有可塑性粉质粘土。 3 基坑支护型式 针对本工程基坑深度、地质情况、周边环境等情况,再结合本工程特点,从技术、经济、安全角度出发,使支护起到良 好的止水、挡土效果,选用如下多种支护形式: 3.1 放坡开挖 当基坑深度为 1.6~3.0m 时,采用放坡开挖,放坡坡率为 1:1.5,坡面采用 5cm 喷射素混凝土面层保护坡面。在坡顶做 好排水沟,避免雨水冲刷边坡。 3.2 双排搅拌桩止水结合土钉墙支护 当基坑深度在 3.0~6.0m 左右时, 采用Φ 500mm 双排搅拌桩止水挡土结合土钉墙支护或者采用钢板桩支护或者旋喷桩止水 挡土结合土钉墙支护。由于基坑较宽,达 13m,采用钢板支护时横撑影响结构施工,而且本隧道一侧距乌涌太近,当隧道结构 施工完毕后机械无法进入靠乌涌一侧,钢板桩拔除需采用大吨位吊车,成本较高,采用旋喷桩止水挡土时虽然止水效果比较 好,但旋喷桩单价太高,而采用双排搅拌桩支护时能起到止水挡土的效果,搅拌桩单价较低,因此选用此支护型式。 3.2.1 深层搅拌桩施工 根据本隧道地质情况及开挖深度,拟定搅拌桩直径Φ 500mm,搅拌桩纵横间距为 0.35m,桩长为 15m,上部为 2m 空桩,桩 长深入粘性土层 0.5m。深层搅拌桩采用四搅四拌工艺,要求掺入比不少于 15%,水泥浆的水灰比为 0.45,施工时应用流量泵 控制输浆速度,注浆泵出口压力应保持在 0.4~0.6MPa,搅拌提升速度:≤0.8m/min。深层搅拌桩垂直偏差: 按设计要求,小于 1.0%桩长。 3.2.2 土钉墙施工 基坑开挖时,逐层开挖,逐层施作土钉墙。不同区段根据地质参数计算其土体侧压力,布设不同长度土钉,同时确定其 排数、间距、土钉倾角。本工程土钉选用Φ 48mm 焊管,焊管三分之二长度范围内每隔 0.5m 钻孔Φ 5~8mm 的出浆孔,形成钢 花管,前端制成尖锐状,锚孔注浆采用 32.5MPa 的普通硅酸盐水泥净浆,注浆压力 0.5MPa,水灰比为 0.5,掺入少量外加剂, 水泥用量不少于 25kg/m。 基坑开挖后,坡面挂钢筋网,面板网筋采用Φ 8mm 钢筋按 200mm×200mm 编网;加强筋采用 2Φ 16mm 钢筋菱形布设,焊牢 于土钉顶部;喷射混凝土强度为 C20,厚度为 10cm,其中初喷混凝土厚度为 5cm,终喷厚度为 5cm;顶部与摩擦土钉用Φ 16mm 钢筋焊接现浇 C20 厚 10cm 或 20cm,宽 1.5m 或 85cm 的混凝土板梁或压顶梁,在坡顶 2m 以下根据实际情况设置泻水孔。 注浆钢花管锚杆(土钉)施工方法: (1)锚杆采用Φ 48mm 焊接钢管,焊管按设计要求制作成注浆钢花管。 (2)施工前先按设计将土方分层开挖至钢花管杆位置以下 0.3m,并修坡、平整场地,钢花管采用人工或机械打入,然后 初喷混凝土(5m 厚) 。 (3)灌浆管采用Φ 1cm 软塑料管,置于钢花管内。 (4)锚孔注浆材料采用水灰比 0.5 的纯水泥浆,注浆压力为 0.5MPa,水泥用量不少于 25kg/m。若久注不满,排除原因 后,可间歇注浆。 (5)每施工段施工完成后,立即将已制作好的钢筋网挂在第一层混凝土面上,并且铺设加强筋,设置排水孔。挂网完成 后,立即进行终喷混凝土(5cm)作业。喷射混凝土工艺如前。 (6)锚杆拉拔试验:锚杆施工达到龄期后选取有代表性的进行拉拔试验,锚杆按总数的 1%,不少于 3 根。 3.3 双排深层搅拌桩结合桩心插钢管桩、土钉墙式的综合支护 当基坑开挖深度在 6.0~9.0m 时,结合本工程地质情况,可采用双排深层搅拌桩(或旋喷桩)结合桩心超前压密注浆钢 管桩、土钉墙式的综合支护方式,当基坑边较为开阔,无构筑物、地下管线等可适当降土再进行基坑开挖,允许开挖深度仍 可以放大。此种支护方法在科学城珠吉路隧道普通地段基坑中应用较为广泛,见图 1 支护断面(a) 。

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图 1 支护断面图(a)

标高:m

增加垂直超前压密注浆钢管桩目的是加强搅拌桩的垂直刚度, 抵抗水平剪力。 垂直超前压密注浆钢管桩间距为 700mm, 成 孔口径为Φ 130mm,孔深为 13m,全长置入Φ 89mm 焊管,焊管下段三分之二长度范围内每隔 0.5m 钻孔Φ 5~8mm 的出浆孔。注 浆采用压浆注浆工艺,注浆压力为 1~2MPa,注浆水灰比为 0.50~0.60,水泥标号为 32.5R,浆体强度不低于 20MPa。超前压 密注浆钢管桩顶部用 2Φ 25mm 钢筋纵向焊接,横向与摩擦土钉用Φ 16mm 钢筋焊接,使钢管桩形成整体。 3.4 双排深层搅拌桩结合桩心插钢管桩、土钉墙、预应力锚索的综合支护 当基坑开挖深度在 9.0~12m 时,可采用双排深层搅拌桩结合桩心插钢管桩、土钉墙、预应力锚索的综合支护方式或者钻 孔灌注桩挡土旋喷桩配合止水的支护方式及采用旋喷桩结合桩心插钢管桩、土钉墙、预应力锚索的综合支护方式。由于隧道 穿越一横路段的桩基最近距离为 1.5m,为了避免扰动一横桥桩基,通过技术、经济、安全比较采用双排深层搅拌桩结合桩心 插钢管桩、土钉墙、预应力锚索的综合支护方式。由于土钉不能满足抵抗土体侧压力,采用加长型预应力锚索加强,见图 2 支护断面(b) 。 预应力锚索布置时与土钉相间隔,水平间距为 2.0m,根据土压力计算,预应力锚索按 150kN 抵抗土体侧压力,杆体采用 2×7Φ 5mm,锚索长 20m,锚固端长 15m,自由端 5m,倾角为 30°,水平通长设[20b 槽钢腰梁。锚孔注浆采用 32.5MPa 普通 硅酸水泥净浆,水灰比用 0.45,加入适量外加剂。 预应力锚索施工要点: (1)本工程锚杆设计采用 2×7Φ 5mm 钢绞线为受力杆材,倾斜角为 30°,成孔直径为 130mm。锚固端进入残积土层,为 了保证达到足够的抗拔力,锚杆的施工宜采用二次高压灌浆的施工工艺。施工工艺按《广州地区建筑基坑支护技术规定 GJB 02-98》中国工程建设标准化协会标准《土层锚杆设计与施工规范 CECS22:90》执行。

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图 2 支护断面图(b)

标高:m

(2)预应力锚孔采用专用的锚杆钻机,在砂层地段采取套管护壁,采用孔口止水装置、快速钻进快速接管。 (3)锚孔注浆采用二次注浆法注浆,锚孔内同时装入两根注浆管。一次灌浆压力为 0.3~0.5MPa, 二次灌浆压力为 2~ 3MPa,稳压 2min。 锚孔注浆采用 32.5MPa 普通硅酸盐水泥净浆,水灰比为 0.45,适量掺入外加剂。 (4)张拉锁定作业在锚固体及台座的混凝土强度大于 15MPa 并达到设计强度等级的 75%以上进行。在正式张拉前,千斤 顶应进行标定,确保拉力读数的准确。锚索张拉预应力 150kN 锁定。 (5)钻孔深度应比锚杆设计长度长 0.5m,以利清除孔内残留物,冲孔彻底,保证孔内干净及充分冲刷孔壁泥皮。 (6)锚索制作时,钢绞线不得弯折,断料应用切割机切割,不得使用焊枪,锚索前端应绑扎保护胶皮,下锚过程中不得 松脱。安放锚杆时,应避免杆体扭转、弯折及定位器松脱。 (7)水泥浆应搅拌均匀,随搅随用,浆液应在初凝前用完,并防止石块、杂物混入浆液。灌浆作业开始和中途停止较长 时间,再作业时宜用清水或水泥浆润滑灌浆泵及灌浆管路。 (8)灌浆过程应作详细、完整的施工记录。 (9)锚索张拉前应对张拉设备进行标定。锁定后,若发现有明显预应力损失时,应进行补偿张拉。 (10)土钉(锚杆)拉拔试验:预应力锚杆按总数的 5%、不少于 5 根。

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3.5 双排单重管旋喷桩结合桩心插钢管桩或三重管旋喷桩结合桩心插钢管桩、土钉墙支护预应力锚索综合支护 由于一横路段地下埋有一直径约 1m 的自来水管、0.5m 宽的通信光缆、10kV 的高压电缆跨过隧道,不宜采用钻孔灌注桩 和深层搅拌桩,只能采用双排旋喷桩止水结合土钉墙支护或者单排三重管旋喷桩止水、土钉墙、预应力锚索综合支护。下穿 广深桥隧道段支护方式时,由于搅拌桩桩机高度太高不能满足净空,也只能采用旋喷桩止水的方式进行。 单重管旋喷桩采用Φ 600mm 旋喷桩,纵横向间距为 400mm,桩长 15m,穿过砂层进入粘性土层不少于 0.5m。高压旋喷桩压 力为 20 MPa,提升速度 200~250cm/min,旋转速度 20~25rpm,采 32.5 MPa 普通硅酸盐水泥,加适量的速凝剂和早强剂,水 灰比为 1.0,水泥用量不少于 250kg/m。 旋喷桩施工操作及注意事项: (1)根据施工图纸规定的桩位进行放样定位,其中心允许误差不得大于 5cm。 (2)钻机或喷射机组就位后,应保证立轴或转盘与孔位中心对正,成孔偏斜率应不大于 1.5%。 (3)采用水射流成孔时,应采用低压(2MPa)水流将喷管送至施工图纸规定的孔深,经监理工程师检验合格后,方可进 行高压喷射注浆施工。 (4)高压喷射注浆应自下而上进行,注浆过程中应达到:高压注浆设备的额定压力和注浆量应符合施工图纸要求,并确 保管路系统的畅通和密封。风、水、浆均连续输送,水泥浆液的高压喷射作业不得停喷或中断。 (5)施工过程中,应经常检查泥浆(水)泵的压力、浆液流量、空压机的风压和风量、钻机转速、提升速度及耗浆量; 当冒浆量超过注浆量 20%或完全不冒浆时,应按规定及时进行处理。施工过程中应根据每种主要地层应取冒浆试件不少于 6 组。喷射作业完成后,应连续将冒浆回灌至孔内,直到浆液面稳定为止。在粘土层或淤泥层内进行喷射时,不得将冒浆进行 回灌。 3.6 基坑外围旋喷桩止水、超前垂直压密注浆钢管桩密排挡土、土钉墙、钢支撑及预应力锚索综合支护 隧道 SA 线下穿广深桥跨段,开挖深度为 6.5~8.5m,距离高速公路原有承台距离为 0.20m,而广深高速公路的桩基为摩 擦桩基础,桩长仅为 20m,基坑开挖深度为 8.0m。为减少对原有桩基的影响,保证原有桩基的承载力,选用超前压密注浆钢 管桩,既可对原有桩基进行加固处理,又可以通过超前垂直压密注浆钢管桩密排进行止水、挡土,保证基坑安全。超前压密 注浆钢管桩钢管桩采用Φ 89mm 焊管花管,桩间间距为 0.25m,孔深为 23m,全长灌水灰比 0.5~0.6 的 32.5 MPa 水泥净浆,浆 体强度不低于 20 MPa,注浆压力为 1~2 MPa。 由于隧道结构外边线距承台仅 0.2m,靠超前垂直压密注浆钢管桩是不能完全保证支护止水要求,仍需采用旋喷桩或倾斜 式压密注浆钢花管止水,旋喷桩止水效果好而且可靠,可避开广深桥桩基础,在距基坑边 3m 处采用密排高压旋喷桩,形成止 水帷幕。旋喷桩拟定直径为Φ 600mm,桩间间距为 0.3m,孔深为 13m,全长灌水灰比 0.5~0.6 的 32.5 MPa 水泥净浆,浆体强 度不低于 20 MPa,注浆压力为 1 MPa。钢管桩顶部用 2Φ 25mm 钢筋纵向焊接,横向与摩擦土钉用Φ 16mm 钢筋焊接成整体。 为了抵抗土体侧压力设土钉、预应力锚索及水平钢横撑。 3.7 多排超前倾斜压密注浆钢花管止水结合超前垂直压密注浆钢管桩、土钉墙、钢支撑及预应力锚索综合支护 由于在跨广深桥段隧道 SB 线隧道结构距广深桥桥台仅 0.15m,空间狭小,无法进行搅拌桩、旋喷桩止水,故采用多排超 前倾斜压密注浆钢花管止水。当超前垂直压密注浆钢管桩施工完毕后进行基坑开挖,基坑逐层开挖,逐层进行倾斜超前压密 注浆花管及土钉墙、预应力锚索、横撑施工,见图 3 支护断面(c) 。 超前倾斜压密注浆花管采用Φ 48mm 钢花管,注浆钢花管长 3m,水平间距 0.25m ,成孔倾角为 75°,注浆采用压密注浆 工艺,注浆压力为 1 MPa,全长灌水灰比 0.5~0.6 的 32.5 MPa 水泥净浆,水泥用量不小于 150kg/m,从而可形成止水帷幕。 3.8 钻孔桩桩间加旋喷桩止水桩顶加冠梁的排桩强支护 在无周边建筑物结构影响的基坑段,由于基坑位于河涌边,为了保证基坑足够安全,支护采用钻孔桩桩间加旋喷桩止水 桩顶加冠梁的排桩强支护型式,冠梁施工应在基坑开挖前进行,冠梁能使排桩形成整体,对深基坑支护稳定起到重要作用。 此种支护型式单价相对较高,但安全可靠,此方法较常见,在此不作介绍。 4 监测情况 为了确保基坑安全,应及时掌握基坑位移变化情况,在基坑四周按 15m 间距布设沉降及监测点,基坑开挖期间每开挖一 层观测 2 次,基础施工时每天观测一次,雨天或有异常情况时应加密观测,土锚钉和预应力锚杆施工达到龄期后选取有代表 性的进行拉拨试验。 基坑水平位移控制:本基坑支护的最大水平位移控制警戒值,在穿越一横路及广深桥桥跨基坑两侧及靠乌涌一侧按安全 等级一级考虑,最大水平位移控制警戒值为 5~30mm(0.0025h) 在开阔一侧按安全等级二级考虑,最大水平位移控制警戒值 ; 为 8~40mm, (0.004h) ;在广深高速公路桥台处按《公路桥涵设计手册》考虑,最大水平位移控制警戒值为 17mm。 在施工时根据监测数据及时调整支护方案,及时对基坑支护进行加强处理,保证了科学城珠吉路隧道基坑安全。在开挖 横穿广深桥路段基坑时,未发现基坑有水平位移;在开挖一横路段基坑时,由于天下大雨,基坑旁河涌水爆涨,河水从基坑

