圓形抗滑樁在山區(qū)高速公路滑坡處治中的應(yīng)用

李耀華，葉瓊瑤，鄧勝強(qiáng)，宋元平

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

廣西區(qū)北部某高速公路通過山嶺重丘區(qū)，沿線高邊坡較多，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，施工期間邊坡滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，對項(xiàng)目施工工期、進(jìn)度及造價控制影響很大。本文以其中某滑坡處治為例，對圓形抗滑樁在該類滑坡災(zāi)害工程處治中的應(yīng)用進(jìn)行研究，分析評價其合理性。

1 工程概況

滑坡路段場地工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，屬古滑坡區(qū)，施工過程中已開挖成型準(zhǔn)備防護(hù)的右側(cè)邊坡數(shù)次出現(xiàn)小規(guī)?；?；2016年10月，當(dāng)?shù)赜晁l繁，在多重誘因下，該路段在10月底發(fā)生中等規(guī)模的新生滑坡，此后滑坡處于緩慢變形狀態(tài)。

1.1 地形地貌

滑坡路段屬剝蝕丘陵地貌，地勢略高，地形起伏較大，山體自然坡較陡，坡度約10°～45°。古滑坡范圍較大，對應(yīng)路段長度約80 m，地形較平緩，為灌木林地；路線自古滑坡中下部采用挖方形式通過，左側(cè)為一級挖方邊坡，坡率1∶1.5；右側(cè)為兩級挖方邊坡，滑坡期間兩級邊坡坡率均為1∶2，最大邊坡高度約21.6 m。

1.2 地層巖性

覆蓋層：包括第四系人工填土(Qme)、坡洪積第2層(Qdl+pl-2)塊石混黏性土、坡洪積第1層(Qdl+pl-1)塊石混粉質(zhì)黏土、殘積層(Qel)粉質(zhì)黏土等，組份雜亂，結(jié)構(gòu)較松散，厚度大小不一。其中人工素填土為公路路基填土，層厚約1.5 m；塊石混黏性土為后文新生滑坡堆積體，厚0.8～15.5 m；塊石混粉質(zhì)黏土為后文古滑坡堆積體，下伏于塊石混黏性土層，厚3.3～6.5 m；粉質(zhì)黏土為原狀土層，分布于整個山坡，厚0.65～13.4 m。

基巖：為全～中風(fēng)化泥盆系中統(tǒng)郁江階(D2y)泥灰?guī)r，其中全風(fēng)化層厚度1.4～7.6 m，強(qiáng)風(fēng)化層巖體破碎，厚0.7～14.3 m；中風(fēng)化層埋深較大，巖體較完整。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡路段處于附近一褶皺向斜構(gòu)造的影響區(qū)，距離某區(qū)域性大逆斷層約1.5 km。受構(gòu)造影響，場地基巖裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，巖層產(chǎn)狀為260°∠31°。

1.4 水文地質(zhì)

場地地表水體主要為山坡東側(cè)的沖溝水，水量隨季節(jié)變化較大；地下水屬潛水，為覆蓋層中孔隙水和基巖裂隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，少量為地勢較高處沖溝水體補(bǔ)給，沿覆蓋層孔隙及基巖裂隙向山腳及低洼處排泄，地下水位較高。

2 滑坡特征及成因機(jī)理分析

2.1 滑坡特征

2.1.1 古滑坡

古滑坡范圍地形較平緩，在平面上呈腳掌形，后緣依地形起伏呈現(xiàn)出圈椅狀地形特征，后側(cè)山坡較陡，前緣斜坡平緩，滑坡舌、滑坡古丘明顯，空間上呈現(xiàn)出明顯的“上陡下緩”的分布特征，整個滑坡周界較清晰；滑面為紫紅色塊石土(Qdl+pl-1)與下部褐黃色粉質(zhì)黏土(Qel)的接觸面，最大埋深約18.1 m，處于穩(wěn)定地下水位以下；滑坡體主要由塊石混黏性土(Qdl+pl)組成，成分雜亂；原地表裂縫不明顯；剪出口位于對應(yīng)路段左側(cè)邊坡外側(cè)15～23 m處，前緣呈弧形。古滑坡主滑方向長度約157 m，底部寬度約70 m，滑動面積約9 250 m2，平均厚度約12 m，已滑動體積約11.1×104m3(原始地形)，屬牽引式中型中層滑坡。

