微型樁技術(shù)在公路邊坡加固中的應(yīng)用

■羅 剛

（新疆新紀元公路設(shè)計有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830000）

1 引言

在公路工程中，公路建設(shè)沿途需經(jīng)過各種地質(zhì)條件的考驗，因此許多路基、邊坡加固技術(shù)得到應(yīng)用。目前，公路邊坡防護加固的形式很多，隨著人們對公路要求的不斷提高，邊坡防護加固工程也越來越受到重視。

在對公路邊坡進行加固設(shè)計時，通常要考慮以下幾個基本原則：

（1）工程應(yīng)遵守“以防為主，防治結(jié)合，綜合治理”的原則，力求在邊坡失穩(wěn)前就對其完成加固，講究及時性；

（2）加固工程要求做到“一次根除，不留后患”。邊坡失穩(wěn)對公路交通影響較大，所以要求加固效果穩(wěn)定可靠，不留隱患；

（3）施工時要科學(xué)合理，按照“治坡先排水，之后進行施工”原則進行，基礎(chǔ)工作要扎實可靠，避免造成經(jīng)濟浪費[1]；

（4）遵循“因地制宜”原則，不可因為施工導(dǎo)致邊坡力學(xué)平衡狀態(tài)被破壞，進而導(dǎo)致新的失穩(wěn)邊坡出現(xiàn)，所以要根據(jù)實際工程條件進行理論計算驗證；

（5）注意成本控制。在進行邊坡加固時，要求設(shè)計方案最優(yōu)化，例如：注漿量、鉆孔深度、樁基長度等，這些參數(shù)都和工程成本直接相關(guān)[2]。

微型樁指的是直徑小于400mm，長細比大于30，采用鉆孔、強配筋和壓力注漿施工工藝的灌注樁（圖1）。通過壓力注漿，使得樁柱和周邊巖土層緊密結(jié)合，以此來提高其力學(xué)性能，保證邊坡穩(wěn)定。此項技術(shù)的優(yōu)點為：（1）施工機具小，適用于狹窄的施工作業(yè)區(qū)；（2）施工振動、噪聲小，適用于公害受到嚴格控制的市區(qū)；（3）長細比大，單樁耗用材料；（4）適用范圍廣，可用于所有土質(zhì)層加固。

微型樁技術(shù)起源于上世紀50 年代，之后在70 年代被美國較為廣泛采用。我國最早應(yīng)用這項技術(shù)是1981年在蘇州虎丘塔地基托換加固工程中，此后引起學(xué)術(shù)界重視。目前，全球有超過3000 個大型工程項目應(yīng)用到微型樁加固技術(shù)，它也被認為是最有價值的樁型之一。下文將以新疆自治區(qū)奎阿高速公路阿爾達鄉(xiāng)段為例，分析微型樁加固技術(shù)在公路邊坡中的應(yīng)用。

圖1 微型樁加固邊坡施工

2 工程概況

連接新疆自治區(qū)阿勒泰和奎屯兩市的奎阿高速公路全長527km，其中位于阿爾達鄉(xiāng)段長27km，途中經(jīng)過天山山脈路段（圖2）。本路段的公路邊坡土質(zhì)松軟，且小型褶皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造較多，穩(wěn)定性較差，地形自然坡度為40～55°，巖層走向與公路夾角為48°，邊坡高度范圍為5～30m，邊坡段長度約為250m。在分析現(xiàn)場條件后，需要對高速公路邊坡進行加固處理。經(jīng)過多方論證，在綜合比較了各個加固技術(shù)的施工條件、成本投資及加固效果等因素后，最終選擇微型樁加固技術(shù)對本路段進行處理。

圖2 奎阿高速穿過山區(qū)

3 微型樁加固技術(shù)的設(shè)計計算

在邊坡加固工程中，前期的地質(zhì)勘查工作是必不可少的。根據(jù)現(xiàn)場的勘察結(jié)果和實驗室測出的巖石力學(xué)參數(shù)，再加上理論計算，得到了本路段滑坡示意圖（圖3）和剩余下滑力計算表（表1）。在對下滑里進行推算時，安全系數(shù)的取值為1.2。

Ei=Wisinαi-Wicosαitanδi-cili+ψiEi-1

式中：Ei——第i 條塊剩余下滑力，kN/m；

Wi——第i 條塊自重，kN/m；

αi——第i 條塊滑面傾角；

δi——第i 條塊內(nèi)摩擦角；

Ci——第i 條塊巖土粘聚力；

li——第i 條塊滑面長度；

ψi——傳遞系數(shù)；

Ei-1——第i-1 條塊剩余下滑力滑面面向分量。

上式只是計算的一部分，此外很多巖層力學(xué)參數(shù)可通過實驗室測定。

圖3 滑坡推力計算示意圖

在此，將滑坡體分成9 個條塊，依據(jù)不同的位置、巖性等條件，繪制成表1。

表1 邊坡剩余下滑力計算表格

通過相關(guān)計算，最終得出本路段邊坡剩余下滑力最大值為245.6kN/m，安全系數(shù)為0.85。利用FLAC3D 軟件進行驗證，表明計算結(jié)果較為準確，可為后續(xù)設(shè)計工作提供依據(jù)。