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顶涌入,基坑监测水平位移曾超过最大水平位移控制警戒值达 35mm,于是立即通知业主、 设计、监理单位进行研究, 经商定增 加预应力锚索和钢管横撑进行加固处理,而后水平位移未再发展趋于稳定。

图 3 支护断面图(c) 5 结语

标高:m

根据广州科学城珠吉隧道工程不同的地质情况、不同的基坑深度、不同的周边环境,从技术、经济、安全角度出发,选 用八种不同的支护型式,实践证明所选用的支护方案是合理的。

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水荷载预压法在高速公路软基处理中的应用
陈 智
(中港四航局第一工程公司, 广东 广州 510500)

摘 要:珠江三角洲地属水网平原区,软土厚度较大,取土较困难,而水资源丰富。本文结合京珠高速公路路基施工实践经 验,详细介绍了用等重量水代替土作为荷载进行预压的施工工艺。 关键词:水荷载;预压;软基处理

Application of Water Preloading in Soft Ground Treatment of Expressway
CHEN Zhi
(The first construction company of the fourth harbor engineering bureau, Guangzhou 510500,China)

Abstract:The Pearl River delta is a plain with water network, the soft soil is very thick, soil obtaining is difficult and water resource is very rich. This paper is based on the construction experience of embankment of Beijing-zhuhai expressway, introduces in details the construction method by replacing soil load with water load. Key words:word: water load; preloading; soft ground treatment

1 工程概况 京珠高速公路广州 (新洲) 至番禺 (坦尾) K27+330~ 段 K28+040 路基段,全长 710m。本路段所处地段为珠江三角洲 海陆交互冲积平原地貌, 取土较困难, 而大小河流纵横交错, 水网密布。软土厚度分布普遍为 9~20m。 本路段的软基含水 量、孔隙比较低,但强度指标不高。原设计采用吹填砂筑填 路堤方案,即先吹填到路基路槽底标高后,再吹 1m 厚的砂 作为等载预压荷载进行预压,待沉降稳定符合设计要求后卸 载。距设计路槽底 0.8m 以上的砂卸除后再填 0.8m 厚的亚粘 土到设计路槽底,原设计路基断面图如图 1 所示。但 K27+330~K28+040 段距离吹砂码头超过 3km,造成吹填砂施 工困难。且该地区土建项目较多,路基填筑材料的砂或土资 源将比较缺乏,价格也不断上升,造成工程成本增加。根据 反复论证比较后,采用等重量的水代替原设计 1m 厚的吹填 砂作为荷载进行等载预压。

2 水荷载预压法施工 2.1 工艺流程 全断面吹填砂→包边土及封顶层填筑→蓄水池施工→ 排水管道施工→专用土工膜铺设→抽水加载预压→卸载 2.2 路基吹填砂 为确保路基沉降符合设计要求,路基吹砂填筑时先对路 基全断面(包括包边土位置)吹填至距路槽底深度 0.8m(即 下路床顶标高) ,然后平整、压实、验收。验收合格后,把 两侧包边土位置的砂挖除转至路基顶面,推平压实。包边土 位置的砂量相当路基顶面砂层厚 30cm 的砂量,即路基顶面 高出下路床顶 30cm。 2.3 包边土及封顶土填筑 路基顶面砂平整、压实后,用汽车运土进行包边土及封 顶层的填筑。包边土分层填筑、压实,每层压实厚度及压实 度按规范要求施工并验收, 封顶层厚 50cm, 填筑压实符合设

收稿日期:2005-05-13 作者简介:陈智(1970-) ,男,工程师,从事路桥施工及管 理工作。

计要求。 此时高度比下路床顶标高要高出 80cm, 已达到设计 路槽底标高。

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图 1 原设计路基断面图 表 1 水荷载预压平面图、横断面图及路基分段筑坝表 2.4 蓄水池填筑 筑坝所需土料与封顶层土料相同, 预压完成后用于沉 降后剩余封顶层量填筑。 蓄水池坝体外侧坡度为 1: 内 1, 侧坡度为 1:0.5,坝体高 2.0m。分段筑坝进行水荷载预 压有利于预压期间的坝体维护及沉降观测。 筑坝时用压实 机械压实,保证堤坝稳固,筑坝完成后平整水池底面,去 除水池底面及水坝内侧坡面的树根、尖石等尖锐物。水荷 载预压横断面图见图 2、水荷载预压平面图见图 3、路基 分段筑坝表见表 1。
起讫桩号 K27+330~K27+400 K27+400~K27+480 K27+480~K27+560 K27+560~K27+620 K27+620~K27+700 长度 (m) 70 80 80 60 80 起讫桩号 K27+700~K27+760 K27+760~K27+840 K27+840~K27+920 K27+920~K27+980 K27+980~K28+040 长度(m) 60 80 80 60 60

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2.5 排水管道施工

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并在溢水口位置的路基边坡上用 7.5 号砂浆加固做应急急流 槽,避免水池排水时冲刷路基,砂浆厚度不小于 3cm,急流 槽宽 50cm,深 20cm,急流槽示意图如图 4 所示。

在各段水池两侧纵向坝体上各设置两个溢水口,溢水口 标高等于设计水位标高。溢水口的宽度根据当地年平均降雨 量及最大降雨量确定,能够在雨季使多余的雨水及时排走。

图 4 急流槽示意图

2.6 土工膜铺设 在各段的水池上铺一层聚丙烯土工膜,用于隔绝水对路 基的浸泡。土工膜铺设时不应拉紧,留有空闲,中间及纵横 两侧坝底各预留 50cm 长土工膜,预防预压沉降时拉裂土工 膜。 (见水荷载预压横断面图中 P 大样图) ,土工膜铺出坝体 外侧 2m, 防止雨水对坝体冲刷影响稳固, 坝体上的土工膜用 沙袋压住防止被风掀起。

2.7 抽水加载预压 铺好土工膜后,在各池池中各增加一个沉降观测点,沉 降观测平面图如图 5 所示。然后往水池里抽水,进行水荷载 加载预压。抽水分级进行,每次加水 0.5m 高(相当于 0.3m 高砂重) 。经沉降观测符合设计要求后再进行下一级水荷载, 直至达到等载设计水位标高。

图 5 沉降观测点平面图

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2.8 卸载

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便沉降观测。埋设沉降观测点时要注意保护好专用土工膜, 严禁损坏。 (6)抽水加载预压时,第一次加水量控制在 20cm 左右, 检查土工膜不会渗漏后,按级加水。按照沉降观测值严格控 制加水量,每级最大不超过 50cm。在加载期间时,要加强路 基的沉降观测。 (7)由于路基加载等载预压时间要求较长(一般为 6 个 月) ,跨越夏季台风多雨季节,因此要求堤坝用塑料薄膜覆 盖防护,防止雨水对堤坝的冲刷而影响坝体的安全。 4 技术指标分析 (1)土工膜指标分析 本工程采用的土工膜抗拉强度大,抗拉强度(纵/横) 大于 15/13MPa,耐静水压大于 150kPa。而此次水荷载预压 时水所产生的最大压强为 0.027 MPa,土工膜的安全系数为 0.15 MPa/0.027 MPa=5.56。因此,使用该土工膜在水荷载 预压时不会出现被撕裂的现象。 (2)堤坝稳定性分析 沿线路纵向两侧堤坝外侧坡度为 1:1,内侧坡度为 1: 0.5,高度为 2m,堤坝顶部宽度 1m,底边边长为 L1=1+2.0 ×1+2.0×0.5=4m。堤坝稳定性验算示意图如图 6 所示。

水荷载等载预压达到设计要求后,进行卸载。卸载采用 抽水方式, 经沉淀处理后排入附近河涌, 以免污染周边农田。 水池里的水抽干后,移走土工膜及清理干净路基上的杂物, 至此水荷载施工完毕。 3 施工注意事项 (1)禁止在水荷载预压段 100m 范围内进行其它路基包边 土施工,防止路基包边土碾压时震动影响水坝的稳定。 (2)蓄水池必须分层填筑, 分层压实, 压实度不小于 85%, 每层厚度不得大于 30cm,水坝内侧边坡应密实、顺畅,不得 有树根或尖锐物露出。坝顶标高比设计水位高出 50cm。 (3)在每个水池设计水位处堤坝上设置四个溢水口,使 多余水量从溢水口排出,并在溢水口的路基边坡位置用 7.5 号砂浆加固做应急急流槽, 沙浆厚度不小于 3cm, 宽度 50cm, 深 20cm。 (4)土工膜铺设时不得拉紧,中间及纵横两侧坝底各预 留 50cm 长土工膜,铺设时应注意保护好土工膜的完好性, 严禁损坏,如发现有破损或小洞时,应用专用胶水修补好, 保证不漏水。 (5)在各池中央增加沉降观测点时,要保证沉降观测点 的稳固,以防被风吹倒,影响沉降观测的连续性。同时要方

图 6 堤坝稳定性验算示意图 单位:m 堤坝稳定性验算如下: 滑动面以上土体及砂体的重量:G=A × γ =15.5 × 18=279kN/m 土自重引起的切向分力(下滑力) F1=G×sinα =279 : ×sin20.7=98.5kN/m 土 自 重 引 起 的 法 向 分 力 : F2=G × cos α =279 × cos20.7=260.9kN/m 水压力:Fw=0.5×γ ×hw×hw/sinβ =0.5×9.8×2× 2/sin63.4=21.92kN/m 水压力在滑面上的切向分力:F3=Fw×cos(90-β α )=21.8kN/m 水压力在滑面上的法向分力:F4=Fw×sin(90-β α )=2.25kN/m 总下滑力:F=F1+F3=98.5+21.8=120.3kN/m 总抗滑力:P=(F2+F4)×tgΦ + C×L =(260.9+2.25) 10.7=261.3kN/m 所以,安全系数为: Kt=P/F=261.3/120.3=2.17>1.3, 满足规范要求。 5 结语 (1)加载、卸载速度及数量方便快捷,有利于控制路基 沉降速率,从而保证路基稳定。 (2)卸载后筑坝用土可直接作为封顶土施工用料,使资 源得以再次利用,节约施工成本。 (3)可缩短工期,工期对比如表 2 所示。(下转第 43 页) × tg33.4+8.2 ×

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深层袋装砂井在软基处理中的施工技术及质量控制
李鹏举,陈 智,黄国忠
(中港四航局第一工程公司, 广东 广州 510500)
摘 要:本文介绍京珠高速公路广珠北段第 14 标段工程采用袋装砂井进行软基处理的施工工艺、施工经验及质量控制措施。 关键词:袋装砂井;软基处理;质量控制

Construction Technology and Quality Control of Deep Sand Bag Well for Soft Ground Treatment
LI Peng-ju, CHEN Zhi, HUANG Guo-zhong

(The first construction company of the fourth harbor engineering bureau,Guangzhou 510500,China)

Abstract:The paper introduces the construction technologies, experiences and quality control measures of sand bags well for soft ground treatment for section 14 of Beijing-Zhuhai expressway. Key words:sand bag well; soft ground treatment; quality control

1 工程概况与工程特点 京珠高速公路广珠北段第 14 标段工程,本标段路线全 长 3.38km,其中路基总长 1.679km,全标为整体式路基,软 基处理平均宽 52m。分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四区,其中Ⅰ区的 袋装砂井的长度为 15.2m;Ⅱ区为 18.7 m;Ⅲ区为 23.5 m; Ⅳ区为 25.1 m。袋装砂井间距为 1.1~1.4 m 的梅花桩布置, 合计 85543 根,袋装砂井总长 1516583.3 m。路基断面示意 图如图 1 所示。 工程特点:

(1)本标段软土层较厚;处理深度达 15~25m。 (2)袋装砂井直径小、间距小;设计袋装砂井间距为 1.0~1.4m,砂井直径 7cm。 (3)工程量大、工期短;袋装砂井处理里程达 1679m,总 长 1516583.3 m,要求四个月内完成。 (4)质量要求高;要求提高路基的稳定性,加快施工期 沉降,减小工后沉降,增加路堤的稳定性,袋装砂井的质量 直接影响施工期路基沉降。

图 1 路基断面示意图 收稿日期:2005-04-01 作者简介:李鹏举(1971-) ,男,高级工程师,从事路桥施工管理工作。

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2 地质情况

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质情况大致可分为三层:第一层为种植土,其高度在 0.6~ 1.0 m 之间;第二层为淤泥及淤泥质粘性土,其高度在 15~ 24m 之间;第三层为砂层,作为袋装砂井的支承面。根据软 土地质特征,设计采用袋装砂井结合砂垫层预压的垂直排水 固结法预压软基处理方案。

本标段路基位于珠三角平原水网区,软土呈厚层状大面 积连续分布,软土为淤泥及淤泥质粘性土层,呈深灰、灰黑 色流塑状, 压缩性高, 含水量较高, 工程力学性能较差。 (详 见表 1 主要处理土层的物理学指标) 。袋装砂井软基处理地

表 1 主要处理土层的物理学指标
土层名称 淤泥 淤泥质粘性土 砂 天然含水量 (%) 67.95 48.53 湿密度 /g/cm
3

孔隙比

比重

液性指 数

压缩系数 /MPa1.61 0.60
1

压缩模 量/MPa 1.82 3.41

渗透系数 K20/10 cm/s 3.23 2.91
-6

固结系数 /10 cm /s 3.91 4.42 10.1
-4 2

1.79 1.72

1.77 1.18

2.63 2.72

1.79 0.71

3 袋装砂井施工的机器及设备 目前袋装砂井常采用的机器有:滚动式砂井机、履带式 砂井机等。滚动式砂井机自重大,不易操作,操作工序多, 使用不方便工效低。且滚动式砂井机使用时必须用旧机油作 滚动钢管的润滑剂,旧机油容易污染环境,所以施工中尽量 避免使用。 履带式砂井机使用行走方便,操作简单,方便施工。建

议施工中多组织此类机型,加快施工进度的同时保证了工程 质量。 袋装砂井施工须配备装砂机用灌砂袋用和一台抽水机 以便灌砂袋时用。 4 袋装砂井的施工工艺 施工工艺流程图如图 2 所示。

准备工作

测量放样

装砂袋

机器就位

打入钢套管

放入砂袋
图 2 施工工艺流程图

拔出钢套管

移机埋设砂袋

4.1 准备工作 准备工作包括测量放样,安装机器,备足砂料,其中砂 料必须按里程作业线的前进方向分段堆放,做好施工组织、 技术交底、安全交底及环保交底工作。 4.2 袋装砂井施工步骤 (1)测量放样:根据施工流水线,对需施打的袋装砂井 用皮尺放出每根施打的位置,插上小竹条或硬胶条做好标 记。 (2)装砂袋:装砂机可采用可装配式钢管杆件搭设四方 支架,中间设滑轮,由卷扬机通过滑轮吊起装砂料斗,在料 斗底部设置出料钢管,然后将砂袋套入出料钢管口进行装 砂,砂袋必须采用机械灌砂和人工辅助抖实。 (3)机器就位:左右或上下移动机器,使袋装砂井机钢 套管对准位置,由工人合拢钢套管底活瓣准备沉管。 (4)打入钢套管:机器就位后,立即闭合振动锤电路,

