抗滑樁在高速公路滑坡治理中的應(yīng)用

郝飛

（邢臺路橋建設(shè)總公司，河北 邢臺 054000）

0 引言

近幾年，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了快速發(fā)展，特別是西部大開發(fā)戰(zhàn)略的設(shè)施，加快了我國西部地區(qū)的發(fā)展。但是，在西部大開發(fā)中，由于土地資源受限逐漸開始向山坡地帶發(fā)展。在路基防護(hù)工程的組成中，公路擋土墻具有重要作用，是不可缺少的關(guān)鍵部分。西部地區(qū)地形較為復(fù)雜多變，地勢跌宕起伏，在高速公路建設(shè)中，為了保證路基的穩(wěn)固，就需要積極建設(shè)擋土墻。同時，在山區(qū)公路開通運(yùn)行多年后，在暴雨侵襲、山洪以及重載交通影響等不利條件下，往往存在擋土墻破壞失穩(wěn)以及路段局部滑坡等跡象，對過往通行車輛的安全性帶來較大的潛在隱患，需要對此類情況進(jìn)行及時處理，保證交通安全。

鐵路、堤壩以及礦山施工中，擋土墻建設(shè)常發(fā)生失穩(wěn)的情況，影響工程建設(shè)安全，由此，在施工過程中，擋土墻施工成了重中之重[1]。為了穩(wěn)固擋土墻，常會采用預(yù)應(yīng)力錨固法、后垛式扶臂墻以及重力式翼墻等進(jìn)行加固。其中的后垛式扶臂墻與重力式翼墻屬于被動承載的加固形式，施工周期較久，且需要更多的土地占用，工程造價較大，同時其對斜坡路基的深層滑動問題無法有效解決，在實踐中應(yīng)用受限較多[2]。從加固效果方面考慮，預(yù)應(yīng)力錨固方法較前兩種更好，能夠充分恢復(fù)擋土墻原有的承載力甚至在一定程度上超過原有支承能力，特別是在擋土墻存在外鼓或局部破裂的情況下，加固效果更加顯著[3]。但在路基的深層滑動治理方面仍存在一定不足，也不太適用于某些特定情形，如加錨處距離滑坡后緣較近，滑床巖性不良以及錨索受橫向力較大等條件下[4]。

當(dāng)擋土墻位于陡坡路堤附近時，若其發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，則大概率是受邊坡滑移所致，另外也可能是頻繁受重載交通影響導(dǎo)致。由此，擋土墻加固施工中，要求對滑坡問題進(jìn)行修繕，否則將難以取得長效，且擋土墻隨著時間推進(jìn)也會更容易再次失穩(wěn)破壞。

本文基于我國西南地區(qū)某高速公路的地災(zāi)治理案例，根據(jù)其既有的滑坡路段擋土墻，提出了一種新型的加固設(shè)計方法，即在擋土墻下方增設(shè)人工挖孔樁作為抗滑樁，對路基的深層滑動問題進(jìn)行徹底控制，同時使抗滑樁超出地面一定長度，用于對加固擋土墻進(jìn)行支護(hù)，從而標(biāo)本兼治，保證路基的穩(wěn)定性。本文主要按照上述方案設(shè)計思路，闡述抗滑樁樁長的設(shè)計優(yōu)化對策。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況分析

據(jù)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，該路段未出現(xiàn)基巖露出現(xiàn)象，由鉆孔資料揭露顯示，該地帶表層主要為人工填土結(jié)構(gòu)，下方位置從上到下依次為粉質(zhì)黏土、灰?guī)r、巖石破碎以及節(jié)理裂隙發(fā)育。相關(guān)土層的主要物理力學(xué)特性見表1。

表1 地段內(nèi)主要土層的物理力學(xué)指標(biāo)

路段表層為人工填土，雜色，青灰，主要包括碎石與塊石。塊石主要呈現(xiàn)塊柱狀，直徑在110mm以上，約占3/4；碎石直徑50～60mm，大多為棱角狀，成分多為灰?guī)r，結(jié)構(gòu)松散，約占1/4，可以作為擋土墻施工中填方使用。

粉質(zhì)黏土呈黃褐色，濕后的黏性佳，切面較光順，土質(zhì)較均勻，同時包括少量的鐵錳氧化物以及泥巖風(fēng)化碎屑，87%采取率。

灰?guī)r的顏色為淺灰黑色，中厚層構(gòu)造，隱晶質(zhì)，極發(fā)育有巖石節(jié)理裂隙，黃褐色氧化膜可見于節(jié)理面，巖體取芯多為6～8cm，較破碎，呈短柱及塊柱狀，其10～15cm柱狀可見少量，巖石堅硬。采取率為75%。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查可知，該段公路的地勢相對周邊環(huán)境較低，遭遇降水氣候時，在此斜坡位置會有大量雨水存儲。鉆孔資料表面，該路段地下水位埋藏較深，可以達(dá)到12m左右。同時，此處滑坡為淺層滑坡，地下水不會對其造成太大的影響。此外，因地下水較多，能夠直接滲透到土壤中，并于滑坡體內(nèi)長期滯留，滑坡體內(nèi)的土體等經(jīng)受長期雨水浸泡出現(xiàn)軟化情況，進(jìn)而路基有滑動的情況發(fā)生。

