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边坡加固施工工艺与施工控制技术研究边坡加固施工工艺与施工控制技术研究
完成单位：云南昆石高速公路建设指挥部
云南省公路科学技术研究所
边坡加固施工工艺与施工控制技术研究
龙景华府7号住宅楼模板施工方案ResearchonConstructionandControlTechnologyforReinforcingSlope
2001.9～2004.3
云南昆石高速公路建设指挥部
边坡加固施工工艺施工控制
锚固体系桩身预应力抗滑桩压力灌浆LFZ活化剂
在广泛收集国内外相关研究成果和大量的现场调查资料基础上，项目针对边坡加固施工工艺和施工控制技术中的关键问题，从边坡变形破坏机制入手，对边坡开挖的过程进行了物理数值模拟，为边坡的稳定性评价和治理设计提供依据。
对锚杆和锚索加固机理进行了模拟研究，提出了锚固选型的方法，研制了锚索和锚杆施工防腐材料，建立了锚杆施工质量无损检测的分级标准。
首次提出了桩身施加预应力的预应力抗滑桩，提出了预应力抗滑桩的设计计算方法和合理构造型式，确定了预应力抗滑桩的施工控制工艺。
开发出了廉价、稳定的水泥－水玻璃浆液和新型水泥－粘土浆液岩土灌浆材料和适用与新型水泥－粘土浆液的LFG活化剂。
提出了压力灌浆加固边坡设计施工技术指南以及锚杆、锚索加固边坡设计与施工指南。
开发了基于GIS的“云南昆石高速公路边坡病害防止管理评价系统”。
Thereinforcementmechanismofboltandstayropeissimulated,asaresultselectcriterionandantisepsismethodsareputforwardaltogether.
NewgroutingserumandLFGactivationaredevelopedforreinforcingslopebygrouting.
在山区高等级公路的修建过程中，最为普遍和突出的问题就是边坡的稳定性问题。为防止地质灾害和保护环境，就必需要对边坡进行适当的加固处治。边坡的加固处治，有多种不同的方法和措施，大量的工程实践证明，许多经加固处治后的边坡仍然发生变形破坏，其原因之一是处治方法不对，处治措施不得力，原因之二是由于施工方法不当，施工工艺达不到设计要求，施工质量得不到保证。因此，针对具体工程，不失时机地开展边加固施工工艺与施工控制研究，对保证边坡稳定，防止边坡坍塌、滑动等地质灾害的发生，具有重大的技术经济价值和社会环境效益。
有鉴于此，本项目依托于云南省昆（明）石（林）高速公路开展研究，项目旨在解决边坡加固施工工艺与施工控制关键技术问题。项目以研究边坡变形破坏机制及其演变规律为基本出发点，研究开发出具有广泛应用前景的边坡加固新方法、新工艺、新材料和新产品，以及与之配套的施工工艺，施工质量检测与控制方法。形成一类产品（岩土灌浆材料产品）、一套工艺（边坡施工工艺与加固工艺）和一套体系（边坡加固质量保证体系）等三大成果。使我国边坡加固技术迈上一个新台阶，达到节约工程投资，提高工程施工及运行质量的目的。
根据以上认识，本项目的主要研究内容和目标如下：
1）边坡变形破坏机制及开挖过程模拟研究
（1）边坡变形破坏特征集发展演化规律研究
（2）边坡开挖过程模拟研究
2）锚杆、锚索质量检测与控制技术研究
（1）锚杆、锚索加固边坡效果评价及型式选择
（2）锚杆、锚索防腐技术开发
（3）锚固段质量检测研究
3）预应力抗滑桩设计与施工技术研究
（1）预应力抗滑桩设计计算方法
（2）预应力抗滑桩合理构造型式
（3）预应力抗滑桩施工工艺
（4）预应力抗滑桩的质量及检测
4）压力灌浆加固边坡的施工工艺研究与材料开发
（1）廉价灌浆材料及特殊灌浆材料开发
（2）灌浆施工工艺及浆液跑、漏控制技术研究
（3）灌浆质量评价指标及检测方法
本项目研究的主要目的在于解决工程中的实际问题，同时必需要在边坡加固施工工艺与施工控制方面有所创新。为此采用的总体技术方案主要是通过调查研究总结分析已有的研究成果和技术资料，采用现代新的理论和方法以及技术手段，建立适宜边坡变形破坏分析理论和方法，同时结合实体示范工程，开展边坡加固新方法、新材料及其应用技术、检测、评价方法研究。研究执行的技术路线如图1－1所示：
3课题各专题开展的研究工作
3.1变形破坏机制及开挖过程模拟
通过对西南地区典型边坡工程的调查，结合示范工程，选择了具有代表性的三类边坡，均质土质滑坡、缓倾角顺层边坡、具有软弱基座的逆向边坡，研究了不同边坡的破坏类型，分析了不同类型边坡所适应的加固处治措施；采用底摩擦试验，对典型边坡在开挖前、开挖后及加固处治后的变形破坏机制和稳定性进行了分析与研究；采用二维离散元对边坡开挖前、开挖过程中边坡变形破坏机制和稳定性进行了分析与研究，对边坡的防治效果进行了评价。通过对边坡变形破坏机制的物理数值模拟研究，为边坡稳定性评价计算模式和计算方法的建立，提供了可靠的依据。