利用振动锤的动力将钢套管沉至设计深度为止,打入钢套管 应垂直不得弯曲。 (5)放入砂袋:钢套管沉入设计深度后,先加入少许水 后将砂袋一头用袋装砂井机的钢丝绳绑起放入钢套管内,砂 袋放入后加少许水防止砂袋回带。 (6)拔出钢套管:当砂袋放入钢套管加水后开始拔出钢 套管,直至钢套管离开地面,然后移到下一个井位,进行下 一根袋装砂井施工 (7)移机埋设砂袋头:施工完毕后应将砂袋头留出砂面 方便监理工程师进行隐蔽工程检查。 5 袋装砂井施工中的常见问题 5.1 回带 成井后,袋装砂井中部断裂或下部无砂袋,即回带。 原因分析: (1) 钢套管拔出提升太快,提管时,闭合振动锤电路

的工人与地面的工人之间相互配合不好,致使砂袋回带。

(2)在拔管提升前,加水太少,钢套管内被淤泥反压进

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来,造成回带。 (3)钢套管盖口过小或过大。

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原因分析:

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袋装砂井机安放不平,或砂垫层不平整。 预防措施: 施工时, 应尽量把机器和钢套管摆放垂直, 砂垫层整平。 6 工程质量控制 6.1 灌砂量 袋装砂井施工过程中,灌砂量的控制是保证加固软土地 基施工质量的关键,砂袋的灌砂量的多少,是袋装砂井隐蔽 工程质量的主要标志,因此施工过程中砂袋灌砂应饱满,砂 袋灌砂率(R)可按下式计算:

(4)本标段软土层较厚,袋装砂井处理深度达 15~25m, 底层为淤泥质粘性土层或细砂层,深层袋装砂井施工容易出 现回带。 预防措施: (1)严格控制拔管速度,拔出钢管时应将砂袋垂直吊在 袋装砂井机上缓慢放入钢套管,保证了砂袋的质量,同时闭 合振动锤电路的工人与地面的工人之间相互配合好,使之同 步工作。 (2)钢管沉至设计深度后,往钢套管内灌水以平衡管内 外水压,因为袋装砂井深度深,管底压力大,容易将淤泥从 管口压入管内,为了减小管内压力往管内灌水反压,将减少 淤泥进入管内造成回带。 (3)钢套管盖口不应过小或过大,过小或过大容易在沉 管过程中淤泥进入钢套管,应将钢套管盖口缝控制在 1mm 空 隙之内。 5.2 砂袋断裂和破损 砂袋放入钢套管时出现砂袋断裂或装砂袋过程中出现 砂袋破损。 原因分析: 砂袋质量问题 预防措施: (1)砂袋应采用具有资质的正规厂家生产、并具有合格 证的砂袋。 (2)砂袋抗拉强度应达到设计 15kN/m,渗透系数达 7.0cm/s 的要求。 5.3 缩颈 成井后,砂桩身局部直径小于设计要求的直径。 原因分析: (1)工人装砂袋不够饱满、密实(砂袋灌砂量不足) 。 (2)砂质量问题。 预防措施: (1)使用灌砂机灌砂,人工铺助抖实。装好后保证砂袋 饱和密实、砂袋呈柱状,砂袋应随装随打,不应堆存过多过 久,以免砂袋老化、松弛,更不宜在太阳底下暴晒,砂袋暴 晒后容易松弛,无法满足砂桩密实要求。 (2)施工中的砂尽量采用细度模数>2.7,砂颗粒大于 0.5mm 含量占 65%以上,含泥量小于 3%,渗透系数大于 5× 10-3cm/s、天然级配良好的中粗河砂。良好的中粗河砂透水 性好,有利于软基排水固结,所以在施工中尽量使用级配均 匀中粗河砂。 5.4 竖直度 成孔后井孔倾斜

R?

msd ? 100% 0.78Ld 2 Pd

式中:msd 为实际灌入砂的质量,kg;d 为砂井直径,m;L 为 砂井深度,m; Pd 为中、粗砂的干密度,kg/m3。 但实际上,砂袋装砂后会出现膨胀,造成灌砂量增大, 因此用重量来确定灌砂量有少量偏差,根据实验结果砂袋灌 砂量应达 6.8kg/m 以上,砂袋才能达到饱满。 6.2 砂的质量 砂的质量是保证袋装砂井的透水性和软基础排水固结 的重要因素,采用天然级配良好中粗河砂,细度模数>2.7, 砂颗粒大于 0.5mm 含量占 65%以上、含泥量小于 3%,渗透系 数大于 5×10-3cm/s;因为砂颗粒大于 0.5mm 含量占 65%以 上的砂级配好容易砂袋装砂,灌砂量也有保证;含泥量小, 则透水性好。因此施工中必须严格控制砂的质量。 6.3 袋装砂井间距 (1)施工前严格按设计图纸绘制布桩图,并用小竹条或 硬胶条准确布桩,施工过程中应经常检查井位,确保井距及 整体布井位置线形。施工人员应固定,并尽量采用熟练操作 工人,钢套管下管时应由专人负责,保证砂袋间距符合设计 要求。 (2)施工现场必须放出中线、边线作布桩控制点,根据 地质资料和地质情况分段标识出桩间距等,方便施工。 7 结语 (1)深层袋装砂井在高速公路应用,如何控制好施工质 量是关键,且袋装砂井质量直接影响到路基整体排水固结效 果。 (2)袋装砂井施工应根据设计地质资料及试桩情况,分 段进行标识,施工过程中要经常检查井位,确保井距及整体 布井位置准确。 (3)袋装砂井软基处理属隐蔽工程,且通常是昼夜连续 施工,应加强对施工工艺、长度变化、砂袋灌砂质量等进行 严格监控,确保工程质量。

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浅谈混凝土的泌水及其质量控制
周翰斌 1,吴小晗 2
(1.中港四航局第一工程公司,广东 广州 510500; 2.广州市新科化学建材有限公司,广东 广州 510540)

摘 要:文章从水泥混凝土拌和物产生泌水的角度出发,分析泌水对混凝土性能的影响,并叙述了减少混凝土泌水、以保证 混凝土质量的措施。 关键词:混凝土;混凝土泌水;质量控制

A Discussion of Concrete Bleeding and Its Quality Control
ZHOU Han-bin1 ,WU Xiao-han2

(1. The first construction company of the fourth harbor engineering bureau, Guangzhou 510500,China; 2. Singke Chemical and Construction materials company Ltd, Guangzhou 510540, China)

Abstract:From the angle of concrete bleeding, the paper analyzes the influence of bleeding to concrete performance, and introduces the measures to reduce bleeding and to assure the concrete quality. Key words:concrete; concrete bleeding; quality control

水泥混凝土是目前所有建筑材料中用量最大、用途最广 的材料之一,但不少工程在混凝土施工过程中往往出现了泌 水现象,导致混凝土结构的耐久性和外观质量达不到预期的 要求。本文从水泥混凝土拌和物产生泌水的原因出发,分析 泌水对混凝土性能的影响,提出减少混凝土泌水、以保证混 凝土质量的一些措施。 1 混凝土拌和物产生泌水的原因 水泥混凝土一般是由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水和 外加剂等材料按一定的比例拌制而成,新拌混凝土的性能主 要包括和易性、坍落度损失、含气量、泌水率等,要求其所 有组分及气泡分布应均匀稳定,但是混凝土拌和物往往在拌 制后一段时间或振捣成型后出现水分上浮溢出,即泌水现 象。泌水后的混凝土虽在宏观上是均匀的,但实际上其表面 和内部结构局部并不均匀,硬化后混凝土结构的使用性能也 受到影响。 有关资料表明,参与水泥水化的水仅占水泥用量的 20%~25%[1] ,但实际上,普通混凝土拌和物的水灰比一般 在 0.40~0.60 之间,即使是低水灰比的高性能混凝土的水 灰比也需在 0.28~0.35 之间。在混凝土拌和物中,有三 收稿日期:2005-05-13 作者简介:周翰斌(1969-) ,男,高级工程师,从事路桥工 程技术工作。

种存在方式的水,一是以严格的定量与水泥水化反应的那部 分水,不能被邻近部位的水置换,也无法溢出拌和物;二是 干燥的胶凝材料、骨料表面会吸附一定量的水分,这部分水 受到上述材料的表面吸附,在混凝土中起充分扩散及溶解水 泥颗粒的作用,是逐步完成水化反应的必需条件,它不能溢 出拌和物,但是可以被邻近部位的水置换,并在混凝土硬化 后容易受到水分蒸发的破坏,这部分水可称为湿润水;三是 混凝土拌和物中其它的水, 称为游离水, 这部分水是自由的, 在混凝土拌和物中起润滑作用,混凝土坍落度在很大程度上 取决于游离水数量的多少及其润滑效果,游离水与胶凝材 料、骨料的联系较少,可以溢出拌和物。溢出混凝土拌和物 的游离水上浮,形成泌水。 泌水一般发生在混凝土拌和后至浇筑后终凝的塑性收 缩期,游离水要从混凝土内部泌出到表面,需要经过较长距 离的弯弯曲曲的毛细孔,最后到达表面。如果拌和物的粗细 骨料级配良好,堆积密实,孔隙很微小,则游离水溢出需要 经过的距离很长,会使泌水量减少;如果游离水溢出的通道 被阻断,泌水量也会减少。 2 泌水对混凝土性能的影响 泌水对混凝土性能并非没有影响的,首先泌水本身在混 凝土中是不均匀产生的,泌水以后的混凝土组分变得不均 匀,混凝土在泌水部位产生空隙缺陷,导致该部位的抗压、 抗拉强度并不会由于该处的水灰比下降而升高,反而是强度

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降低了,这些部位强度的下降会造成混凝土整体强度降低。 不过,泌水对混凝土强度的影响很有限,但对混凝土的抗冻 性、抗渗性及防止钢筋锈蚀等耐久性能的影响则很大。从泌 水的产生机理可知,水分从混凝土内部泌出到表面,在混凝 土中形成了从里到外贯通的通道,虽然这些通道很难直接或 通过仪器观察到,但对于抗氯离子渗透性能要求很高的海洋 工程混凝土影响很大,对混凝土的抗腐蚀、抗冻性能影响也 很大,这是由于来自海水中的具有极强穿透能力的氯离子、 含盐雾潮湿大气中的氧和湿气等腐蚀性介质很容易沿着泌 水留下的通道进入混凝土内部,到达钢筋表面引起钢筋锈蚀 [2] ,或者直接与水化产物发生腐蚀反应;同样由于泌水通 道的存在,使长期受风霜雨雪侵蚀的混凝土内部很快达到水 饱和状态,高度饱和的混凝土在冻融循环作用下,很快产生 冻融破坏,这对于抗冻混凝土来说是不允许的。还有,混凝 土浇筑后产生泌水,水蒸发量超过一定程度,由于毛细管的 收缩作用,就会在混凝土表层产生塑性收缩,由于砂石比重 大于胶凝材料浆体比重,会发生不均匀沉降收缩,如果混凝 土终凝前抹压不够和养护不及时,就会产生塑性裂缝,这些 裂缝的产生, 同样会严重影响到混凝土的耐久性。 另一方面, 泌水挟着水泥沿着混凝土结构的模板接触面溢出,引起砂 线、露砂等不仅只是外观质量缺陷,也是直接会影响到混凝 土强度和变形性质的内部质量问题。 3 影响混凝土泌水的因素 3.1 水泥 水泥的品种、细度、颗粒形态、矿物组成以及混合材料 的掺量、活性都会影响到混凝土的泌水。水泥细度越高,比 表面积越大,则湿润水泥表面所需的水量越多;同时如果水 泥较细,其反应活性增加,水化所需的反应水也会增加,这 两部分水的增加将使可以溢出的自由游离水减少,从而对降 低泌水有利。另外,较细的水泥会细化混凝土中的孔隙,降 低孔隙连通性,减少泌水通道数量,增大泌水通道距离,使 泌水量减少。水泥颗粒形态不同,其比表面积也不同,需要 的湿润水不同,同样影响到混凝土的泌水。通常普通水泥的 混凝土拌和物比矿渣水泥拌和物的泌水要少。 3.2 掺合料 粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰均属于活性掺合料,它们都 含有大量的活性氧化硅、氧化铝。优质粉煤灰中小于 45μ m 的颗粒含量一般在 75%以上,具有比水泥更多的球形颗粒, 颗粒圆整、表面光滑、粒度较细、质地致密,这些形态上的 特点促使水泥浆体的需水量降低 , [3]减水率一般可达 4%~ 10%,可显著改善混凝土拌和物的流动性、可泵性,坍落度 的经时损失较少;磨细矿渣粉的比表面积大于 400m2/kg 以 上,比一般水泥高,具有较好的保水性,改变了矿渣硅酸盐 水泥泌水大的缺点; 硅灰颗粒非常细, 比表面积是水泥的 6~ 7 倍。掺入适量的高细度优质掺合料,减少混凝土拌和物泌 水可从以下三个方面理解:一是掺合料与水泥水化产物 Ca(OH)2 进行二次水化反应,改善了水泥石的孔结构,从根 本上改善混凝土的微观结构性能,对浆体与骨料界面起到了

致密作用,使粗孔隙和连通主细孔被堵塞,混凝土的初始结 构致密化,减少了泌水通道,降低水分溢出;二是掺合料的 粒度比水泥小,比表面积较水泥大很多,对水分的吸附作用 加强,减少了可泌游离水;三是掺合料颗粒细小,提高了混 凝土中固相堆积密实度,混凝土中的孔隙细化,泌水通道减 小,通道距离增加,也阻碍了水分泌出;四是粉煤灰的密度 较小,相对于水泥而言,不易产生浆体沉降离析,拌和物保 水性和均匀性较好, 有利于减少泌水。 从混凝土拌和物发现, 随着掺合料细度的提高,都表现为较强的减水作用,同样的 坍落度条件下,混凝土外加剂的用量明显的减少,直观黏度 下降,工作性提高,减少了泌水,混凝土的抗渗性能大幅度 的提高, 随着细度的提高混凝土的收缩有下降的趋势。 当然, 粉煤灰对新拌混凝土泌水的积极作用是在粉煤灰品质较好 的前提下,品质差的多孔的粗粒状粉煤灰、含碳量过高的粉 煤灰, 或组成中含大量石灰和石膏的粉煤灰, 其需水量增大, 会使混凝土的可泌水数量增大。 3.3 混凝土配合比 影响混凝土泌水的配合比因素主要有胶凝材料用量、砂 率、水灰比和选用的骨料性质。胶凝材料用量增加或者砂率 增加,混凝土拌和物颗粒的总比表面积增大,所需湿润水量 增加,使可泌游离水的数量减少。另外细颗粒用量增加,使 泌水通道长度增加,对减小混凝土泌水有利。胶凝材料用量 增加,可增加混凝土的粘聚性、改善保水性,对减少泌水有 利。混凝土中的单位用水量与泌水有直接的关系,如果其他 材料比例关系保持不变,用水量增加,将使混凝土拌和物的 可泌游离水量增加,泌水增大。亲水性的骨料表面能很好地 被水或水溶液所湿润,比憎水性骨料的泌水少。砂石中夹杂 的粘土矿物或者杂质对提高了混凝土拌和物的需水量,对减 少混凝土泌水也有十分不利的影响。 3.4 含气量 混凝土拌和物中气泡的润滑作用不但可以有效减小颗 粒间的摩擦阻力,改善混凝土的和易性,还对新拌混凝土的 泌水有较明显影响。新拌混凝土中的气泡由水分包裹形成, 如果气泡能稳定存在,则包裹气泡的水分被固定在气泡周 围。如果气泡很细小、数量足够多,则有相当多量的水分被 固定,可泌的水分大大减少,泌水率显著降低。另外,如果 泌水通道中存在气泡,气泡就如一道关口阻断通道,使自由 游离水分不能泌出,即使不能完全切断通道,也使通道有效 面积显著降低,减少泌水量。当然减少泌水需基于使用优质 的引气剂, 混凝土中的气泡能稳定存在, 而且气泡足够细小。 但是,气泡的存在会使混凝土强度有所降低。 3.5 减水剂 由减水剂的作用机理可知,极性分子吸附在水泥颗粒周 围,使得颗粒之间相互排斥,减少絮凝作用,释放被水泥颗 粒包裹的水分,同时使水泥颗粒表面的吸附水层变薄,所需 的湿润水量大大减少,会使新拌混凝土中的可泌游离水量增 加,使泌水增大;但另一方面,由于减水剂的减水作用,相 同坍落度的混凝土所需的拌和水量大大减水,使混凝土中的