2.1.2 新生滑坡

新生滑坡周界清晰，后緣呈圈椅狀，前緣受路基邊坡開挖影響呈直線形；后壁處于古滑坡后壁前側(cè)3～8 m位置，兩側(cè)邊界與古滑坡邊界基本一致；滑動剪切破壞帶為原古滑坡中上層塊石混黏性土底部的黏性土，軟～可塑狀，厚0.2～0.3 m最大埋深約15.2 m，基本處于穩(wěn)定地下水位之下?；麦w主要為塊石混黏性土(Qdl+pl-2)，成分雜亂，該層自滑坡體中部向后緣逐漸變薄至尖滅?；矌r性以下伏原古滑坡堆積體為主，埋深4.76～15.2 m；滑坡區(qū)剪切裂縫和拉張裂縫發(fā)育，規(guī)模大小不一；新生滑坡剪出口位于第1級邊坡坡腳位置，與路槽頂標(biāo)高接近，內(nèi)側(cè)邊坡坡面出現(xiàn)明顯滑移變形，原坡腳擋墻分縫處出現(xiàn)較明顯的錯開現(xiàn)象；新生滑坡主滑方向長度約60～80 m，底部寬度約70 m，滑動面積約5 650 m2，平均厚度約8 m，已滑動體積約4.5×104m3，為在古滑坡基礎(chǔ)上因坡腳被切斷、路塹邊坡失穩(wěn)坍塌導(dǎo)致的古滑坡的局部復(fù)活，屬牽引式中型中層滑坡，如圖1所示。

圖1 場地滑坡平面圖(單位：m)

根據(jù)滑坡專項(xiàng)勘察期間的監(jiān)測結(jié)果，新生滑坡處于緩慢發(fā)展期，而古滑坡則基本穩(wěn)定狀態(tài)，未見明顯滑移。

2.2 滑坡成因機(jī)理分析

本路段古滑坡的形成是地形地貌、巖土體性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、降雨等綜合作用的結(jié)果，其中不利的地質(zhì)條件(原始陡坡地形、層間軟弱帶)為古滑坡的形成提供了物質(zhì)和空間基礎(chǔ)；地質(zhì)構(gòu)造(巖體破碎、順層)是古滑坡形成的地質(zhì)基礎(chǔ)，地下水及強(qiáng)降雨作用是滑坡產(chǎn)生的直接誘因。

在古滑坡的基礎(chǔ)上，因工程建設(shè)出現(xiàn)人工開挖邊坡形成臨空面，為新生滑坡體剪出提供了空間條件，而邊坡坡體主要由古滑坡的塊石混黏性土組成，結(jié)構(gòu)疏松，成分雜亂，雨水易滲入；層間滑帶黏性土的強(qiáng)度低，性狀差，邊坡開挖后經(jīng)歷多次強(qiáng)降雨，在地下水浸泡作用下黏性土層發(fā)生軟化、泥化，強(qiáng)度急劇降低，進(jìn)而發(fā)生滑動，故其滑動機(jī)理可概括為：(1)滑坡體中堆積體成分雜亂，強(qiáng)度不一，特別是其中的黏性土在連續(xù)降雨等誘因下，在滯流于其中的地下水間夾浸泡作用下急劇軟化、泥化，強(qiáng)度降低，首先發(fā)生滑移，從而使上部巖土體失去支撐，穩(wěn)定性降低，進(jìn)而牽引上部土層滑動。(2)在建高速公路挖方施工后，形成人工邊坡，出現(xiàn)較大臨空面，破壞了原有的應(yīng)力狀態(tài)。

