微型鋼管樁在處治滑坡工程中的運用

茍棟元

(1招商局重慶交通搞科研設(shè)計院有限公司，重慶 400067 2山區(qū)道路工程與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，重慶 400067)（3.國家山區(qū)公路工程技術(shù)中心，重慶 400067)

微型鋼管樁在處治滑坡工程中的運用

茍棟元1，2,3

(1招商局重慶交通搞科研設(shè)計院有限公司，重慶 400067 2山區(qū)道路工程與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，重慶 400067)（3.國家山區(qū)公路工程技術(shù)中心，重慶 400067)

微型鋼管樁因其提高滑坡自身穩(wěn)定性顯著、布置靈活、施工便利及治理費用較低等優(yōu)點，目前已大量應(yīng)用于滑坡治理的工程實踐中。本文以重慶市某高速公路隧道仰坡邊坡滑坡為例，提出了較為完整的微型鋼管在治理思路和治理方案。經(jīng)過長時間的運營，該滑坡達到了穩(wěn)定狀態(tài)，驗證了注漿微型鋼管樁的加固效果，表明其治理措施是可靠和可行的，為類似滑坡治理的設(shè)計與施工提供了參考。

滑坡治理；微型鋼管樁；抗剪強度；穩(wěn)定性

0 前言

微型鋼管樁作為微型樁中的一種新型結(jié)構(gòu)，自上世紀50 年代由意大利人Fernando Lizi 提出后，近年來在邊坡加固中得到廣泛的應(yīng)用[1]。與傳統(tǒng)的抗滑樁相比，其優(yōu)點在于[2-4]：①圬工工程量少，工程造價低，經(jīng)濟性好；②具有一般抗滑樁的作用；③施工速度快且較安全，對于搶險加固工程可以爭取寶貴的時間；④適宜性強，布置形式靈活。

為指導(dǎo)工程實踐，本文通過研究微型鋼管樁加固機理，并結(jié)合工程實例探討微型鋼管樁在滑坡治理中的加固效果。理論研究和實際應(yīng)用均表明，微型鋼管樁結(jié)合其他措施的綜合方案發(fā)揮了良好的加固作用。

1 微型鋼管樁抗滑機理

微型鋼管樁作為抗滑樁用于邊坡加固具有以下特點。

（1）通過微型鋼管樁灌注的漿液滲入到鉆孔周圍的土體中，水泥漿充滿巖土體的孔隙，并與巖土體發(fā)生充分混合，改善了滑體、滑帶、滑床土體的物理力學(xué)性質(zhì)，提高了巖土體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，增大了摩阻力，從而使得處治區(qū)域巖土體的完整性和整體強度得到提高。

（2）用微型鋼管樁進行加固時，由于其間距小，再加上微型鋼管樁對樁間土體的加固作用，使得加固區(qū)域發(fā)生局部溜滑的可能性大為降低。

（3）微型鋼管樁一般是成排布置，具有空間剛架體系特點。當(dāng)微型鋼管樁以網(wǎng)狀密布在在滑坡體中時，在受到樁后的橫向滑坡推力作用后，它對樁間和鄰近土體具有改造和加固作用，使土體強度得到提高。由于樁與樁之間間隔較小，整個鋼管群樁可看一個修筑在土體中的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)利用鋼管的抗剪、抗拉、抗壓及其樁間土的組合效應(yīng), 可以有效的阻止滑體沿滑面滑動，從而對樁間土體的變形起到了約束和框箍作用，使樁和土能形成一個整體共同承擔(dān)外部的荷載。

（4）微型鋼管樁樁群方法的使用，受力分析時可看作一個復(fù)合地基或地下連續(xù)鋼筋混凝土墻，其最大特點是將滑坡中的一部分滑動體加固成抗滑體來達到對滑坡治理的目的。通常在受力分析時把樁與土結(jié)合在一起考慮，由該復(fù)合結(jié)構(gòu)共同承受滑坡推力的作用。該受力模型類似于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，樁間巖土體代表混凝土，而鋼管樁則代表混凝土中的鋼筋，在結(jié)構(gòu)類似于擋土墻結(jié)構(gòu)。由于鋼管樁在土體中起到加筋的作用，土的剛度發(fā)生了變化，使其樁的變形顯著減少。

2 工程概況

重慶某高速公路隧道進口左側(cè)滑坡，地貌類型屬構(gòu)造剝蝕低山地貌，地勢北東高南西低，坡向約188°，坡角一般25～40°?；潞蟛繛橄浪?，東側(cè)為民房，前部為隧道入口。坡體地面高程為608～663m，相對高差約55m，坡長約125m。坡腳地面高程為608m，為滑坡前緣的臨空面。