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可泌游离水量减少。混凝土的最终泌水量将取决于哪种作用 起主导作用[4] 。 减水剂与水泥的匹配相容性也明显影响到混凝土的泌 水,符合规范要求的不同减水剂与水泥拌和,使用效果可明 显不同, 甚至完全相反的现象, 可以有差别很大的泌水结果。 影响两者相容性从而影响到混凝土泌水的主要因素有:①水 泥中可溶碱含量;②水泥细度;③水泥中的 C3A 含量和石膏 类型;④减水剂的分子链长短和分子量,如果减水剂的分子 量较大、分子链较长,混凝土的泌水将减少,但是减水剂的 减水率较低; 如果分子量较小、 分子链较短, 则减水率增大, 但此时混凝土的泌水率增大。有些减水剂在主分子链上存在 支链,无论主链或支链,较长时混凝土泌水减少,但减水率 也相应降低,如果主链短而支链长,则泌水减少的同时,对 减水率影响不大。 3.6 混凝土施工 影响混凝土泌水的主要施工因素为搅拌和浇筑振捣工 艺。混凝土拌和时间适当,搅拌均匀,利于减少泌水。振捣 过程中,混凝土拌和物处于流动状态,此时混凝土中的游离 水在振捣力、 混凝土自重作用下, 很容易通过泌水通道溢出。 如果为泵送混凝土,泵送压力作用使混凝土中气泡受到破 坏,导致泌水增大。 4 减少混凝土泌水的措施 从混凝土拌和物产生泌水的原因和影响混凝土泌水的 因素出发,可采取以下几个方面的主要措施来减少甚至避免 混凝土的泌水,以保混凝土获得预期的耐久性。 ⑴适当提高水泥的细度,选用优质的掺合料和级配良 好、 空隙率小的骨料。 宜选用标准稠度低的中热硅酸盐水泥、 普通硅酸盐水泥,不宜采用矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐 水泥、粉煤灰硅酸盐水泥,不宜采用上述水泥的原因是对它 们已有的混合材掺量不易掌握,更重要的是外掺的各种掺合 料与已掺入水泥的混合材在材质上虽是相同的,但是水泥生 产工艺决定了所用的混合材无法达到掺合料的细度水平。 ⑵选用与水泥相容性好、泌水率小的高效减水剂。混凝 土配制过程中,需专门检验两者的匹配相容性,这是很重要 的一环。减水剂一般不是由单一分子量的分子组成的高分子 有机物,而是各种分子量的分子混合组成。在既要减少泌水 又要保证减水率的情况下,需要优化减水剂的分子量级配, 使得小分子和大分子物质达到最佳搭配关系。目前混凝土减 水剂一般是复合型减水剂,生产一般分为两个过程,即合成 过程和复配过程,合成过程中的改进主要是优化有机高分子 减水剂的分子量级配,复配时,则应复合对改善泌水有利的 组分,如适量的高品质引气剂或羧甲基纤维素、羟乙基或羟 丙基纤维素等能减少泌水的物质。 ⑶优选混凝土的配合比。混凝土的配合比设计是一个反 复试配、不断改善提高的过程,为减少泌水,在配合比设计

时,可适当增大胶凝材料用量特别是优质掺合料的掺量;适 当提高混凝土的砂率;在满足其他性能的前提下,使用适量 高品质的引气剂;在保证施工性能的前提下,尽量减少单位 用水量, 降低水胶比; 采用的粗骨料最大粒径不宜大于 25mm, 有利于保证混凝土的搅拌均匀性,减少泌水;如果配合比固 定,在满足使用要求的情况下,选用减水率合适的减水剂及 掺量,避免减水率过高造成泌水。 ⑷采用良好的混凝土施工工艺。采用适宜的拌和程序 (如二次投料工艺),搅拌时间要足够,控制混凝土输送过程 中含气量的损失;严格控制混凝土振捣时间,避免过振;振 捣过程中若出现泌水应及时排除;防雨措施要到位;已经浇 筑成型的重要混凝土构筑物,还可采用真空吸水方法,进一 步减少游离水,降低孔隙率;混凝土抹面后,应立即覆盖, 防止风干和日晒失水;终凝后,顶面应立即开始持续潮湿养 护足够时间。 5 结语 泌水现象是新拌混凝土的一种特性,但泌水对混凝土的 耐久性影响是较大的,它关系到浇筑成型后的混凝土结构能 否获得预期的耐久性设计指标。 解决混凝土拌和物的泌水也一直是一个难题,缺乏直接 的减少混凝土泌水的方法,原因在于泌水受到很多因素的影 响,它几乎与混凝土生产的所有环节有关,如胶凝材料、配 合比设计、含气量、外加剂、振捣施工等,但是没有哪个因 素可起关键性作用,不能通过该因素直接解决泌水问题。解 决新拌混凝土的泌水只能从各个环节共同改进,使各因素的 作用得到综合发挥,才能使混凝土的泌水得到彻底解决。但 是要做到这一点,工程技术人员必须具备并充分掌握混凝土 各个材料组分的性质及其相互作用的知识,以及较丰富的工 程经验,综合平衡考虑混凝土拌和物的工作性、硬化后混凝 土的强度、变形和耐久性,否则也很难配制出理想的无泌水 混凝土,或者只是配制出试验室条件下各性能指标理想的所 谓无泌水混凝土,但浇筑成型后的混凝土结构则达不到设计 的耐久性指标。 参考文献: [1] 蔚建华.预应力混凝土桥梁施工技术要点[M]. 北 京:人民交通出版社, 2004. [2] 赵平.浅议影响海工混凝土耐久性的因素[J].港口 工程,1997,4. [3] 李俊毅.论耐用 100 年以上海工混凝土的基本技术 . [J] 水运工程,2002,5 [4] 张云理,卞葆芝.混凝土外加剂产品及应用手册 [M] . 北京:中国铁道出版社, 1988.

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● 试验研究

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港工桩基嵌岩锚杆受力特性的现场试验研究
蔡苏荣,姚 三
(广州四航工程技术研究院, 广东 广州 510230)
摘 要:本文介绍了在深圳港盐田港区三期码头工程进行的桩基嵌岩锚杆受力特性现场试验,并对试验结果进行分析,为桩 基嵌岩锚杆工程的设计施工提出了建议。 关键词:深圳港;桩基嵌岩锚杆;受力特性;试验研究

Site Test Study on Mechanical Characteristic for Anchors in Piles of Harbor Engineering
CAI Su - rong,YAO San
(Guangzhou Sihang Institute of Engineering Technology, Guangzhou 510230,China) Abstract:This paper introduces a site test of mechanical characteristics for anchors in rock in piles of harbor engineering in the third stage of Yantian harbor construction, and analyzes the results of the test. Rational proposal is offered for the design and construction of anchors in piles. Key words:Shenzhen Port; Anchors in Piles; Mechanical Characteristic; Test Study 1 前言 近年来,随着码头大型化的发展,桩基嵌岩锚杆作为解 决桩基轴向抗拔承载力问题的新技术开始在我国的港口工 程中引进使用。但国内缺乏对此进行综合试验研究,其受力 特性与受力特点仍未完全掌握。 中港四航局承建的深圳港盐田港区二期码头工程在国 内码头建设中首次大量采用了桩内嵌岩锚杆技术。为了解桩 内嵌岩锚杆在岩层中的受力特性与受力特点,以此确定锚杆 的嵌岩锚固长度及评定锚杆系统的抗拔能力,指导桩基嵌岩 锚杆工程的设计施工,中港四航局立项并由广州四航工程技 术研究院承担了“港工桩基嵌岩锚杆的受力特性试验研究” 研究课题。在二期工程中进行陆上模拟试验,研究嵌岩锚杆 在微风化岩中的受力特性与受力特点,其研究成果可参见文 献[1] 。作为研究项目的延伸,在盐田港区三期码头工程的 施工中,我们进行了现场条件下的试验研究,研究了嵌岩锚 杆在中风化岩和其它地层中的受力特性与受力特点。 本文主要介绍了现场试验的研究成果。 采用全桥自补偿方式在锚杆上粘贴电测应变片的方法 测量锚杆的荷载~应变传递规律。 2.1 试验工作原理 试验采用空心千斤顶进行加载。在每级荷载作用下,钢 收稿日期:2005-05-23 作者简介:蔡苏荣(1965-) ,男,高级工程师,从事港口工 程专业。 锚杆的变形及应变分别由百分表和应变仪读出,应变仪测出 的读数经换算变成钢锚杆的主应变。其试验系统图如图 1 所 示。
标称直径 /mm 36

2 试验设计 现场试验选择在具有代表性地层的 G19 桩,考虑到与陆 上模拟试验一致及工程的实际需要,现场试验布置一根单孔 四锚杆,锚杆孔径为Φ 260mm,锚杆锚固长度为 9.78m(只考 虑中风化凝灰岩) 。锚杆的主要工艺参数、施工方法与实际 工程锚杆相同。试验锚杆的主要工艺参数如表 1。

表1
标称截面 /mm
2

试验锚杆主要工艺技术参数
屈服强度 /MPa 930 极限强度 /MPa 1080 弹性模量 /MPa 1.903*10
3

泊松比

1080

0.3

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2.2 试验加载程序及观测时间 试验的技术要求和加载程序执行盐田港区三期工程技术条件书 27.39 条台风锚定试验的有关规定。 表 2 为该技术条件书规定的加载程序。该规定原为验收试验而制定,本次现场试验在该规定的基础上,增加加载循环数 (1.75WL、2.0WL、2.1WL、2.2WL?) ,直至锚杆屈服。 每级荷载须持续一段观测时间Δ t(5min),记录这段时间内伸长增加量,并按照表 3 的限定值检查是否符合要求。 表 2 锚杆试验加载程序 表3 锚杆试验观测时间

表 3 中,如果不满足条件(a) ,观测时间则增加到 3Δ t,并对照条件(b)进行测试;如果不满足条件(b) ,观测时间则 增加到 10Δ t,并对照条件(c)进行测试。 3 试验结果及分析 3.1 荷载~位移关系 锚杆的荷载~位移关系如图 2 所示。 由荷载~位移曲线可知,当荷载不大时,锚杆端部位移与张拉荷载基本上是一直线,成线性比例关系。钢锚杆在 1.75WL 试验荷载范围内,曲线无明显拐点,钢锚杆仍处于弹性变形阶段。当试验荷载超过 1.75WL,达到 2.0WL 时,锚杆开始进入强 化阶段,但卸载后,残余变形很小,表明锚杆还没有完全屈服,能继续工作;当试验荷载超过 2.0WL,达到 2.2WL 时,锚杆端 部位移显著增加,卸载后有较大的残余变形,表明锚杆已经受力破坏。 3.2 时间~位移关系 锚杆的时间~位移关系如图 3 所示。 由时间~位移曲线可知,在每级试验荷载持续时间内,锚杆的伸长量很快趋于稳定,满足试验设计标准,同时表明锚杆 与灌浆体、灌浆体与岩体之间的相互作用良好;第一级荷载作用下的锚杆伸长量较大,是由于锚杆在自重的作用下引起的初 始弯曲以及在加载过程中,地基和锚杆出现瞬时变形(时间很短) 、各种连接的孔隙的消失,使得锚杆初始变形比较大。 3.3 锚杆沿锚固深度的应变分布 锚杆沿锚固深度的应变分布如图 4 所示。 钢锚杆在受拉时的应变由应变仪读数换算而成,分析所 用应变为 4 根锚杆各级荷载稳定时的平均应变,根据应变应

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力关系可计算出钢锚杆不同荷载不同深度的应力值。

此锚杆受荷时,不能将荷载均匀的分布在固定长度上,应力 主要集中在灌浆体的上部。在多数情况下,随着锚杆上荷载 的增大,在荷载传至固定长度最远端之前,锚杆与灌浆体、 灌浆体与岩体就会出现粘结效应逐步弱化或脱开,当处于固 定长度深部的地层强度开始被利用时,固定段前端的地层已 超出其强度,该处锚杆与岩体界面上只剩下一些残余强度。 随着对锚杆施加荷载的增加,杆体与灌浆体粘结应力的最大 值移向锚固段的下端,并以渐进的方式发生滑动和改变粘结 应力的分布,从锚固作用的起始到基本中止整个长度只有

图4

锚杆应变随深度变化的关系曲线

从锚杆应力、应变随锚固深度变化的曲线可以看出,由 于岩层以上各地层强度比较差,在锚杆受荷不断增大时,固 定段前端不断失去锚固作用,直到粘结效应进入中风化凝灰 岩层 1 m 左右后,才发挥实质性地锚固作用,这时锚杆应变 随深度的增加迅速衰减,进入中风化岩约 6.5 m 时,锚杆应 变趋于零。这说明,锚杆应变的传递深度只能到达中风化岩 层约 6.5 m。 3.4 水泥浆粘结力沿锚固深度的分布 为研究水泥浆粘结力沿锚固深度和随锚杆应变的变化 规律,采用文献[2]给出的单位面积粘结力 ui 的概念,并 按下式计算水泥浆对于锚杆的分段单位面积粘结力: 3.5m 左右。 图 5 水泥浆粘结力沿锚固深度的变化曲线 4 结论及建议 (1)锚杆在中风化凝灰岩中的应变传递深度不超过 6.5m。对比文献[1]在微风化凝灰岩中的研究成果,证明 锚杆应变的传递深度随着岩层抗压强度的增加而逐渐减小。 试验证明中风化凝灰岩可以作为嵌岩锚杆的锚固层,考虑到 实际施工中强风化与中风化岩层分层存在误差,为安全计, 锚固深度定为 10 m 左右较为合适。 (2)在 1.5WL 试验荷载作用下,钢锚杆仍处于弹性阶 段。在持续观测时间内,锚杆的伸长量变化很快趋于稳定, 锚杆系统的抗拔力可满足设计要求。 (3)灌浆体的粘结力主要集中在中风化岩面下 3.5 m 范围内,灌浆体的极限粘结力随应变增加有逐渐增大并向孔 深方向发展的趋势。灌浆体仅在中风化岩层中产生作用,锚 固应力的分布长度有限且不均匀。控制水下灌浆施工质量尤 其是中风化岩段的施工质量是保证桩内嵌岩锚杆系统施工 质量的关键。由于岩层裂隙或地下承压水等等不利因素的影 响,灌浆施工时容易出现漏浆事故。建议施工时应采取严格 的质量保障措施,确保水下灌浆施工质量。 参考文献: [1] 蔡苏荣,港工桩基嵌岩锚杆受力特性的试验研究,水 运工程 2001 No 8. [2] 陈仲颐,叶书麟,基础工程学[M].北京:中国建筑 工业出版社,1995. [3] T.H.汉纳(英).锚固技术在岩土工程中的应用[M]. 北京:中国建筑工业出版社,1986

ui ?