3 圓形抗滑樁處治方案

根據(jù)前文內(nèi)容，本滑坡處治時應(yīng)將新生滑坡與古滑坡一同考慮，消除安全隱患和降低滑動風(fēng)險(xiǎn)，并提高路基整體安全穩(wěn)定性。經(jīng)綜合比選，本滑坡處治擬采用抗滑強(qiáng)支擋結(jié)構(gòu)，同時輔以截排水、填塞地面裂縫等措施的綜合處治方案。

考慮到場地滑坡體規(guī)模較大，滑面尤其是古滑坡滑面埋深較大，估算滑坡推力也較大，滑坡體成分雜亂，結(jié)構(gòu)松散，加上當(dāng)時雨水較多，覆蓋層遭水浸泡，含水量較大，而地下水位也偏高，新生滑坡尚處于滑移變形期，施工工期緊和單純?nèi)斯ね诳资┕に俣嚷掖嬖谳^大風(fēng)險(xiǎn)等多方面因素，經(jīng)綜合對比，初步確定采用圓形抗滑樁方案，以機(jī)械成孔方式進(jìn)行施工。該方式相對于人工挖孔施工具有不需泥漿護(hù)壁、污染小、成孔速度快、安全性較高、能較好適應(yīng)地下水豐富及場地復(fù)雜環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 滑塌處治典型斷面圖(單位：m)

4 圓形抗滑樁處治方案合理性研究

在以往高速公路滑坡災(zāi)害處治中，抗滑樁得到了充分的利用，而95%以上為矩形抗滑樁形式，采用圓形抗滑樁的案例較少。究其原因，主要是圓形抗滑樁存在受力性能相對較差、相關(guān)計(jì)算較為復(fù)雜、樁后土拱效應(yīng)難以形成、樁間土體容易擠出等缺陷。但實(shí)際上，圓形抗滑樁在基坑工程、地下工程及市政工程中得到了大量的利用，不少文獻(xiàn)[3-5]也對圓形抗滑樁的計(jì)算及應(yīng)用范圍進(jìn)行了探討，包括公路工程中地形較陡、地下水位較高、松散堆積體等滑坡路段，采用矩形抗滑樁需要進(jìn)行人工挖孔，施工較為困難，且存在安全風(fēng)險(xiǎn)，也容易延誤工期；而選用圓形抗滑樁進(jìn)行機(jī)械成孔施工具有安全、快速、污染小等諸多優(yōu)點(diǎn)，亦可有效發(fā)揮支擋作用。

相對于矩形抗滑樁，圓形抗滑樁受整體截面和裝配等條件限制，配筋空間有限，所配置鋼筋提供的有效截面慣性矩較小，整體受力性能較差是不爭的事實(shí)。在此基礎(chǔ)上，我們可適當(dāng)轉(zhuǎn)變思路，在滑坡滑動方向已明確的條件下，通過加強(qiáng)樁身的不均勻配筋來改善其整體和針對性受力，即將受拉鋼筋、受壓鋼筋配置在滑坡滑動方向原中性面的前后兩側(cè)，接近垂直于中性面兩側(cè)采用構(gòu)造配筋即可，該方法既能充分利用鋼筋混凝土強(qiáng)度又可節(jié)約鋼筋。

在以往規(guī)范中，關(guān)于圓形受彎構(gòu)件正截面承載力驗(yàn)算中均局限于均勻配筋，部分文獻(xiàn)[4-6]對圓形抗滑樁非均勻配筋的計(jì)算進(jìn)行了較深入的研究，計(jì)算過程較為復(fù)雜，不便于手算，故本次計(jì)算采用理正巖土軟件中的抗滑樁模塊進(jìn)行非均布配筋的方法進(jìn)行，即在圓截面梁受拉區(qū)180°范圍與受壓局部120°范圍采用非均勻配筋的方式，此兩范圍以外配置構(gòu)造鋼筋，如圖3所示。