1.2 路基破壞特點

所述路段路基出現(xiàn)嚴(yán)重下沉開裂，較多裂縫可見于路面，大多為弧形狀，寬達(dá)1m，長至26m，沉降量約60cm，在裂縫周邊1.5m范圍內(nèi)，路基出現(xiàn)了下沉的狀態(tài)，下沉寬度為5.9m，由此，此路段只有半幅路基能夠正常使用。

路基外側(cè)位置擋土墻為4.2m高，0.8m寬，材料為漿砌片石擋墻，3條5cm寬斜向縫隙。

此處路基位置處于滑坡后緣處，民房區(qū)域存在的簡易小擋墻（由當(dāng)?shù)鼐用袼觯┮舶l(fā)生有倒塌狀況。根據(jù)調(diào)查，民房外觀上沒有明顯的裂縫，滑坡周界明晰，見圖1。

圖1 路段的滑坡周界示意

1.3 影響因素及破壞機(jī)理分析

對于滑坡的形成，往往是多因素共同作用所致，如地形地貌、地層巖性、人類活動以及水文地質(zhì)等。經(jīng)分析該路段的地質(zhì)調(diào)查報告以及鉆孔材料，可推斷出該路基滑坡以及擋墻失穩(wěn)的影響因素，其中主要包括下列原因：

1.3.1 該處為填方路基，填方中的塊石與碎石較多，整體較為松散，強(qiáng)度不高。在修建路基工程時，碾壓與強(qiáng)夯工作未到位，由此，下伏土體密實度無法達(dá)到施工的要求，且固結(jié)性較低。因地基較軟，其強(qiáng)度就會受到影響。

1.3.2 由于該路段為市區(qū)通行方向的主干道，日常通行量較大，且大多為重載車輛，在路基自重以及外界動荷載影響下，邊坡就會受到影響，當(dāng)其壓力超過漿砌片石最大強(qiáng)度時，就會導(dǎo)致出現(xiàn)安全隱患。

1.3.3 滑坡出現(xiàn)的根本原因在于此處降雨量較多，降雨后該斜坡地帶由于標(biāo)高較低將匯聚大量雨水，同時，因植被種類豐富，多數(shù)雨水會直接進(jìn)入植物的根部為主，坡體的含水量就會急劇上升，導(dǎo)致地層容重與自重均極大增加，導(dǎo)致下滑力變大。另外，受滯留水體的長期浸泡后，滑動面上的土體的抗剪強(qiáng)度下降，這會直接影響其穩(wěn)定性，導(dǎo)致滑坡發(fā)生率升高。

2 加固方案設(shè)計

2.1 路基整體穩(wěn)定性分析

對于常規(guī)的陡坡路堤，其破壞形式主要有以下幾種：一是基底為巖層或穩(wěn)定山坡，在山坡坡度較大時，路堤沿著與山坡的交界面處發(fā)生整體滑動；二是路基沿著傾斜基巖面，連著山坡面覆蓋層發(fā)生同步滑動；三是路基沿某一圓弧滑動面，連同下臥軟弱土體發(fā)生整體滑動；四是路基沿著某一軟弱巖層面，連同其下的巖層一起發(fā)生滑動。

對照上述滑動規(guī)律與現(xiàn)場地勘情況，借助計算機(jī)進(jìn)行最危險滑面的搜索（安全系數(shù)≤1的路基破壞模式），發(fā)現(xiàn)其顯示的最危險滑面不同于現(xiàn)場調(diào)查所發(fā)現(xiàn)的滑面，調(diào)查的滑面更加淺，原因是在上覆壓力作用下，深部土層固結(jié)后的力學(xué)性能相比淺部土層更佳，而計算機(jī)搜索時的假定條件是土體為均一的勻質(zhì)模型。另外，大氣降雨對表層土的影響較深層土體更大，因此導(dǎo)致實際滑面位于更淺處。鑒于深處土體在受地下滯留水體的浸泡以及上層土體破壞發(fā)展的影響，其性能也將逐漸劣化，且在加固措施采取之后，更深層的滑動也有可能發(fā)生，因此該項目滑坡體加固設(shè)計計算的依據(jù)采取如圖2所示的破壞模式。