( pi ? pi ?1 )d 4 Li

式中:pi、pi-1 分别为 i 和 i+1 截面上锚杆应力;d 为锚杆直 径;Li 为各区段的长度。 分段分析锚杆的水泥浆单位面积粘结力,得到其沿锚固 深度和随锚杆应变的变化规律分别如图 5 所示。 灌浆体的粘结力主要集中在中风化岩面下 3.5 m 范围 内,灌浆体的极限粘结力随应变增加有逐渐增大并向孔深方 向发展的趋势。灌浆体仅在中风化岩层中产生作用,锚固应 力的分布长度有限且不均匀。它表明:在岩体中埋设锚杆, 由于围绕杆体的灌浆体与岩体的弹性特征难于协调一致,因

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预应力孔道灌浆高性能浆体的试验研究
周翰斌,卢任贵
(中港四航局第一工程公司, 广东 广州 510500)

摘 要:介绍后张预应力孔道灌浆中高性能水泥浆体的配制,并通过相关试验,对灌浆浆体的配比与性能进行了研究。 关键词:预应力;高性能灌浆材料;孔道灌浆;试验

Experiment and Study on High Performance Cement Mortar for Grouting in Prestressed Duct
ZHOU Han-bin, LU Ren-gui (The First Construction Company of the Fourth Harbor Engineering Bureau,Guangzhou 510500, China)

Abstract:The paper presents the making of the high performance cement mortar for post-tensioning prestressed duct grouting, including relevant tests to study mix ratio and performances of these grouting materials. Key words:prestress; high performance grouting material; duct grouting; test

1 前言 孔道灌浆对后张预应力混凝土结构的重要性不言而喻, 灌浆的质量将直接影响到预应力的效率和结构的耐久性。近 年来不少桥梁事故的发生和提前维修加固,使人们认识到这 与孔道灌浆存在着灌浆料泌水收缩产生孔隙、灌浆不密实、 不饱满,孔隙中滞留或渗入水分、预应力筋得不到水泥浆体 的防锈保护,致使桥梁承载力下降有很大关系。孔道灌浆试 验研究和实践证明,国内较多采用的普通压力灌浆工艺出现 的灌浆不密实、不饱满缺陷[1] ,主要原因有三个方面:灌 入孔道的浆体本身泌水收缩留下的空隙;搅拌时混在浆体中 的气泡;灌浆时留在孔道中无法排出的气泡。对于后两个原 因引起的孔隙,目前已普遍采用真空吸浆工艺在灌浆之前抽 走孔道内的绝大部分空气和消除搅拌时混在浆体中的空气, 但该工艺不能消除浆体本身泌水造成的孔隙,这一问题必须 在浆体设计中加以解决。 为克服水泥浆体泌水引进的孔隙,提高孔道灌浆的饱满 度和密实性,必须从组成灌浆浆体的原材料出发,改善浆体 的组份,配制高性能灌浆浆体,从而达到降低浆体的泌水收 缩率的目的。 2 高性能浆体的性能要求 目前在海洋工程中对高性能混凝土(HPC)的研究与应用 取得了很大的成就,通过研究与实践对高性能混凝土的认识 也得到了很大的进步,但对于预应力孔道灌浆的高性能浆体 的研究还不多。虽然目前工程界还没有高性能浆体的确切定 义,但笔者认为应有别于文献[2]所规定的普通水泥浆的 特性,包括: (1)具有较长时间良好的流动性、易于泵送和灌注; (2)不析水、不离析、无收缩或有一定的膨胀,以保 证浆体硬化后孔道填充密实,渗透性小,抗腐蚀性能高; (3)较高的强度指标; (4)能够粘结预应力筋与成孔材料,对预应力筋无腐 蚀性,具有耐久性。 具体的性能指标应达到如下要求:稠度 18~30s;最大 泌水率≤0.5%,且拌合 24h 内浆体的泌水全部被吸收;初凝 时间≥6h,终凝时间≤15h;无收缩,自由膨胀率≤6%; 7d 龄期抗压强度≥40MPa,28d 龄期抗压强度≥50MPa;28d 抗 氯离子渗透性≤1000C。 3 浆体原材料的选择 为使浆体的各个性能指标达到要求,特别是为保证浆体 收稿日期:2005-04-25 作者简介:周翰斌(1969-) ,男,高级工程师,从事路桥工 程技术工作。 硬化后的体积稳定性,最有效的方法就是采用低水灰(胶)比 和多种组份,即浆体由水泥和各种优质活性矿物掺合料组 成。浆体中采用缓凝高效减水剂具有高度分散水泥颗粒、消

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除絮凝的作用,它的掺入解决了降低水灰比、用水量与提 高和保证浆体流动度之间的矛盾,同时这种分散作用对于细 掺合料也是同样有效;在浆体中加入一定比例的高细度粉煤 灰等掺合料,能够很好的填充水泥在凝结和硬化过程中形成 的空隙,有效地降低浆体的离析和析水现象,并且掺合料在 浆体中发挥的火山灰反应,使水泥水化产物氢氧化钙的结晶 变得细小,从根本上改善浆体的微观结构性能,使浆体更加 致密,从而降低氯离子的渗透率,增强浆体的抗腐蚀性能。 笔者选择原材料时,利用现有条件,反复筛选了广东地 区的原材料, 通过对不同厂家、 不同水泥品种与高效减水剂、 膨胀剂的适应性试验,优选以下几种原材料进行浆体的配制 试验。 (1)水泥:采用混合材含量较少的广东珠江 P.Ⅱ42.5R 水泥,比表面积 336m2/kg,80μ m 筛余细度 2.0%,初凝时间 128min,终凝 186min,标准稠度用水量 25.1%,3d 实测抗压 强度 33.2MPa, 实测抗压强度 59.6MPa,C3A 含量 5.05%。 28d (2)粉煤灰:采用广东云浮电厂的Ⅰ级粉煤灰,其质量 指标如表 1。 表 1 粉煤灰质量指标
细度/945um 方孔筛筛 途%) 2.7 需水量比 (%0 88 烧失量 (%) 1.4 含水率 (%0 0 SO3 会含 量(%) 0.48 2 3 25.2 22.7 21.2 21.5 27.8 25.4 22.8 24.1 30.9 28.3 26.0 27.2 34.3 32.3 29.2 30.8 7.5 7.5 7.5 7.5 9.5 9.5 10.0 10.0 配 比 编 号 1 配比编 号 1 2 3 4 5 水泥 1 1 1 1 1

表3
减水剂 0.024 0.024 0.024 0.024 0.024

浆体材料配合比
膨胀 剂 粉煤 灰 水灰 比 0.35 0.31 0.33 0.38 0.40 水胶 比 0.35 0.31 0.31 0.31 0.31

0.07 0.07 0.22 0.22

4.2 浆体主要性能的试验 主要测试性能为:确定水泥和外加剂的适应性,测定浆 体流动度及其保持时间,测定浆体泌水率,测定浆体初凝、 终凝时间,测定浆体收缩率和膨胀率,测定浆体硬化后的强 度,测试浆体抗氯离子渗透性能(以电通量表示)。 4.2.1 浆体流动度测试 采用流锥法,流锥时间测试按文献[2]附录进行,测 量 1725ml 的浆体从标准尺寸的流锥中流出的时间,并将搅 拌均匀的浆体静置, 分别测试其流动度及凝结时间(见表 4)。 表4 浆体流动度及初凝、终凝时间试验结果

搅拌 5min/s 18.7

静置 0.5h/s 21.2

静置 1h/s 24.5

静置 2h/s 28.2

初 凝 /h 7.5

终凝 /h 9.5

(3)减水剂:采用广东新科外加剂厂生产的低氯缓凝高 效减水剂 FDN-220(水剂),其性能指标见表 2。 表 2 高效减水剂 FDN-220 性能指标(水剂)
减水率 (%) 泌水率 比(%) 碱含量 (%) 氯离子 含量 (%) 硫酸钠 含量 (%) 坍落度 损失 mm/h 32 30 0.04 0.008 2.0 15 102 收缩率 比(%)

4 5

4.2.2 浆体泌水率、膨胀率试验 浆体的泌水率和膨胀率试验根据文献[2]附录,采用 内径 100mm 的有机玻璃量筒,填灌约 100mm 高的浆体进行测 试。测试结果如表 5 所示。 表5
配比编 号 1 2 3 4 5

(4)膨胀剂:采用广东陆其建材公司出品的高性能混凝 土膨胀剂 ZY(粉剂),总碱量(Na2O+0.658K2O)为 0.28%,比 表面积 266m2/kg。 (5)水:采用自来水。 4 试验与结果分析 4.1 试验配比 根据多年配制水泥浆和孔道灌浆的实践经验,选择靠近 最佳的外加剂掺量和水灰(胶)比,设计了 4 种类型的浆体材 料配合比进行试验(见表 3):(1)水泥+减水剂 ①不掺 ZY; ②掺 ZY。(2)水泥+减水剂+粉煤灰 ①不掺 ZY;②掺 ZY。

浆体泌水率、膨胀率试验结果
泌水率(%) 1h 3h 0.9 0.5 0.3 0.2 0 24h 0 0 0 0 0 自由膨胀率(%) 7d -0.3 -0.1 1.5 0 2.4 28d -0.4 -0.2 2.8 0 3.6

1.5 1.0 0.8 0.4 0.2

注:膨胀率为负值时即为浆体发生的收缩率。

4.2.3 强度试验

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4.3 试验结果分析 4.3.1 浆体的工作性

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按文献 [2] 的要求, 浆体抗压强度采用 70.7mm×70.7mm ×70.7mm 试模制作试件,标准养护下的强度试验结果如表 6 所示。为真实了解灌入孔道中的浆体在密封孔道下的强度情 况,对密封孔道中的浆体进行了取样,测试其强度值,结果 见表 6。 表 6 浆体抗压强度试验结果
配比 编号 1 2 3 4 5 标准养护强度/ MPa 7d 52.5 64.2 62.5 68.6 64.8 28d 64.8 83.4 80.9 87.2 84.1 密封孔道中的强度/ MPa 28d 66.9 86.3 86.0 89.5 90.6

从表 4 可见,当浆体单掺相同比率的高效减水剂时,浆 体的流动性随着水灰比由 0.35 下降到 0.31 而降低,流动度 的经时损失则大约相同;掺加了掺合料后,虽然此时浆体的 水胶比仍为 0.31, 但浆体的流动性反而提高了, 特别是粉煤 灰对提高浆体流动性的作用最大,这应该与掺合料特别是优 质粉煤灰具有比水泥更多的球形颗粒, 颗粒圆整、 表面光滑、 粒度较细、质地致密,促使水泥浆体的需水量降低有很大的 关系,使浆体具有更大的流动性、可泵性,流动度的经时损 失也相对较少。各种配比的浆体初凝、终凝时间基本一致, 这主要与高效减水剂的掺量比率都相同有关。需要指出的 是, 4 的流动度和凝结时间是 25℃的室内测试结果, 表 预计 其随着气温的升降而变化,施工时浆体在灌入孔道前宜不断 搅动,防止流动性下降过快,并在 1h 内灌入孔道中,如环 境温度大于 35℃,应停止灌浆。 4.3.2 浆体的泌水率、膨胀率 从表 5 的试验结果可看出,单掺相同比率的高效减水剂 时,随着水灰比的降低,浆体泌水率、收缩率也随之减少。 当保持相同的水胶比 0.31,掺入 22%的Ⅰ级粉煤灰时,浆体 的泌水已变得很小,没有收缩发生,这是由于比水泥熟料粒 度更细的、级配连续的粉煤灰微粒均匀分布在浆体中,增强 了保水性和均质性;当浆体中再掺入 7%的高性能膨胀剂后, 浆体的泌水率进一步减少了 50%,并得到较理想的膨胀率。 4.3.3 浆体的抗压强度 浆体的抗压强度与混凝土一样,随着水胶比的降低而升

4.2.4 压力泌水试验 以上所做的各配合比浆体的泌水试验,均为无压力下的 静水泌水率, 而实际施工中, 需对孔道浆体施加 0.7~1.0MPa 压力, 因此有必要进行压力的浆体泌水试验, 这是按文献 [2] 所没有要求的。采用 YB-2 型混凝土压力泌水仪,加压到 1.5MPa 并持压 140s,试验结果见表 7。 表 7 浆体压力泌水试验部分结果 配比编号 试验项目 2 4 泌水率/ % 2.4 1.5 4.2.5 锈蚀试验 预应力筋在高拉应力下对腐蚀极为敏感,一旦锈蚀,将 使预应力混凝土整体结构受到严重损害。委托广东建筑材料 研究所通过钢筋阳性极化反应试验,证明所用的各种外加剂 及粉煤灰对钢筋无任何锈蚀反应。 4.2.6 抗氯离子渗透性能试验 对于采用抽拔橡胶管或镀锌金属波纹管形成孔道的预 应力混凝土结构,各种侵蚀性气体、液体特别是沿海盐雾环 境中的氯离子,会通过混凝土内部的毛细管渗入到预应力孔 道直至预应力筋,因此高性能灌浆材料除上述性能指标外, 抗氯离子渗透性也很重要。本试验按照《海港工程混凝土结 构防腐蚀技术规范》(JTJ275-2000)标准中附录 B 的 ASTM C1202 电量法检测浆体的抗氯离子侵蚀的性能,试验结果见 表 8。 表8
试验项目 1 28d 电通量/C 1325 2 823 3 683 4 502 5 534

5

1.0

高。从表 6 的试验结果可看出,当浆体的水灰比降至 0.31, 其 28d 强度已经超过 80MPa。保持相同的水胶比 0.31,浆体 掺入Ⅰ级优质粉煤灰后,由于粉煤灰的高活性和对水泥浆的 填充效应,改善了浆体的微观结构,增加了浆体的密实度, 其 28d 强度比不掺粉煤灰的浆体提高了 4.6%; 掺入膨胀剂的 浆体比不掺膨胀剂的浆体 28d 强度下降了 3%, 显示出膨胀剂 的膨胀作用使浆体密实性有所下降,但同时掺入粉煤灰时, 浆体的强度则比单掺膨胀剂的浆体强度提升了 4%。有趣的 是,密封孔道中的浆体比标准养护的相应浆体强度提高了 3.2%~6.5%,并且同时掺入膨胀剂和粉煤灰比单掺粉煤灰的 浆体强度高出 1.2%, 表明用标准养护的浆体试件强度来评定 浆体质量有一定的富余,也显示出密封孔道对膨胀浆体的环 箍约束作用。 4.3.4 浆体的抗氯离子渗透性能 高性能灌浆材料的一个很重要特点,就是具有良好的抵 抗各种侵蚀性介质入侵的能力,其中浆体的水灰比、掺合料 对浆体的抗氯离子渗透性能都有较大的影响。从表 8 的试验 结果可看出, 当浆体的水灰比降至 0.31, 28d 电通量值已 其