圖3 圓形抗滑樁截面配筋圖

圖3中1區(qū)配置57根φ32 mm的受拉主筋，3根1束，共19束；2區(qū)配置38根φ32 mm的受壓鋼筋，2根1束，共19束；3區(qū)為12根φ32 mm的構(gòu)造鋼筋。與矩形抗滑樁配筋不同的是，圓形抗滑樁受壓側(cè)也配置較多的鋼筋，這是充分利用受壓區(qū)鋼筋的抗壓作用，減小受壓區(qū)截面高度，從而可以減少受拉區(qū)配筋，否則受拉區(qū)配筋過多，鋼筋的凈距難以滿足規(guī)范要求，這類似于雙筋矩形截面梁的計(jì)算。

本次計(jì)算重點(diǎn)與目標(biāo)為滑坡推力、抗滑樁穩(wěn)定性(包括截面尺寸、長度、間距等)，其他各巖土層及滑(帶)面的物理力學(xué)基礎(chǔ)參數(shù)按勘察報(bào)告所推薦參數(shù)采用，計(jì)算軟件為理正巖土計(jì)算軟件中的抗滑樁模塊，計(jì)算方法采用“K”法；圓形抗滑樁初擬為全埋入式，樁身采用C30混凝土，樁長按24 m、26 m考慮，樁徑2.0 m，并采用φ16 mm的HBR400箍筋進(jìn)行抗剪，箍筋間距15 cm，抗滑樁錨固段為強(qiáng)～中風(fēng)化層泥灰?guī)r，要求嵌入中風(fēng)化巖層2～3 m，主要布設(shè)于滑坡范圍路中線右側(cè)24 m位置并往兩側(cè)適當(dāng)延長一定距離，樁中心間距取4.0 m，共16根；樁頂設(shè)高度1 m的樁間系梁，以增強(qiáng)抗滑樁整體抗滑剛度，計(jì)算結(jié)果如表1、表2所示。

表1 滑坡推力計(jì)算表

表2 圓形抗滑樁配筋驗(yàn)算結(jié)果表

注：A類情況為抗滑樁于新生滑坡在非正常工況Ⅰ下K=1.15剩余下滑力情況的驗(yàn)算結(jié)果；B類情況為抗滑樁于滑坡按古滑坡滑面在非正常工況Ⅰ下K=1.10剩余下滑力情況的驗(yàn)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，圓形抗滑樁方案的樁徑、樁間距、樁長選取合理，鋼筋配置經(jīng)濟(jì)適宜，整體滿足規(guī)范要求，是合理可行的。

5 結(jié)語

本滑坡處治中圓形抗滑樁共16根，施工完所有

抗滑樁僅用時22 d，時效性十分明顯。圓形抗滑樁施工完畢后的監(jiān)測表明，滑坡已處于穩(wěn)定狀態(tài)。截至目前，該路段滑坡綜合處治施工已完工近一年時間，期間不但經(jīng)歷了雨季的考驗(yàn)，更是經(jīng)受了廣西百年一遇的降雨考驗(yàn)，現(xiàn)狀穩(wěn)定，表明本套圓形抗滑樁工程處治技術(shù)切實(shí)可行，其采用非均勻配筋也是科學(xué)合理的。本工程實(shí)踐為今后類似公路邊坡滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的處治設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

[1]JTG C20-2011，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2]GB50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]趙明華.圓形與喚醒擋土樁的配筋計(jì)算[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，1998(2)：78-82.

[4]陳浩軍.鋼筋混凝土圓形截面受彎構(gòu)件正截面配筋計(jì)算[J].中南公路工程，2001(3)：41-45.

[5]陳富堅(jiān).圓形與環(huán)形截面抗滑樁的非均勻配筋計(jì)算方法[J].公路交通科技，2006(9)：32-35.

[6]舒海明，王曙光，喻邦江，等.圓形抗滑樁在某煤系地層滑坡治理中的應(yīng)用[J].交通科技，2013(2)：71-73.