抗滑樁在開州湖特大橋岸坡滑坡加固的應用分析

文/陳元忠

1 問題的提出

滑坡是路基邊坡失穩(wěn)常見的表現(xiàn)形式，斜坡土體或巖體在長期遭受水流沖刷、人工切坡、地下水活動等因素影響后，因受到重力作用而沿軟弱面整體或分散向下滑移的病害現(xiàn)象即為滑坡。通常情況下，滑坡是水文地質、地形地貌、人為因素、內外應力等綜合作用的結果。一般從兩個方面著手改善和解決土體或巖體滑坡失穩(wěn)：一是減輕或消除地表水、地下水的不利影響；二是改善和優(yōu)化邊坡土體或巖體力學強度性能。常見的防治措施包括排水溝修建、人工植草、預防雨水下滲等降水措施以及削坡減載、擋土墻、抗滑樁、固結灌漿、柔性邊坡等改變土體力學強度的工程措施。降水措施的實施主要作用：降低孔隙水及動水壓力，盡可能避免邊坡土體和巖體溶蝕分解，達到邊坡加固和穩(wěn)定的目的。

長期以來，抗滑樁在岸坡滑坡治理方面的應用日益廣泛，抗滑樁樁柱穿過滑坡體深入滑動面以下的滑床穩(wěn)定層，并主要借助對樁的錨固力，以發(fā)揮支擋滑坡體滑動力、平衡滑動體推力、穩(wěn)定邊坡的作用，對于淺層及中厚層滑坡體較為適用[1]。當滑坡體下滑過程受到抗滑樁阻抗，樁前滑體便會達到穩(wěn)定狀態(tài)?？够瑯恫牧峡筛鶕?jù)滑體薄厚、實際推力、施工條件、防水要求等，在鋼樁、木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁之間進行選擇。

2 工程概況

開州湖特大橋位于甕開高速公路K35～K37 段，橫跨洛旺河峽谷，中心樁號為K36+075，全長1257m。橋跨布置為3×30m 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁+1100m 單跨鋼桁梁懸索橋+2×30mT 梁，主橋為1100m 單跨鋼桁梁懸索橋，主纜邊跨分別為302m 和143m，主纜中跨為1100m，垂跨比1/10。開州湖特大橋開陽岸主塔塔高141m，隧道錨，引橋為先簡支后結構連續(xù)2×30mT梁，引橋最大墩高30m。開陽岸橋區(qū)為0～30m 的堆積體，兩側山嘴為危巖體，坡面陡峻，地質條件差，樁基采用左右承臺各20 根長約65m 的摩擦端承樁。項目地處黔北山地，屬淺切低山溶蝕、侵蝕地貌類型，場區(qū)內存在堆積體、錯落體、危巖體等不良地質。開州湖特大橋開陽岸邊坡防護工程量大，防護形式多種，施工工序多樣，工作面狹窄，涉及多專業(yè)、多工種高邊坡平行交叉作業(yè)，屬高空作業(yè)，施工工作面小，危險系數(shù)及安全防護難度大。

根據(jù)地形、地質條件，結合現(xiàn)場補勘及對邊坡受力情況的分析，并經(jīng)多次現(xiàn)場勘察和嚴謹?shù)姆桨冈u審，最終開陽岸邊坡采用清載+抗滑樁+錨索+邊坡防排水的綜合治理方案?？够瑯犊讟堕_挖土方直接人工開挖、石方采用人工打眼開炸，除渣采用人工孔底裝渣、卷揚機或人力絞架提升出孔的方式除渣，最終孔渣需轉運至規(guī)定地點。護壁及樁身鋼筋采用場外加工房加工成半成品，現(xiàn)場搭設支架下放焊接安裝，有條件的地方可采用吊車配合安裝；護壁砼及樁身砼均采用拌和站集中拌和，砼運輸車運至現(xiàn)場直接灌注。因場地受限，灌車無法直達時，采用天泵配合灌注。

3 施工質量控制要點

3.1 挖孔施工及清渣

主要采用間隔樁進行樁身跳槽開挖，并在開挖后立即澆筑，澆筑7d 后再開挖鄰樁。挖孔過程中，必須在樁孔四角吊垂線，以便隨時檢查孔段垂直度，將孔段截面尺寸及挖深控制在設計范圍。終孔后，還應緩慢勻速下放鋼筋骨架探孔器，檢查實際孔徑和垂直度，對于不符合要求的局部區(qū)域應予以調整，并將護壁泥漿、樁底殘渣及積水等及時清除。此后，盡快按設計要求安排樁心混凝土澆筑，避免孔洞內巖土層遭受污染和軟化。

在孔樁開挖口設置兩套搖頭卷揚機出渣系統(tǒng)，卷揚機所用鋼絲繩直徑10mm，并配直徑50cm、高50cm的圓形提升渣桶，單樁循環(huán)出渣量約13m3/循環(huán)?？卓谕鈧缺孺i口低1.5m，通過提升架將渣桶移動至鎖口外的堆渣處傾倒，待達到一定量后由運輸車運至指定的棄渣場。

3.2 空氣檢測

挖孔過程中必須按照規(guī)范要求采用氣體檢測儀經(jīng)常性檢測孔內是否存在有毒有害氣體。具體而言，在挖孔施工人員下孔前，必須通過鼓風機吹風的方式更換和凈化孔洞內空氣，然后再進行空氣質量檢測，若檢測出的CO2實際含量超出0.3%，或是存在其他有毒有害氣體超標情況時，必須及時通風；有些有毒有害氣體含量雖然未超標，但是施工人員能明顯感覺到呼吸不適，此時也應當進行通風處理。采用淺孔松動爆破法及微差毫秒電雷管起爆方式進行孔內巖層爆破，具體應按單孔設計，孔內爆破施工后按25L/s 的風量通風排煙至少15min。