浆体抗氯离子渗透性试验结果
配比编号

小于 1000C。随着掺合料的单掺或混掺,虽然此时浆体的水 胶比仍为 0.31, 但浆体的 28d 电通量值却随之下降, 浆体的 抗氯离子渗透性能均得到明显改善,其中粉煤灰对浆体抗氯 离子渗透性能的提高最为显著。

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5 现场模拟孔道灌浆试验

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合比 5 号效果最好,各方面性能指标达到高性能灌浆浆体的 要求。 6 结语 (1)虽然目前没有高性能灌浆浆体的确切定义,但是随 着工程界对预应力技术研究和实践的深入,要求高性能灌浆 材料具备良好的工作性、体积稳定性、抗腐蚀性和较高的强 度,应是高性能灌浆材料区别于普通灌浆材料的主要标志。 高性能灌浆材料可以有效地解决自身泌水收缩留下的灌浆 空隙缺陷,配以真空辅助灌浆工艺,可以更好地解决以往灌 浆不密实、不饱满的缺陷。 (2)在浆体的流动性满足可泵性的前提下,只要紧紧围 绕着以降低浆体的泌水收缩、增强体积稳定性和抗氯离子渗 透性为原则,通过优选与水泥相匹配的高效减水剂,掺入适 量质量优异的、与水泥的级配良好的细掺合料(如粉煤灰和 高效膨胀剂等),就可以大大降低浆体的水胶比,节约水泥

以上的浆体试验测试和结果分析表明,配比 4、5 号的 浆体性能均可达到高性能灌浆浆体的预定要求,其中配比 5 号浆体的综合性能指标最好,选定这两种配比的浆体进行现 场模拟灌浆试验,以检验现场拌制的浆体是否具有室内试验 相同的性能[3] 。 5.1 模拟孔道设计 孔道分别采用Φ 90mm 镀锌金属波纹管和 HDPE 塑料波纹 管两种材料成型,孔道长 32m,弯曲高低差 1.5m,孔道波峰 处设置了排气管,每一孔道穿入 5×Φ 15.24 钢绞线,并施 加 15%左右的预应力拉直钢绞线,采用真空辅助灌浆工艺。 5.2 灌浆试验结果 (1)现场搅拌浆体无离析、分层现象,流动性能良好, 泌水率很小,其性能比室内试验性能稍好,具体见表 9。 表9
配比编 号 4 5 流动度 /s 20.4 20.9

现场搅拌浆体部分性能试验结果
最大泌水率 (%) 0.3 0.2 7d 自由膨胀 率(%) 0 2.6 7d 抗压强 度/ MPa 69.3 65.6

用量,降低浆体的泌水,不难配制出水密性、体积稳定性、 抗氯离子渗透性和耐久性符合要求的高性能灌浆浆体。水泥 和高效减水剂的有效匹配、细掺合料的组合和有效使用成为 灌浆材料高性能化的必要手段,应是未来高性能灌浆浆体的 配制研究方向。 参考文献:

(2)灌浆 7d 后剖开孔道的高、低点和进浆口、出浆口进 行检查,发现两种配比的浆体均充满了孔道,无钢绞线外露 现象;切开横断面,浆体将钢绞线包裹得很严密,粘结十分 良好,钢绞线各钢丝之间充满着水泥浆,浆体中未发现气孔 或空隙,灌浆效果很好。 (3)从浆体性能、现场灌浆试验的剖管检查结果看,配

[1] 刘湘玉,史一杰.真空辅助压浆新工艺的应用[J]. 公路,2004,(5):71-73. [2] JTJ041-2000,公路桥涵施工技术规范[S]. [3] 杨宗放,方先和.现代预应力混凝土施工[M].北京: 中国建筑工业出版社,1993.82-84.

(上接第 30 页) 表 2 工期对比表
吹填砂/d 里 程 等载加载至卸载 等载加载至卸载 水荷载/d

率过大,极难立即卸载,用水荷载预压加载过程中,可以不 考虑外在动力荷载,而且是分级分时段在设计允许的沉降速 率范围内加水预压。即使在加载过程中出现沉降速率过大, 也可以立即快速放水卸载。 (5)有利于环保。用砂土进行预压,加载和卸载时汽车 运土产生的尘土和弃土不利于环保。利用水荷载预压,只需

K27+330~K28+040

390

340

运少量筑坝的土,这部分土预压完成后还可以再利用,预压 用的水只需简单处理后就可以排入河流,减小了对环境的污 染。

(4)便于施工操作控制。 软土路基地段, 地质情况复杂, 具有不稳定性,如用砂土进行预压加载过程中,因一些外在 动力荷载较难掌握控制软土路基沉降速率。一旦出现沉降速

(6)可以节约资源。该地区的水资源比较丰富,可以利 用水荷载法加载预压来代替砂土加载预压,节约工程成本。

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水下混凝土在广东高明大桥扩建 工程中的现场应用试验*
王迎飞 1 ,卢任贵 2 ,李波 3 ,王胜年 1
(1.中港集团建筑材料重点实验室,广东 广州 3.天津港湾工程研究所,天津 300222) 摘 要:本文在大量实验室研究和室外模拟试验基础上,采用现场的原材料,通过优化配合比设计,配制高效水下不分散混 凝土和水下灌注桩混凝土(自密实混凝土) ,抽样检测及超声回弹结果表明水下混凝土满足强度设计要求,通过综合分析认为 使用水下混凝土有明显的技术经济效益,值得在海港工程中推广应用。 关键词:水下不分散混凝土;自密实混凝土;工程应用 510230; 2.中港四航局第一工程公司,广东 广州 510500;

Underwater Concrete Applied for Expansion Project of Guangdong Gaoming Bridge
WANG Ying-fei1, LU Ren-gui2, LI Bo3, WANG Sheng-nian1
510230,China; 510500,China;

(1. Key Lab of Construction Materials of China Harbor Engineering Company, Guangzhou 2.The First Construction Company of the Fourth Harbor Engineering Bureau, Guangzhou 3. Tianjin Institute of Port Engineering, Tianjin 300222, China)

Abstract:Based on a lot of indoor experiment and outdoor simulation experiment, this paper adopts local materials to manufacture high performance NDUC(non-dispersible underwater concrete) and SCC(self-compacted concrete),by means of optimizing mix proportion design of concrete. It is concluded that the property of underwater concrete meets the requirement of engineering design through sampling test and suoersonic -rebound test.The obvious economical benefit proofs that the NDUC is worthy to be applied in harbor project. Key words:Non-dispersible underwater concrete; self-compacted concrete;engineering application 1 引言 水下混凝土包括水下不分散混凝土和水下自密实混凝 土两大类。水下不分散混凝土,是在普通混凝土中掺入以纤 维素或丙烯类水溶性高分子聚合物(阴离子型)为主要成分 的抗分散剂,入水后具有很强的抗水洗能力,不需要通过隔 水围堰,通过开底容器法、导管法或自由浇注法,在水流速 较小的条件下可直接进行水下浇注,简化了施工工艺,缩短 了施工工期,减少了设备和人力的投入。自密实混凝土 (Self-compacted Concrete)又称自流平混凝土,大流动 度混凝土或免振捣混凝土,起源于上个世纪 80 年代 *基金项目:西部交通科技项目: “水下混凝土材料及耐久性 研究” ,项目编号:200231800045。 收稿日期:2004-06-05 作者简介:王迎飞(1979-) ,男,工学硕士,从事混凝土外 加剂及海工高性能混凝土研究。 后期,最早由前联邦德国研制,后传入到英、法、美、日本 等国家,现在自密实混凝土使用量已占这些国家混凝土总量 的 30%~40%[1-3] 。自密实混凝土属于高性能混凝土范畴, 其配制技术的关键是添加高效超塑化剂和大掺量矿物掺合 料,主要依靠自重或自流平特性能够流入窄小空隙或模板边 角并能填充密实。由于其可以改善混凝土的施工性能和降低 劳动成本,有利于环境保护,有利于提高混凝土的力学和耐 久性能,在高效减水剂获得长足发展的前提下,在我国逐渐 获得应用。 水下不分散混凝土关键性配制技术是絮凝剂(抗分散 剂) 的正确使用, 才能够使新拌混凝土具有自流平、 免振捣, 流动性好,抗离析、泌水的优异工作特性,尽可能减少混凝 土拌合物的水泥流失量,提高了水陆强度比等目标。大量的 工程应用和科研资料表明:絮凝剂既要实现混凝土系统增 稠, 提高内聚力, 满足水下不分散混凝土强度质量设计要求,

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又要达到流动性好,坍落度经时变化小,通过流变学、胶体 化学,高分子化学、表面活性剂等理论知识分析得出:絮凝 剂絮凝机理是通过线性分子主链和大量长短不一的侧链上 的羟基等官能团,和水作用形成氢键而结合了大量的水分 子,并以分子形态分散在拌合水中,形成水溶性聚合物网状 结构,包裹水泥颗粒和骨料,压缩了新拌水泥浆体固相体系 的双电层厚度, 通过离子键和共价键作用, 实现了系统增稠;

影响絮凝效果的主要因素是高分子聚合物的分子量、分子结 构形态、单体组成、溶解速度等。所以水下不分散混凝土抗 分散性能的好坏关键要看絮凝剂的种类及其掺量[4] 。表 1 比较了目前市场上常用的两类絮凝剂性能,通过比较可知两 者在性能上各有所长。表征水下不分散混凝土的性能主要通 过新拌合物的扩展度, 值和硬化后期的水陆强度比等参数 PH 来检验是否满足设计要求。

表1
坍落 项目 品种 分子 形态 水化 度 特征 变化

两种类别絮凝组分性能对比
早期 掺量变化 强度 速度 溶解 价格 效果 总体絮凝

侧 丙烯类 链短

降低了早期水泥浆 体 Ca(OH)2 含量、 提高 CaCO3 含量, 较大 较高

掺量小絮凝好、掺量大时需 难溶 水量大 低 较差

纤维 素类

侧链 较长

形成高度亲水性无 定型化合物。 较小

较小(C3A 的 包裹)

掺量小时减水好、掺量大时 易溶 引气缓凝 高 较好

配制自密实混凝土的关键技术是超塑化剂的选取和使 用。另外,由于使用自密实混凝土部位多具有构件结构比较 复杂、体积大,浇注时无法振捣等特征,所以要求使用中低 水化热的胶凝材料,或掺加一定量的矿物组分,砂率可以放 宽到 50%,粗骨料为 5~25mm,细骨料以中粗砂适宜。根据 自密实混凝土定义可知其对工作性的要求与普通混凝土相 比十分苛刻,其工作性主要包括填充能力、通过能力、稳定 能力等三个方面,一般通过新拌合物的坍落度,坍扩度值、 填密度和硬化后期的强度和电通量、绝热温升等参数来检验 是否满足设计要求。 2 试点工程简介 2.1 工程简介 广东高明大桥扩建工程是横跨佛山市高明区西江下游 河段的特大桥,是在现有旧桥两侧并紧靠旧桥平行布设各扩 建一座新桥,新桥单幅宽 12.5m,主桥上部构造采用十三跨 一联的预应力混凝土连续刚构体系,下部结构为六边形的薄 壁空心墩和方形的双薄壁墩,主桥基础为Φ 2.0~Φ 2.5m 嵌 岩桩,引桥基础为Φ 1.2 钻孔灌注桩。桥台采用薄壁桥台, 基础为6根Φ 1.2m钻孔灌注桩; 南海岸桥台采用座板式桥台, 基础为 4 根Φ 1.2m 钻孔灌注桩。下游桥长 1321.28m,上游 桥长 1331.28m。 2.2 依托工程部位 水下不分散混凝土试点工程部位为上游桥 7 号墩位承台 封底,为钢板围堰六边形结构,最大水深为 0.9m,浇注总量 70m3;水下自密实混凝土试点工程部位为上游桥 9 号墩位其 中的一根桩,钢护筒围堰,桩基直径为Φ 2.2m,深度 70m 左

右,浇注总量 270m3; 3 试验材料及参照标准 3.1 原材料 水泥:高明市高力牌 P.O32.5 级;粉煤灰为当地电力厂 Ⅱ级灰; 粗骨料: 5~25mm, 压碎指标 10%, 针片状含量 7.3%; 细骨料:西江中砂,细度模数 2.77(Ⅱ区) ,含泥量 0.4%, 表观密度 2564kg/m3;减水剂:江苏镇江特密斯混凝土外加 剂厂生产的水溶性氨基磺酸盐高效减水剂,固含量 33%,减 水率 25.5%;不分散剂:通过筛选和复配中山(纯)HYB(丙 稀酰胺类) ;拌合用水符合《混凝土拌合用水》 (JGJ63-89) 中的有关规定; 3.2 试验方法及参照标准 《高明大桥扩建工程施工方案设计技术资料》 (项目部 工程内部资料)《公路桥涵施工技术规范》 ; (JTJ041-2000) ; 《混凝土外加剂》 (GB8076-1997)《水下不分散混凝土试验 ; 规程》 (DL/T5117-2000)《自密实混凝土》(日本土木工程 ; 学会); 《水质 悬浮物的测定 重量法》(GB11901-89); 4 水下混凝土的浇注及结果分析 4.1 试验室试拌及现场抽样检测 依照相应的检测方法及试验规程,选定表 2 为最佳配合 比,根据工程强度设计要求,承台封底混凝土强度等级为 C20MPa, 桩基混凝土等级为 C25MPa; 实验室内试拌强度结果 和现场搅拌楼抽样检测结果分别如图 1、2 所示:以配制强 度=设计强度+1.645ζ (ζ =5)来计算,要求承台封底及桩 基混凝土 28d 的强度分别为 28.2MPa 及 33.2 MPa,从图 1、 2 可以看出水中成型的水下混凝土强度均满足力学要求,水

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陆强度比 7,28d 均在 75%以上, 新拌不分散混凝土扩展度为 500mm,0.5h 内工作性基本无损失,自密实混凝土坍落度在 230mm 以上, 坍扩度为 550~600mm, 工作性均满足施工要求。

现场采用超声回弹和钻芯取样与其他墩位做对比分析,结果 表明水下混凝土强度等级达到了设计要求。

表 2 依托工程采用的水下混凝土配合比
类型 不分散混凝土 自密实混凝土 胶材总量/kg 460 460 水泥/kg 368 322 粉煤灰/kg 92 138 水胶比 0.43 0.37 砂/kg 676 783 石/kg 1008 996 减水剂 1.6~1.8% 1.6~1.8% 絮凝剂 0.8~1% /