根據(jù)該區(qū)域地質(zhì)資料和滑坡工程地質(zhì)勘察揭示，滑坡地段主要分布第四系坡、殘積土，下伏地層為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2S）泥巖、夾層狀砂巖及其風(fēng)化層。場區(qū)地下水類型主要為第四系松散堆積層的孔隙水和基巖中的裂隙水，均受大氣降水補給，地表徑流條件較差，地表水容易滲入坡內(nèi)，補給地下水，雨季地下水較豐富。

該滑坡平面形態(tài)呈“長舌狀型”，前緣高程608.0～609.0m，后緣高程657.2～

663.1 m。平均縱向長約105m，平均橫向?qū)捈s40m，面積約0.5×104m2，滑體平均厚度約6m，體積約2.55×104m3，為小型中層土質(zhì)滑坡。據(jù)目前滑體總體變形，滑坡主滑方向與坡向基本一致，約為188°。

圖1 滑坡全貌圖

3 滑坡成因分析

滑坡位置原為斜坡地形，滑坡體為崩坡積塊石土含、混、夾碎塊石，局部架空現(xiàn)象明顯，結(jié)構(gòu)松散，滲水性較好，大氣降雨易于入滲；大氣降雨持續(xù)滲入后，增大了滑坡的下滑力；而滑坡前緣隧道的開挖形成了高10m的臨空面，降低了斜坡體的穩(wěn)定性，使得前緣抗滑力減少。再加上當(dāng)?shù)孛穹康男藿?，削高填低，破壞和改變了滑坡區(qū)所處斜坡體的原始地貌形態(tài)，增加了地表水向下的滲透，降低滑坡體的安全儲備。當(dāng)邊坡下滑力大于抗滑力，引起滑坡的變形、開裂。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

對前緣隧道仰坡變形采用圓弧形滑動面，采用“Bishop法”計算其穩(wěn)定性；對滑坡整體穩(wěn)定性、局部

穩(wěn)定性采用基于極限平衡理論的折線型滑動面進行計算。計算結(jié)果如下：

表1 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表

滑坡穩(wěn)定性計算表明，滑體在天然工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。在集中強降雨的影響下，土體變形將進一步加劇，可能導(dǎo)致邊坡整體失穩(wěn)，將導(dǎo)致該高速公路的交通中斷，嚴重威脅導(dǎo)高速公路的運營安全。

綜上所述，目前該滑坡正處于滑動變形階段，未來在地表水入滲及施工擾動影響下，其穩(wěn)定性將進一步降低，存在產(chǎn)生滑移風(fēng)險，應(yīng)及時采取有效的綜合治理措施。

5 滑坡治理設(shè)計

5.1 滑坡治理方案比選

該滑坡治理方案必須考慮的因素：（1）對該滑坡的治理必須是永久性的，具有較高的控制變形能力；（2）不對隧道仰坡及拱圈結(jié)構(gòu)造成破壞；（3）由于村道公路路面僅有3m寬，大型機械無法作業(yè)施工，故必須采用設(shè)備簡單，施工工藝不復(fù)雜的治理方案；（4）治理方案必須工期短，造價相對較低；（5）盡量減少施工對下方高速公路運營安全的威脅。

基于此，本項目治理提出了兩個方案，即：（1）鋼管樁+錨桿格子梁+截排水的方案。（2）抗滑樁+錨桿格子梁+截排水的方案。由于本項目為隧道上方邊坡滑坡，由于抗滑樁的施工對隧道的影響不明確，且造價相對較高，為減少或避免施工對隧道結(jié)構(gòu)安全造成威脅，加快施工進度和降低工程造價，經(jīng)綜合比選采用鋼管樁+錨桿格子梁的方案。

5.2 滑坡治理設(shè)計

本文僅對鋼管樁的設(shè)計做探討，其他設(shè)計措施不予探討。

（1）微型鋼管樁的設(shè)計考慮的因素

微型鋼管樁的樁長、樁徑、樁距、砂漿強度等因素直接對微型鋼管樁的布置造成直接影響。在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果，采用工程類比法進行鋼管樁設(shè)計；同時還應(yīng)根據(jù)坡體巖土結(jié)構(gòu)類型、巖體性質(zhì)、嵌固段的錨固力大小、坡體布樁后產(chǎn)生的群樁效應(yīng)等，結(jié)合相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范的要求等確定合適的樁長及樁間距[5]。

（2）微型鋼管樁的力學(xué)計算

經(jīng)計算，斷面1微型樁設(shè)置處在暴雨工況下滑坡最大推力的水平分力277KN/m；斷面2微型樁設(shè)置處在暴雨工況下滑坡最大推力的水平分力473KN/m。