圖2 路基M-M’剖面的調(diào)查及潛在破壞模式（單位：m）

2.2 擋墻段局部穩(wěn)定性分析

根據(jù)現(xiàn)場實際的地質(zhì)調(diào)查可知，路基外側(cè)的漿砌片石擋墻上發(fā)生了豎條斜向發(fā)展明顯的裂縫，表明該擋墻段路基的局部失穩(wěn)破壞現(xiàn)象已經(jīng)產(chǎn)生，由此導(dǎo)致?lián)鯄κ艿捷^大的土體主動土壓力而產(chǎn)生裂紋。另外，現(xiàn)場考察認(rèn)為原有擋墻的施工質(zhì)量不佳，強(qiáng)度較為薄弱。從計算機(jī)搜索的路基擋墻段局部破壞模式可以看出，擋墻段的路基穩(wěn)定性較差，需要采取支擋措施。本文驗算了原有擋土墻的穩(wěn)定性，并根據(jù)庫侖土壓力理論，得出擋墻所受的主動土壓力值。

當(dāng)?shù)鼗聊Σ烈驍?shù)是0.5時，則地基土層水平向的滑移力總計達(dá)到156.157kN，而相應(yīng)的抗滑力僅為163.481kN，由此可見，地基土層水平向的抗滑移安全系數(shù)約為1.047≤1.300，由此證明，滑移驗算無法滿足預(yù)計要求，路基穩(wěn)定性較差，為了提升路基穩(wěn)定性，則需要加固擋土墻。

2.3 抗滑樁加固方案策略

基于以上分析發(fā)現(xiàn)，路基發(fā)生滑面可能性較大，加之淺部的擋土墻局部穩(wěn)定性較差，由此需要重點對其進(jìn)行加固處理。因此，為了既消除深層滑面的潛在隱患，又有效加強(qiáng)擋墻穩(wěn)定性，實現(xiàn)標(biāo)本兼治，本文提出抗滑樁的設(shè)計治理方案，具體如圖3所示。

圖3 抗滑樁支擋加固設(shè)計方案（單位：m）

本文所設(shè)計的抗滑樁方案主要思路如下：通過在擋土墻的下方設(shè)置相應(yīng)的人工挖孔樁作為抗滑樁，將其樁身嵌入弱風(fēng)化灰?guī)r作為嵌固段，保證樁體的抗剪強(qiáng)度，阻止路基深層滑動趨向。同時，將該抗滑樁的樁頂伸出地面一定長度，起到支護(hù)擋土墻的作用，控制擋土墻的破壞，避免其進(jìn)一步失穩(wěn)加劇[5]。

2.4 樁長優(yōu)化設(shè)計

在抗滑樁設(shè)計方案設(shè)計中，采取將抗滑樁樁頂設(shè)計為與擋土墻頂部標(biāo)高相平，從而起到支護(hù)擋土墻的作用的設(shè)計思路，較為保守。但由分析可知，主動土壓力的合力作用點并不在擋土墻的頂部，而是位于擋土墻底部往上的2.08m位置，因而據(jù)此將抗滑樁的冠梁頂部標(biāo)高設(shè)置到擋土墻底部朝上2.5m處位置即能實現(xiàn)有效支護(hù)，能控制擋土墻發(fā)生進(jìn)一步的破壞失穩(wěn)。在確定抗滑樁的頂部標(biāo)高后，即能反算出抗滑樁的懸臂長度，由此可進(jìn)一步根據(jù)相關(guān)計算確定抗滑樁的嵌固深度[6]。通過上述方法進(jìn)行抗滑樁的設(shè)計，可減小所需的樁長，在優(yōu)化樁長設(shè)計的同時，達(dá)到節(jié)省工程量與施工成本的目的。

3 結(jié)語

山區(qū)公路的擋土墻容易受到各種不利環(huán)境因素的影響而發(fā)生破壞失穩(wěn)，其往往同時存在路基深層滑坡的不良跡象。本文基于實際案例分析，發(fā)現(xiàn)將人工挖孔樁放置在受損擋土墻下方位置，可以作為抗滑樁使用，此種設(shè)計方法能夠借助抗滑樁穩(wěn)固巖層，起到嵌固作用，減少因路基深層滑動帶來的不良影響。同時，為了支護(hù)擋土墻，要求抗滑樁施工過程中，高出地面一定高度。通過分析優(yōu)化其設(shè)計樁長，保證了擋土墻的有效支護(hù)，避免其進(jìn)一步破壞，達(dá)到標(biāo)本兼治的應(yīng)用效果。本文通過對擋土墻所受主動土壓力的合力作用點位置進(jìn)行分析，繼而確定抗滑樁樁頂標(biāo)高的思路，可為業(yè)內(nèi)同行提供一種新的抗滑樁樁長設(shè)計思路。