图 1 实验室条件下水下混凝土材料强度

图 2 不分散混凝土各龄期强度

4.2 影响水下混凝土材料质量的因素探讨 通过大量的试拌和前期基础研究分析[5]认为配制优 良性能的水下不分散混凝土,首先是选择絮凝剂并确定其掺 量,其次是解决好絮凝剂与减水剂的匹配性,三是解决好胶 凝材料的总量以及掺合料内掺比例。试拌结果资料表明:粉 煤灰与矿渣的双掺并取代胶凝材料总量的 50%时,能够有效 的发挥“固体减水剂”效应,显著改善不分散混凝土的工作 性能,此外矿物掺合料的“次第水化”效应能够有效的调节 不分散混凝土结构形成历程,实现强度持续增长,在有水养 护的条件下表现为强度增长较快,这也说明了图 2 中水陆强 度比随着龄期的增长而呈增加趋势的根源所在;选用的聚丙 稀酰胺类絮凝剂与纤维素系列复合使用效果较好,能够有效 的调节混凝土的初、终凝结时间,并且聚丙稀酰胺类絮凝剂 与氨基磺酸盐高效减水剂的适应性要大于萘系减水剂。 自密实混凝土的配制必须要搞清楚大流动度混凝土与 自密实混凝土的联系与区别,一般来说,自密实混凝土具有 很大的流动度,但大流动度混凝土未必是自密实混凝土。自 密实混凝土大流动度的取得必须通过高效减水剂来解决,因 为大流动度混凝土很难保证自密实混凝土工作性方面所需

要的三个能力(填充,通过,稳定) ,所以水胶比是控制自 密实混凝土的关键技术参数之一, 一般不宜大于 0.38; 其次 要解决好集灰比和砂率,即保证混凝土大流动所必须的浆体 含量。 4.3 水下混凝土的搅拌、运输与浇注 水下不分散混凝土同普通混凝土相比,搅拌时间要延长 1~2min,搅拌运输车至现场时,一般时间在 30min 以内, 运输过程中混凝土搅拌车必须以一定的转速旋转,不可停 转,在到达浇注点浇注前再快速旋转 0.5~1min 后浇注,否 则容易出现堵管。本次混凝土浇注取消搅拌船工艺,依靠旧 桥通过漏斗导管溜槽法直接落入水中(自由落水法) ;自密 实混凝土与普通水下灌注桩混凝土浇注工艺相同。 5 使用水下混凝土技术经济效益 5.1 在混凝土性能和施工工艺方面 不分散混凝土由于具有很好的抗水洗能力,同时具有内 聚性和流动性,减少了水泥流失,保证了强度增长。这是区 别于其他混凝土最突出地方,由于不分散混凝土一般在水环 境下浇注并养护,所以干缩量约为普通混凝土 30%~40% [6-8] ,在水下钢筋混凝土构建物、水下空隙填充(无法使

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用导管) 、防水质污染等方面应用有独特效果。和普通混凝 土相比不分散混凝土搅拌时间较长,终凝时间较长,和原先 导管法移动施工相比却十分便利,混凝土入水后,上层水样 较清,说明混凝土抗分离效果较好。自密实混凝土因其独特 的工作性能,由于其自流平、自密实性能保证了混凝土的均 匀性,使用于无法振捣的配筋较为密集的混凝土中效果更为 突出,另外,由于水泥总量的降低和粉煤灰量的增加,降低 了混凝土中 Ca(OH)2 的含量,能够大幅度的提高混凝土的抗 渗透性能和耐腐蚀性。 5.2 在经济成本方面 使用的自密实混凝土和该项目部原来使用的配合比相 比, 1m3混凝土可以节省水泥用量20kg, 粉煤灰掺量增加10%, 经济效益和社会效益显著;不分散混凝土因为絮凝剂的使用 使得混凝土 1m3 成本提高 80~100 元,但从施工工艺、施工 进度、模板使用以及劳动力等方面因素综合考虑外,仍然值 得推广应用,如果按照实验室推荐的配合比来看[5] ,采用 粉煤灰与矿渣的双掺并取代胶凝材料总量的 50%,具有很高 抗盐污染性能,28d 电通量小于 1000c,混凝土绝热温升小 于 45℃,可以配制 C40 水下不分散混凝土。 6 结语 高性能混凝土技术是混凝土科学 “现代化” 的重要标志, 外加剂技术与流变学是研究高性能混凝土的出发点,而外加 剂又是影响混凝土流变参数的首要因素,所以外加剂技术是 混凝土技术发展的核心,水下不分散混凝土与自密实混凝土 区别于其他混凝土的关键所在正是:絮凝剂与超塑化剂的使 用。因此积极开展新型多功能多品种复合型外加剂开发应用

是推动混凝土技术前进的主要动力之一。 高明大桥扩建工程应用结果表明:不分散混凝土具有良 好的抗分离能力以及自密实混凝土具有很好的流动填充能 力值得在水工工程中推广应用。 参考文献: [1] 廉慧珍、张青等.国内外自密实高性能混凝土研究及 应用现状。施工技术[J] ,1999(5) [2] 陈睿、刘真.自密实混凝土应用研究. 武汉理工大学 学报[J] ,2001(12) [ 3 ] Michael J.Campion, Philippe Jost. Self-compacting concrete. Concrete International, Design & Construction, Vol.22, No4, Apr 2000 [4] 蒋正武、孙振平等.新型水下混凝土抗分散剂的性能 研究. 新型建筑材料[J] ,2000(10) [5] 《水下混凝土材料及耐久性研究》 [M]报告,广州 四航工程技术研究院内部资料,2004 [6] 刘希和、于风琴翻译. 日本眼,岩岸开发技术研究 中心、渔港渔村建设技术研究所.水下不分散混凝土设计与 施工指南[M].水利电力出版社,1993,2 [7] 冯爱丽、潭维祖、王宗玉. 水下不分散混凝土的研 究和应用. 水力发电学报[J] ,1994(2) [8 ] Otsuki, Nobuaki, Hisada, Makoto, Nagataki, Shigeyoshi, Kamada, Toshiro. Experimental study on the fluidity of antiwashout underwater concrete. ACI Materials Journal 93 1 Jan-Feb, 1996

(上接第 15 页) 大翼豆:喜温热,对土壤要求不高,广泛分布于南亚热 带和热带地区,根深耐旱,能很好地同直立型禾本科混播。 山毛豆:半灌木,高 1~3m,生长速度可以超过一般绿 化草本植物,耐瘠薄、干旱,是边坡绿化的理想灌木。 弯叶画眉草:适于我国南亚热带或热带地区生长,耐淹 性, 耐热性,抗旱性均较强。多生长在贫瘠、干燥的砂质 坡地及路边荒坡,是西南地区护坡绿化的常用材料。 3.6.2 草种配比 草种播种量(g/m2)如:狗牙根:2.2;白三叶:2.4;大 翼豆:5.5;多花木蓝:5.0;山毛豆:8.8; 弯叶画眉草:2.8。 3.6.3 施工用其它主要材料 主要材料有:客土混合料、养生材料、保水粘结剂、肥 料、纤维、镀锌网等。 4 应用实例效果分析 实例: K68+760~K68+840 左侧边坡共 4 级, 1 级正在 第 开挖,第 2~4 级采用拱型骨架内客土喷播植草进行防护。 绿化主要采用狗牙根、 白三叶、 大翼豆、 多花木蓝、 山毛豆、 弯叶画眉草等草种,前期主要以狗牙根为主,后期主要以灌 木为主。绿化后的坡面郁郁葱葱,生机昂然,如彩图(封 3) 所示。 5 结语 实践证明,客土喷播方法理念先进,施工工艺成熟,在 梅河高速公路的边坡绿化上已取得了良好的效果。 (1)客土喷播方法能够在短期内形成灌、藤、草结合的 植物群落,长势茂盛,覆盖度高,四季保持青绿,与周边环 境协调; (2)可以涵养水源,有效防止边坡冲刷,减少水土流失; (3)适宜粗放管理,后期植被养护成本低,适宜高速公 路边坡植被防护。 高速公路上裸露边坡采取生态防护措施,必将成为主 流。客土喷播作为一种新兴、有效、经济的生物护坡技术, 具有良好的生态效益、经济效益和社会效益,必将在全国范 围内得到更加广泛的推广和应用。

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桥梁、小型结构物单板受力的破坏原理分析
周盛初,李俊勇,王广生
(中港四航局第一工程公司, 广东 广州 510500)

摘 要:在高速公路上超重车辆,常年高速单向反复作用于中小跨径的桥梁上,因此极易发生单板受力破坏现象,目前这种 单板受力已经成为一个较为常见的病害情况,它破坏行车的舒适性,造成安全隐患。 关键词:桥头跳车;梁板;单板受力

An Analysis on Destructive Theory of One-way Slab for Bridges and Small Structures
ZHOU Sheng-chu,LI Jun-yong,WANG Guang-sheng
(The first construction company of the fourth harbor engineering bureau, Guangzhou 510500,China)

Abstract:Over loaded vehicles traveling at high speed on expressway act on the medium and small span bridges repeatedly, the one way slab may break under the repeated load. Presently the repeated load has become major cause to slab damage and will cause safety problems. Key words:vehicle jump at bridge head; beam slab; one way load 1 引言 由于高速公路的超载使用,国内相续有一些路段出现了 较为严重的破坏情况: 广佛高速公路混凝土路面, 超载严重, 桥头跳车现象严重;广新高速公路沥青路面,超载严重,出 现桥头跳车,面层沥青混凝土局部破坏严重,唐津高速公路 二期工程、京石和石太高速公路曾出现过多起暴雨冲空搭板 和锥坡的现象,搭板单板受力,出现桥头跳车,桥面空心板 桥单板受力,导致桥面整体化受到破坏;八达岭高速公路进 京 50km 三座桥梁亦是发生事故路段,由于桥涵处于单板受 力状况,桥面混凝土铺装损坏。北京市交通委员会采取紧急 措施,对八达岭高速公路的三座桥涵,全部更换桥板,加固 结构,整体连接,增加钢筋,提高荷载标准。从上面这些情 况可以看出单板受力破坏已经成为一个较为常见的病害情 况,单板受力一般会导致以下几种病害发生: (1)桥梁结构物桥台搭板在高速公路营运当中遭受单板 破坏,产生桥头跳车。 (2)由于桥梁空心板、 形梁单板受力导致桥面混凝土铺 T 装、整体化层损坏,桥梁行车安全受到威胁。 收稿日期:2005-04-29 作者简介:周盛初(1972-) ,男,工程师,从事桥梁、高速 公路施工管理。

2 原因分析 桥涵桥台搭板因单板长度小,一端搭接在桥台,一端搭 接在路基上, 施工时纵横向连结不好, 板下两端沉降差异大, 搭板两端不在同一水平面上极易在高速单向交通作用下发 生单板受力现象。在一般高速公路设计中,为了防止桥头跳 车,在桥台背后设置搭板是一项重要措施。搭板长度依据设 计行车速度、路堤填土高度及预计的桥台与台后填土的工后 沉降差的大小来确定,可选用 4m、5m、6m、8m、10m、12m 几种长度。搭板的受力形式多种多样,在顶、底面配置足够 数量的受力钢筋,搭板的下面设不小于 2m 厚的石灰稳定土 或碎砾石垫层,石灰稳定土或碎砾石垫层应在两则铺至边坡 面处,并顺路方向铺至搭板外 2~3m。桥头搭板的桥涵和路 基之间能起很好的过渡作用,搭板的一端支承在刚性的桥台 上,末端支承在路基中,末端随路基一起沉降,将桥台和路 基的沉降差转移到台后路基上,避免桥台和路基之间出现台 阶而跳车。但一般搭板沉降量远远大于设计期望值,普遍情 况是高速公路运行 3~4 年后,桥台搭板有明显的疲劳损坏 现象,而且长度在 4~6m 的之间的搭板表现出明显的单板受 力破坏现象,特别是经常超载的线路破坏比较大,另外经常 有渗水出现的桥台位置,搭板破坏也较严重。单板受力的结

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果致使搭板产生疲劳,直至产生破坏,使高速公路发生桥头 跳车现象。 通过桥梁破坏的观察数据和现场破坏情况分析,桥梁梁 板在单板受力破坏中主要有以下几个特点: (1)主要发生在中小跨径桥梁、结构物的梁板上; (2)这种病害一般发生在高速公路营运 3~4 年后,随着 时间的加长,愈加明显; (3)单板受力和载重关系很大,一般经常过重车、大车 的车道,梁板因单板受力遭到的破坏就愈严重。 (4)单板受力破坏总和水损害等同时发生。 为了更好的搞清楚单板受力的特点,我们可以假设这样 的例子:设车辆以 100km/h 的速度过桥,桥长是 5m,那过桥 时间只有 0.179s, 因此相对于桥的固有频率来说, 可以将此 刻的车辆荷载看为是一个瞬态冲击荷载。它必然引起桥的振 动,当然也就有相应的最大应力或者最大位移。在荷载作用 下,铰缝出现微小塑性变形和破坏,长期积累,破坏加剧, 最终脱落失效。对有中小跨径的桥梁,其自振周期如果和冲 击力作用时间的 2 倍很接近,根据理论可知,最大将会产生 2 倍大的静位移,这将对桥梁产生较大的破坏。 通过对以上单板受力破坏的特点的分析,我们可以得出 高速公路单板受力破坏一般有以下几个原因: (1)梁板安装时未充分调平,板下支座不处于同一水平 面,超重车辆高速单向行驶,支座不平衡受力,使铰缝混凝 土受力过分集中,从而产生破坏;或梁板两段着力点位置产 生不均匀沉降,出现单板受力破坏,例如桥台搭板在台背填 土产生不均匀沉降或渗水冲刷掏空台背回填料时,桥台搭板 在超重车辆冲击荷载反复的作用下,搭板的动力性能受到破 坏,反复作用致使搭板产生疲劳甚至发生断裂现象; (2) 超重车辆增多,反复作用,加速了铰缝混凝土的破 坏;大量的超重车辆违规营运是造成单板受力现象的主要罪 魁祸首; (3)施工时对铰缝处理不当,铰缝不合格; (4)本身构造原因。空心板本身的刚度和强度就偏小, 而铰缝的受剪面又是和板连接的地方,是最薄弱的地方; (5)水的作用,渗水对铰缝的腐蚀作用,加速了铰缝的 破坏。 3 处理措施 处理梁板单板受力并不是一件很容易的事,首先如果全 面减少车辆载重也许能够解决根本问题,但由于经济发展的 原因在一定范围内短期、小幅度的减少还可以,依照目前的 情况,长期和大幅度的减少应该不大可能。同时如果单纯的 补强和补刚,加强整体联系,一方面,提高了造价,另一方 面,也未必能够起到很好的作用,很可能出现铰缝不坏而直 接是空心板坏的情况,更有甚者,由于单纯地加强了刚度,