本文按滑面抗剪條件對滑坡治理后的穩(wěn)定性進行驗算[6]，不考慮注漿加固后復(fù)合土體的作用，按最不利原則考慮滑坡推力由鋼管全部承擔(dān)，計算公式如下：

式中：

Rs——抗剪斷設(shè)計安全系數(shù)，一般取1.2；

[τ]——鋼管抗剪強度（125 MPa）；

A——鋼管截面積（m2/m）；

Fx2——設(shè)計工況滑坡推力的水平分力（KN/m）；

經(jīng)計算，最不利斷面微型樁鋼管截面面積為54.5 cm2。

（3）微型鋼管樁的布置

本項目在滑坡中部（機耕道附近）設(shè)置3排鋼管樁支檔措施，在滑坡前部設(shè)置4排鋼管樁支檔措施。鋼管樁進入中等風(fēng)化基巖深度5m-8m，間距1.5m，采用梅花形布置，孔徑130mm，內(nèi)置108×6mm鋼管和3根φ22HRB400鋼筋，注漿采用M30水泥漿。施工時，鋼管樁應(yīng)低于路面50cm，以保證機耕道的通行。詳見圖1。

（4）抗剪斷安全校核

根據(jù)規(guī)范要求，按暴雨工況校核抗剪斷安全系數(shù)，計算公式如下：

式中：

Rj——抗剪斷校核安全系數(shù)；

n——每米微型樁數(shù)量；

[τ]——鋼管抗剪強度（125 MPa）；

A——鋼管截面積（m2/m）；

Fx3——校核工況下滑坡推力的水平分力（KN/m）；

經(jīng)計算，最不利斷面微型樁抗剪斷校核安全系數(shù)1.22＞1.2，滿足規(guī)范要求。

圖2 治理平面布置圖

圖3 治理斷面布置圖

（5）邊坡加固后穩(wěn)定性評價

在工程實踐中，由于微型鋼管抗滑樁的特殊布置方式，使得樁與樁、樁與土、土與土的相互作用成為了影響樁微型鋼管樁設(shè)計的主要因素，這給樁的穩(wěn)定性分析及設(shè)計都帶來較大困難。目前微型鋼管樁的設(shè)計尚未形成一套較為成熟的理論

[7-9]，對樁——土的共同作用還不能做出準確的分析，因此樁及土的許多參數(shù)都是依據(jù)實踐經(jīng)驗來選取。

本項目將鋼管樁及土體看做復(fù)合地基，計算安全系數(shù)取2.5，經(jīng)計算得微型鋼管樁在天然工況下的綜合粘聚力c=127KPa，綜合摩擦角φ= 18.6°，在飽和工況下的粘聚力c=126KPa，綜合摩擦角φ= 17.5°。穩(wěn)定性分析計算時，不同條塊其粘聚力和摩擦角取值不同，微型鋼管樁加固條塊，采用綜合粘聚力及摩擦角，其余非加固區(qū)域條塊采用土樣的粘聚力和摩擦角。 工程措施實施后，坡體安全系數(shù)為1. 17，滿足防治工程最小安全系數(shù)1.15的要求。

6 結(jié) 語

（1）對于受施工條件限制較大或?qū)扔薪Y(jié)構(gòu)物影響較大的地段的滑坡，采用微型鋼管樁可以達到快速有效的控制變形的目的。一般適用于小型滑坡治理，對于大中型滑坡的治理可作為一種輔助措施使用。

（2）微型鋼管樁一般是成排布置，具有空間剛架體系特點。由于樁與土之間的摩擦、粘聚力等因素，在鋼管樁內(nèi)產(chǎn)生了抗拉應(yīng)力增量，同時在土體中產(chǎn)生了相應(yīng)的壓應(yīng)力增量，促成土體的抗剪強度增加，使其整體抗剪強度得到較大的提高，能夠承受較大剪力和彎矩。

（3）微型鋼管灌注的水泥漿滲入到鉆孔周圍的土體之中，改善了巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)，提高巖土體的粘聚力和摩擦角，加強了微型鋼管樁治理區(qū)域巖土體的完整性和整體強度。

（4）微型鋼管樁樁群方法的使用，受力分析時可看作一個復(fù)合地基或地下連續(xù)鋼筋混凝土墻，其最大特點是將滑坡中的一部分滑動體加固成抗滑體來達到對滑坡治理的目的。

經(jīng)過長時間的運營，該滑坡達到了穩(wěn)定狀態(tài)，驗證了注漿微型鋼管樁的加固效果，表明其治理措施是可靠和可行的，為類似滑坡治理的設(shè)計與施工提供了參考。

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1007-6344（2016）02-0159-02