根據(jù)所得結(jié)果，本項目設(shè)計采用雙排“門”型微型樁組合體系。具體如下：采用圓柱形樁體，長度為10m（個別地段長度略大），直徑為300mm，樁間距取值2m，前后排距取值0.6m，兩排之間用橫梁連接（排數(shù)因邊坡高度的不同而不同），錨固深度應(yīng)大于樁體總長的1/3，樁內(nèi)配筋型號為4Φ16。經(jīng)計算，此種結(jié)構(gòu)單位面積可承受下滑力為468kN，完全滿足現(xiàn)場需要[3]。

4 微型樁加固技術(shù)的施工要點

4.1 鉆孔和清孔施工

目前，鉆孔機械主要分為沖擊鉆、回旋鉆和沖擊回旋鉆三種類型。沖擊鉆因不能使鉆進和排矸同時進行，所以鉆進功率較低；回旋鉆主要應(yīng)用于砂土等粒徑較小的地帶，適用范圍較窄；而沖擊回旋鉆可將上兩種鉆機優(yōu)點結(jié)合在一起，因而在邊坡加固中得到最廣泛應(yīng)用。本項目采用回旋沖擊鉆進行打孔作業(yè)。

在鉆進時，應(yīng)保證鉆孔的深度和曲直度達到要求，鉆進完成后對掉落碎石進行必要清除。鉆孔結(jié)束后技術(shù)人員應(yīng)對每個孔進行復(fù)查，合格之后便可進行后續(xù)的加筋注漿作業(yè)。

4.2 安放鋼筋和注漿作業(yè)

加筋材料一般選擇為鋼筋、鋼管等材料，要通長配置，此外，回填碎石的粒徑要求不大于1/10 倍樁徑，放入填料體積約占孔內(nèi)容積的15%左右。在此期間最可能出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，所以應(yīng)盡快完成安筋和注漿作業(yè)。

在微型樁加固邊坡作業(yè)中，水泥漿相關(guān)要求有幾點：(1)水灰比控制在0.5 左右；(2)注漿時應(yīng)先注稀漿液，之后逐漸提高漿液濃度；(3)必要時可摻外加劑改變水泥漿性能，提高注漿效率。注漿作業(yè)可分為初次注漿和二次注漿。

初次注漿時，壓力一般控制在0.3MPa，如果出現(xiàn)縮頸或塌孔現(xiàn)象，應(yīng)下降套管深度至破壞區(qū)域以下。另外還要求孔內(nèi)漿液均勻上升，直到灌滿為止。注漿作業(yè)應(yīng)連續(xù)進行，而注漿管每次提升高度應(yīng)小于50cm。

在初次注漿完成5～7h 后，進行二次注漿。注漿管由注漿泵壓入到初次注好的漿液中，可擠壓樁體和孔壁間的縫隙，增強樁體承載力。二次注漿壓力控制在2～4MPa 左右，由底部向上部進行。

4.3 質(zhì)量檢驗

在微型樁注漿完成30d 后，要檢驗其承載能力。本項目對其進行的是豎向載荷承受檢驗，具體為使用卡車對其進行拔拉，相關(guān)儀器可記錄下當(dāng)前數(shù)值，抽取數(shù)量為總數(shù)的30%。經(jīng)抽查，本項目微型樁合格率為100%，說明施工質(zhì)量較好[4]。

5 結(jié)束語

微型樁加固技術(shù)施工程序較為簡單，施工質(zhì)量容易控制，且適用范圍較大。就本項目而言，與錨固支護相比，經(jīng)估算其成本可節(jié)約15%，加固效果也達到了相關(guān)標(biāo)準，是一種理想的邊坡加固技術(shù)。

[1]鄭穎人,陳祖煜,王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社,2007(12):13-15.

[2]吳文雪,歐陽仲春.錨釘復(fù)合結(jié)構(gòu)及其在滑坡防治中的應(yīng)用[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報,2004,23(3):65-69.

[3]肖世國,周德培,宋從軍.巖石高邊坡工程中埋入式抗滑樁的應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報,2008,25(5):638-641.

[4]沈強,陳從新,汪稔,劉小薇.邊坡抗滑樁加固效果監(jiān)測分析[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報,2005,24(6):934-938.