使得巨大的能量无法有效释放和转化,还可能出现更大的破 坏,因此为了更好的减少单板破坏,必须从桥涵结构设计、 动力设计方面进行优化处理,从结构上、动力上减少单板受 力破坏。因此对单板受力破坏可总结出以下几条防治措施: (1)除了要加强桥的强度以承受更大静荷载,必须要对 桥进行动力方面的优化。以最大程度上减少动力因素的不利 影响; (2)把小跨径的空心板(≤10m)由预制拼装改为现浇整 体板结构,增强结构物受力的整体性; (3)小型结构物涵洞、通道一般情况下宜设计成暗埋型, 涵洞、通道顶部填土,缓冲车辆对结构物的直接冲击; (4)加厚桥面铺装,防水渗透到铰缝处,腐蚀破坏铰缝; (5)桥面两侧设置排水盲沟,更好的将桥面层间水排出, 减少水对桥面的侵蚀破坏; (6)增大桥面梁板的计算厚度和横向联系,增强梁板自 身强度,同时横向联系钢筋可以增强桥面整体性; (7)提高铰缝防水混凝土标号,增设铰缝钢筋,掺加聚 丙烯纤维,改善抗裂和抗渗; (8)最重要的是严格控制施工质量,保证其完全达到设 计要求; (9)对于已经出现单板破坏的桥面,为了加快维修速度 可以采用介入法可使空心板间的 28cm 深度内注满高强水泥 砂浆,此砂浆的液相材料不是水,而是聚合胶。最终桥面成为 一体不再震动,整体刚性达到设计要求; (10)对于桥头搭板的单板受力破坏情况,我们可以将搭 板设计成变厚度截面,板面与路基纵坡平行,其前端铺装与 桥面一致,后端与路面结构相衔接,既方便了路面施工,又 使后台路面沉降后的标高逐渐过渡到引道路基沉降后标高, 减少因不均匀沉降而造成的单板受力破坏; (11)桥头搭板单板受力,也可以从路基过量沉降入手防 治,通常我们采用以下方法:用冲击压路机对压实后的路基 再进行一次冲压;在路基填土高超过 6m 桥台路段采用土工 格栅加筋处理;路基施工完成后,对桥台填方段进行注浆补 强;采用粉喷桩及搅拌桩加固技术。 4 结语 通过以上一些工程措施可以有效的减少桥梁、小型结构 物的单板受力破坏,但随着经济的发展,很难从根本上杜绝 单板受力破坏这种日渐普遍的病害现象。为了减少这种病害 的发生, 桥涵的结构设计、 动力设计方面必须进行优化处理, 同时国家应该提高桥涵的相应标准,以使高速公路的营运发 展更能适合社会经济发展的需要。 参考文献: [1] 公路施工手册《桥涵》 ,人民交通出版社,1985 [2] 方福森, 《路面工程》 ,人民交通出版社,1990

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● 工程管理

山区高速公路施工的工程变更及二次经营
周盛初,王广生
(中港四航局第一工程公司, 广东 广州 510500)

摘 要:在高速公路施工当中,由于各种内、外部情况的转变,致使高速公路建设发生一些可预见或不可预见的变化,如果 能够及早的发现这些变化,同时做好一些相关准备工作,这将为公司带来合理的经济效益。结合河龙高速公路二次经营的一 些经验,介绍一些注意事项。 关键词:二次经营;高速公路;工程索赔;变更

Project Change and Second Phase Management of Expressway Construction in Hilly Area
ZHOU Sheng-chu,WANG Guang-sheng
(The first construction company of the fourth harbor engineering bureau,Guangzhou 510500,China) Abstract:Some predictable or unpredictable changes become inevitable during expressway construction because of the changes of internal or external conditions. If these changes can be discovered immediately and relevant preparation measures taken, an economical benefit shall be brought to the company. Some particulars are introduced based on the experiences of second phase management of Helong expressway. Key words:second phase management; expressway; claim; change

随着我公司在高速公路工程的经营的不断扩大,特别是 近几年广东大力发展山区高速公路,高速公路施工的份额已 逐渐变为公司的主营业务,由于山区高速公路施工中的变更 特别多,如何在施工过程中有计划、有准备做好二次经营, 直接关系到项目的经济效益。结合广惠、广园东路延长线、 河龙三条高速公路的施工体会,浅谈在施工过程中常见的工 程变更,以便做好二次经营工作。 1 常见的工程变更 1.1 软基处理工程变更 1.1.1 在软基处理工程中,通常出现袋装砂井、塑料排水 管、喷粉桩、碎石桩、钢筋混凝土小方桩等因设计桩长不能 满足工程实际需要,这种情况的发生主要是因为实际地质情 况与原设计地质情况不同,原设计桩长未能穿过淤泥

层或其他软基层, 通常施工单位应邀请业主代表、 设计代表、 监理工程师三方到场。经现场实验,通过会议纪要形式确定 实际施工桩长以及实际施工工程数量。 “现场会议纪要” 这种 的处理方式较为常见,其优点是: (1)方便快捷,不影响工期; (2)形式简单,便于操作; (3)现场决定的方案更适合工程实际施工。 1.1.2 高速公路主线内鱼塘、山坑、水田等含淤泥类软土 的清淤换填的变更。发生变更情况如下: (1)清淤换填土或清淤换填中粗砂,原因为设计图纸没 有显示该处软基处理方法,工程量清单内没有该段软基处理 工程量,该项比较常见; (2)原设计有清淤换填工程量,但换填深度、长度、宽 度发生变化; (3)原设计清淤换填土改清淤换填中粗砂,原因可能处

收稿日期:2005-04-29 作者简介:周盛初(1972-) ,男,工程师,从事桥梁、高速 公路施工管理。

理段一侧有河道、湖泊,为避免管涌、渗流发生; (4)高填方段清淤后,路基底层土石混填变更。 这类工程变更处理步骤如下:

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1.3.1 预应力锚杆、锚索防护变更

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(1)项目部技术人员发现上述变更,报告项目总工程师, 由项目总工程师牵头,准备相关基础资料,包括地质资料、 原设计资料、实际勘测资料。 (2)项目总工程师邀请业主代表、监理组长、测量监理 工程师现场勘测,如果业主代表明确进行清淤换填变更,则 现场测量地形,包括清淤范围,清淤面面层高程,清淤深度 等, 原始测量数据单必须由业主代表、 监理工程师签名确认。 根据以上测量数据绘制施工平面图、施工地形图,并由业主 代表、监理工程师签名确认。 (3)待清淤完成后,项目总工程师又邀请业主代表、测 量监理工程师现场测量清淤后底部高程,并绘制清淤后底部 高程图,同时计算清淤工程数量,列出“清淤工程量清单” , 图纸和清单由业主代表、监理工程师签名确认。 (4)换填砂完成后,项目总工程师又邀请业主代表、监 理组长、测量监理工程师到现场,测量砂面高程,绘制换填 砂后面层高程图,同时计算换填砂工程数量列出“清淤换填 砂工程量清单” ,图纸和清单由业主代表、监理工程师签名 确认。 (5)将以上基础数据、图纸、该项变更工程量清单上交 项目部合约部,由合约部根据项目单价,计算变更金额,变 更编号成册,上报业主公司。 1.2 土石方工程变更 1.2.1 土石比例的变更 原因是设计土石比例与实际不一致,软石、次坚石、坚 石所占比例高于设计比例。由于土方的单价远小于石方单 价,所以该项变更涉及金额较大,变更难度很大,需要详尽 的地质资料,同时需要设计单位的配合才能进行工程变更。 1.2.2 土石方工程量的变更 原因是原设计边坡坡率变化引起的土石方工程量的变 化。河龙第 4 标段 K29+420~K29+870 左侧和 K30+120~ K30+460 左侧高边坡, 由于原设计 5 级坡面变更为 7 级坡面, 设计坡率也发生变化,相应土石方工程量必然增加。项目部 为该变更准备了大量的基础数据(原地面测量高程记录表, 实际施工断面图) ,这些基础数据已由业主、设计、监理签 名确认。 1.2.3 高液限土引起的土方变更 高液限土的含水量高,无法压实,施工时必需挖除部分 高液限土换填碎石土。河龙高速公路 K33+160~K33+459 段 为高液限土,含水量在 28%以上,压路机无法压实,经设计 单位、业主代表现场勘察,确定从该段设计路基面层继续下 挖 80cm,借 K29+420~K29+870 段碎石土填筑。 1.3 防护工程变更

该变更包括增加锚杆、锚索防护密度变更、加长锚固长 度变更以及钻孔孔径加大的变更:边坡开挖后,岩石的主结 构面或潜在的滑移面与设计锚杆防护轴线呈较小夹角时,应 考虑增加防护或增大锚杆防护轴线与岩石的主结构面或潜 在的滑移面的夹角;由于边坡地质情况的变化,通过验算, 证明原设计锚固长度不能满足防护需要,应增加锚固长度, 锚孔锚固段必须进入中风化或更坚硬的岩层,深度一般不得 小于 5m; 1.3.2 预应力锚杆、锚索防护超注水泥浆的工程变更 锚杆在钻进过程中遇到破碎层,无法下钻或者发生严重 塌孔,进行注浆固壁处理,由于岩层为极其破碎的岩石,内 部裂隙比较大,注浆量远远大于设计注浆量,因此发生超注 水泥浆的工程变更。河龙高速公路 K30+120~K30+460 段左 侧第五级坡面第三排第 2、3、4 孔位锚索在施工中出现了类 似问题,由于该处山体很破碎,内部裂隙比较大,导致该处 3 个孔超注浆 18.6t。 1.3.3 边坡的坡率变化引起的防护形式的变更 坡率变化以后防护形式也将随之变化,以使其更能保证 边坡的安全。 1.3.4 半填半挖段铺设土工格栅的变更 半填半挖段铺设土工格栅是较为常见的施工工艺,此类 变更主要是铺设面积以及铺设层数变更导致工程量的加大。 1.3.5 半填半挖高填方段改半边桥的工程变更 由于原设计施工难度大,风险高,改为半边桥施工,减 少半填半挖工程。 1.3.6 大型挡土墙工程变更,变更原因: (1)减少征地; (2)挡土墙形式变更; (3)抗滑坡; (4)遮挡防护,防止路基施工中有石块滚到当地村民主 要通道上,造成安全事故。 1.3.7 加筋挡土墙工程变更,使用新的工艺为公司积累相 关技术经验。 1.4 排水工程变更 1.4.1 有渗水、泉水段增设排水盲沟变更、集水护坡变更; 1.4.2 主线以内的排水系统接顺变更; 1.4.3 接顺地方道路和水系的改路、改沟的变更; 1.5 其他工程变更 1.5.1 当地村民原有的设施因施工破坏而引起的恢复工程 变更; 1.5.2 为赶工期而进行的化难为易的变更,例如将工期长、

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2005 年 6 月 第二期 总第 98 期

《华南港工》
South China Harbour Engineering
(3)减少施工风险

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施工难度大的钢筋混凝土拱涵改为盖板涵; 1.5.3 由于不可抗力引起的变更。例如大雨造成的边坡塌 方; 1.5.4 补征地变更,在高边坡施工中由于征地不够,进行 补征地变更,包括补征地范围内砍树挖根工程数量以及清理 草皮工程数量; 1.5.5 报废工程的变更,由于一项工程已经开始施工,后 因设计发生变化,工程形式相应发生了改变,从而发生了报 废工程变更, 已经施工的工程数量请业主、 监理工程师确认; 1.5.6 结构物台背料变化引起的变更,例如:回填砂改为 回填透水性碎石土; 1.5.7 桥梁橡胶支座规格变更,例如:橡胶支座 D250 改为 D350; 1.5.8 桥梁梁板内钢筋的变化引起的变更; 1.5.9 桥梁上部结构的变化引起的变更,如 T 形梁改空心 板;河龙高速公路原设计桥梁上部结构既有空心板又有 T 形 梁,如果按原设计施工,项目部要制作两类模板,增加了较 多的工程投入,为了节省 T 形梁模板的制作费用,在不改变 整个工程质量的情况下,与设计、业主单位协商将 T 形梁改 为空心板,仅模板制作一项就为项目部节省了十几万的工程 费用; 1.5.10 防撞拦结构形式的变化引起的变更,如新泽西防撞 拦变为波形防撞拦。 2 进行工程变更,从而增加经济效益和社会效益 进行工程变更主要目的有以下四个原因: (1)增加经济效益 增加合理的经济效益是进行二次经营的最主要的目的。 在河龙项目前期施工中,项目部领导重点抓清淤换填砂工程 变更,对有可能进行清淤换填变更的工程段,进行详细布点 放样,充分掌握第一手资料,绘制原地面地形图、清淤处详 细高程图,并请业主代表、监理工程师签名确认。同时在绘 制变更图,编制变更文件时必须考虑因该变更带来的附带工 程变化,将其费用一起编入变更文件中。例如,对水塘清淤 时要考虑水塘旁边的水田的支护工程,防止因为水塘清淤导 致水田塌方。 (2)加快施工工期 时间就是金钱,缩短工期,无疑可为项目部节省大量的 管理费用和机械使用费用;河龙高速公路主线有较多钢筋混 凝土拱形通道,拱形通道施工难度大,工期长,摸板制作成 本高。根据河龙项目工期紧的特点,项目部与业主和设计单 位商定, 改拱涵为工艺简单、 施工时间短、 投入少的盖板涵, 缩短的路基施工工期,较大程度的缓解了工期紧张的压力;

对施工风险大,工程质量难以控制的工程项目进行工程 变更。河龙高速公路主线施工段 K29+200~K30+520 紧靠东 江,全段原设计均采用半填半挖式填方,施工难度大,特别 是该段填方均为高填高挖,施工质量较难控制,雨后很容易 产生滑坡和塌方。为了减少施工风险,项目部通过努力,把 风险较大的半填半挖地段全部变更为半边桥工程,即路线右 幅(靠东江)改为桥梁施工,这样即减少了施工风险,又增 加了工程利润,施工工期又得到了保证; (4)采用新技术、新工艺 采用新技术,新工艺,提高我公司的施工技术水平。例 如河龙项目部同重庆交通学院科研部门合作进行的加筋挡 土墙工程变更,在加筋挡土墙施工当中,项目部技术人员同 重庆交通学院科研人员通力合作,日夜坚持在施工现场,积 累的大量的施工经验和取得一些重要的实验数据。工程外 观、质量受到了业主监理的一致好评。加筋挡土墙的技术总 结获得局科技进步三等奖,为公司赢得了荣誉,提升了公司 的技术竞争力。 3 工程的索赔 工程索赔是一项为项目获取合理赔偿的有效手段,同时 也是将项目部在某些方面的损失减少到最小程度的必要手 段。以下几点是河龙高速公路第 4 标段可进行的索赔: (1)主线施工段河道、水库实际最高水位高于设计最高 水位时,施工方因水位升高而造成的损失可进行索赔; (2)原设计土石方调配与实际土石方调配方案相差较大, 出现了较多的设计外借方,以及设计外超远距离弃方,工程 造价提高。主要原因为: ①大型土石方变更使弃方方量增加,费用加大; ②高液限土变更导致出现大量土石方转运,挖去不合格 高液限土,从设计未考虑到的地方借来可以填筑路基的好 土,期间发生了设计以外弃土外运费用以及借方费用,可进 行工程索赔。 (3)对因设计或业主造成的工期拖延进行索赔。对于某 一特殊单项工程,工艺特殊,施工机械独特,使用费用高, 如果施工单位已经按照设计方案准备就绪,施工机械、人员 已经按照业主、监理要求全部到位,但是由于业主在该施工 段征地拆迁未完成,导致该项工程一直不能施工,施工单位 为此付出大量的机械租用费和人员误工费。对此,

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