3.3 護壁支護

從樁頂至樁底均需進行護壁施工，樁徑3×4m 及2×3m 情況下護壁厚度分別為50cm 和35cm，護壁采用與樁身同標號的C30 混凝土，混凝土設計配合比為水泥∶砂∶碎石∶水∶減水劑=330∶1105∶800∶165∶1.88。為保證開挖施工的安全性，一次澆筑深度應控制在1m以內，并加強護壁鋼筋循環(huán)長度控制，在護壁鋼筋上下預留接縫彎頭，以避免護壁鋼筋材料發(fā)生上下脫節(jié)。護壁支護結構的頂鎖口必須超出地面線0.3～0.5m，并將鋼管埋件預埋在井口，以便于護欄安裝。護壁井口防護詳見圖1。

圖1 護壁井口防護圖

護壁漿液現(xiàn)澆施工時應通過竹板和木棒插實，并同時使用速凝劑，如果澆筑過程中出現(xiàn)護壁處存在漏水、漏漿、蜂窩等現(xiàn)象，則必須及時疏導、堵塞。完成護壁漿液澆筑，并按要求養(yǎng)護，使其達到初凝狀態(tài)后拆除內模。

考慮到3×4m 樁徑尺寸較大，為保證結構安全，應增設工字鋼內撐，并結合治理斷面實際情況將滑動面設置在5～15m 的范圍。在該范圍內設置I14 工字鋼“十字架”內襯，以發(fā)揮最佳的支撐護壁作用；通過木楔將工字鋼內襯端頭塞緊，并將∠75×5mm 角鋼焊接在上下層之間，使其形成結構完整的桁架體系。

3.4 孔內混凝土澆筑

按照雙面焊接的方式焊接樁身垂直縱向筋，并嚴格控制鋼筋搭接長度，盡可能將受拉鋼筋設置在樁后靠近山體側?？變葷仓幕炷敛捎肅30 混凝土集中拌制，其設計配比與護壁支護現(xiàn)澆混凝土完全一致。為防止產(chǎn)生施工縫，還應單樁連續(xù)澆筑。對于孔底積水厚度不大（小于100mm）的情況，宜采用干法澆筑，即通過串筒或導管將混凝土漿液注入孔內，串筒或導管的底口與混凝土漿液的距離控制在1～2m。如果滲水量增大時，應進行水下混凝土灌注，即將導管設置在孔中央，孔底設置性能良好的隔水混凝土，并對注漿導管進行承壓、水密、接頭抗拉等性能試驗，完全符合要求后灌注施工。

終孔后，由項目部質檢人員先進行自檢，合格后再報請監(jiān)理方驗孔，檢驗過程中主要將設計孔徑4～6倍的鋼筋骨架探孔器勻速緩慢放入檢查孔內，并主要檢測孔深、孔徑、孔位偏差及垂直度等驗孔參數(shù)，合格無誤后再安裝孔樁鋼筋。

3.5 岸坡穩(wěn)定性評價

本文主要采用極限平衡法和ABAQUS 有限元法，并結合第三方所得出的監(jiān)測結果進行岸坡穩(wěn)定性分析。極限平衡法主要利用安全系數(shù)進行岸坡穩(wěn)定性評價，分析過程和結果較為直觀，也最為常用。而有限元法主要采用基于強度折減法理論的ABAQUS 有限元分析軟件，通過在外荷載條件不變的情況下，計算岸坡內土體最大抗剪強度和岸坡內外荷載剪應力實際值之比，即折減后抗剪強度參數(shù)值，以進行岸坡穩(wěn)定性評價。本工程委托中鐵西北科學研究院有限公司進行開州湖特大橋開陽岸岸坡穩(wěn)定性的自動化監(jiān)測預警，第三方提供的各段高邊坡監(jiān)測工程量設計詳見表1。

根據(jù)開州湖特大橋岸坡加抗滑樁強度折減后岸坡塑性區(qū)有限元模擬結果可知，抗滑樁施工前岸坡土體強度折減后，土體塑性區(qū)邊坡左側存在明顯的滑動帶；抗滑樁施工后使原岸坡土體受力性能改變，岸坡土體強度折減使得抗滑樁一側塑性區(qū)遭到阻斷，邊坡穩(wěn)定性提升?？够瑯妒┕で鞍镀峦馏w安全系數(shù)2.3，施工后安全系數(shù)提高至2.7。

4 結語

開州湖特大橋岸坡滑坡加固治理中主要采用抗滑樁方案，清載、錨索、邊坡防排水措施為輔助方法。該邊坡加固治理至今已逾兩年，對岸坡滑坡體及抗滑樁樁體位移監(jiān)測結果顯示，該特大橋岸坡滑坡變形體已經(jīng)得到了有效治理。工程應用結果表明，抗滑樁設計計算必須基于一定的假設條件，并在設計階段將此類假設所引起的誤差控制在規(guī)范所要求的范圍內，以保證工程治理方案的合理可行。此外，對于大型滑坡體的治理必須加強過程及結果監(jiān)測，以便根據(jù)施工中所發(fā)現(xiàn)的問題及時調整設計和施工方案，保證岸坡滑坡加固治理效果。