图1室内底摩擦试验仪（边坡变形破坏机理研究）
图2边坡岩土体试验大型直剪仪（1×1m）
3.2锚杆、锚索质量检测与控制技术研究
专题系统地研究了公路边坡锚固体系的分类、使用情况、使用特点等方面的内容。通过对锚固段的内力分布形式、节理，边坡锚固机理、预置锚固体系加固效果的研究，提出了公路边坡锚固体系的选型设计方法，开发了防腐蚀的聚合物砂浆材料，提出了反射波检测锚固体系质量的方法和评价标准，进行了大量的示范工程设计和工程实施，加快了工程实施进度，降低了工程成本。
3.3预应力抗滑桩设计与施工技术研究
进行了三维预应力抗滑桩的加固机理、应力应变特征研究，提出了预应力抗滑桩和普通抗滑桩的加固机理对比分析成果。建立了预应力抗滑桩计算方法、并研究相应的计算流程和主要计算程序；提出矩形和梯型两种断面抗滑桩的合理构造形式、施工工艺和主要技术保证措施；
初步开发出预应力抗滑桩快速质量检测技术。通过实体示范工程的研究，分析了预应力抗滑桩在工程处治中的设计、施工、监测等综合应用技术。在昆石公路两个滑坡加固实体示范处治工程中，采用预应力抗滑桩结构形式节约了整个抗滑桩工程造价的27%。
3.4压力灌浆加固边坡的施工工艺研究与材料开发
结合我国高等级公路建设和维修中采用的注浆工艺、注浆设备和注浆材料等方面存在的问题和不足，开发了新型的水泥－水玻璃、水泥－粘土和水泥－粉煤灰等无机浆液，以及Lfz活化剂等廉价灌浆材料。对以上几种新型浆液的开发研究和应用、水泥类浆液的稳定性问题、Lfz活化剂以及压力灌浆的灌浆段孔口的有效密封装置（止浆袋）的研制和应用情况进行了系统的研究，提出了相应的施工工艺并分析了其经济性。
图3压力灌浆浆材配方及性能检验
图4通车一年后昆石路k22+900右边绿化后效果图
图5昆石路k61滑坡全貌通车一年后处治效果图
图6昆石公路K45边坡加固示范工程
图7昆石公路K45经过边坡加固处治，通车一年后的现状
4项目研究主要技术成果
（1）通过对前人研究成果的总结和对西南地区典型路段典型边坡工程的调查，结合示范工程，选择了具有代表性的三类边坡，均质土质滑坡、缓倾角顺层边坡、具有软弱基座的逆向边坡，研究了不同边坡的破坏类型，分析了不同类型边坡所适应的加固处治措施。
（2）对于不同类型的边坡，通过野外调查、室内试验，概化出三类边坡的地质力学模型，采用底摩擦试验，对典型边坡在开挖前、开挖后及加固处治后的变形破坏机制和稳定性进行了分析与研究，通过研究认为底摩擦试验和离散单元法是边坡尤其是节理化边坡变形破坏机制、开挖过程和加固效果研究的有效方法，为边坡的稳定性评价和治理设计提供依据。
（3）通过调查分析，总结目前公路边坡中主要应用的锚固形式，分析各种锚固结构的应用特点，研究了节理边坡锚固机理，以及锚固体系整体效应、群锚效应，建立了公路边坡锚固体系的选型方法，确定了锚固体系设计中的关键因素。
（4）建立了预应力锚索设计的系统方法和预应力锚索的主要结构和构造措施，基于现有规范对锚固体系结构要求的基础上开发出了聚合物砂浆材料。
（5）从理论上分析了锚杆的锚固缺陷可以用反射波法进行量测的原理，并经现场测试检测试验，建立了反射波法测试锚杆的理论基础和测试方法，并提出了评价锚杆锚固质量的工程分级标准。
（6）通过对预应力抗滑桩的加固机理、应力应变特征研究，提出了预应力抗滑桩和普通抗滑桩的加固机理对比分析成果。建立了预应力抗滑桩计算方法、并研究相应的计算流程和主要计算程序，提出了矩形和梯型断面两种抗滑桩的合理构造形式、施工工艺和主要技术保证措施，初步开发出预应力抗滑桩快速质量检测技术。
（7）开发出了廉价、稳定的水泥－水玻璃浆液和新型水泥－粘土浆液岩土灌浆材料，和适用于新型水泥－粘土浆液的LFZ活化剂DB32／T 3217-2017标准下载，通过工程试验提出了边坡岩土灌浆加固施工工艺和质量检测方法。
（8）开发了“云南昆石高速公路边坡病害防治管理评价系统”，为公路边坡新建和后期管理提供了系统的管理方法。
（9）编制了压力灌浆加固边坡设计施工技术指南以及锚杆、锚索加固边坡设计与施工技术指南。
5项目取得的创新性成果
利津县利津水系及建筑物工程施工组织设计及施工方案（1）提出了矩形和梯形两种断面形式的“部分预应力钢筋混凝土抗滑桩”结构与构造形式、设计计算的应力系数法、施工工艺及快速质量检测技术。
（2）开发了适用于水泥—粘土浆液的LFZ活化剂及用于锚杆（索）防腐的聚合物水泥砂浆。
（3）建立了锚杆质量检测的反射法波及评价锚固质量的工程分级指标，提出了边坡灌浆加固施工工艺及施工质量评定方法。