穩(wěn)定性分析及抗滑樁技術(shù)在滑坡治理中的應(yīng)用

高淑霞

（天水市公路管理局，甘肅 天水 741000）

1 引言

稍子坡至平南通鄉(xiāng)公路位于甘肅省天水市秦州區(qū)境內(nèi)K0+563—K0+603段，路段右側(cè)為填土路基邊坡，未做任何防護處理。長期降水及地表水下滲，導(dǎo)致該段路基下沉，逐漸沿原始地層接觸面變形并產(chǎn)生滑移，最終形成路基滑坡，導(dǎo)致交通中斷?；麦w物質(zhì)在地表水流的作業(yè)下，形成小型泥石流，順坡流下，威脅坡腳下公路的行車安全，須及時治理。文章將結(jié)合實際工程，簡單闡述如何采用不完全平衡應(yīng)力傳遞系數(shù)法對邊坡處理完成后留下的路基進行動態(tài)穩(wěn)定性計算分析，并通過地質(zhì)勘察和現(xiàn)場檢測，制定出抗滑樁滑坡治理方案的過程。

2 滑坡災(zāi)害成因分析

2.1 地形地貌條件

該段填方路基處于山谷斜坡上，上坡平均坡度為62°～75°,下坡平均坡度為28°～35°?；麦w中部為厚10 m的長條狀山體，寬約25 m，長40 m，滑坡后壁裂縫較大，張開度達1～2 m，坡體物質(zhì)為碎石土，坡體樹木呈現(xiàn)向下傾斜的趨勢?；绿幝坊挥谄聹仙喜浚貏莞卟钶^大，相對高差約80 m，平均坡度較大，是典型的斜坡路基，集水面積大，而且路基開挖后解除坡體上的壓力，因此，為路基的變形和滑移提供了很好的地形條件。

2.2 地質(zhì)條件

勘探區(qū)位分布于斷陷盆地區(qū)域內(nèi)，沉積含巨厚棕紅層泥巖，局部地區(qū)為中薄油頁巖層，地表風(fēng)化帶間隙過度發(fā)育，導(dǎo)致下部巖體易破碎，遇滲水條件易出現(xiàn)軟化解體。土體具有承載力極低、抗扭剪強度低、高壓縮性和高敏感度的明顯特性。這種軟質(zhì)地層也是最典型的滑性地層，是路基滑移形成的必要地質(zhì)條件。

2.3 降雨因素

項目所在區(qū)域降雨量大且集中，雨水的滲入不僅降低了土壤的抗剪強度，還增加了滑重。特別是夏季連續(xù)強降雨，滲入軟巖和土壤中，是導(dǎo)致路基滑坡的重要誘因。原地層為泥巖風(fēng)化層，雨水滲入下部泥頁巖風(fēng)化層形成的軟質(zhì)防水層，上部軟質(zhì)充填土變得不穩(wěn)定，沿原地層接觸面滑移。

2.4 地震因素

隴南地區(qū)震中點附近以外的其他區(qū)域降水較多而未出現(xiàn)更大規(guī)模強烈地震，本路工程項目所在地公路正處于極強的地震作用帶位上，尤其當遭受到“5.12”大型破壞性地震的影響，公路地面及路基兩側(cè)邊坡體因破壞性地震作用，在出現(xiàn)明顯方向發(fā)生急劇變化的應(yīng)力作用下，破壞該公路坡體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布及其平衡，造成邊坡地表結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)較大應(yīng)力、變形的損失及結(jié)構(gòu)嚴重斷裂，非常有可能產(chǎn)生雨雪及冰融水流層的滲透，降低工程巖土力學(xué)強度指標和巖土結(jié)構(gòu)質(zhì)量指數(shù)，進而導(dǎo)致工程地下水徑流條件發(fā)生改變，導(dǎo)致公路路基損毀。

2.5 其他原因

車輛荷載長期作用、坡體上部居民生活垃圾傾倒堵塞排水系統(tǒng)，以及路基填料壓實均勻性差也是誘發(fā)路基病害的重要因素。

綜上所述，造成此次路基滑坡的主要原因及誘發(fā)因素為：

（1）主要因素是不利的地形和較差的地質(zhì)條件，該路段填方路基位于山坡、溝谷，下部泥頁巖風(fēng)化層為易軟化防水層。

（2）填土抗剪強度降低，尤其是隨著靠近軟泥巖邊坡頂部處的較強風(fēng)化層強度系數(shù)的明顯降低、土體穩(wěn)定性變得不穩(wěn)定，為路基抗滑坡特性的有效形成提供了為有利條件?；驴v向長度約40 m，方量約6 000 m3。

（3）連續(xù)降雨，雨水在溝壑處聚集，滲入該滑坡段路基填土內(nèi)部，增加了填土的重力，從而誘發(fā)了路基滑坡。

3 穩(wěn)定性分析

3.1 路基沿軟弱層滑移穩(wěn)定性分析

分析現(xiàn)有路基結(jié)構(gòu)的誘發(fā)變形類型和誘發(fā)破壞基本形式特征為診斷條件，后緣斷面呈圓錐形，滑坡體邊緣呈細長條狀，后緣裂縫發(fā)育明顯，坡體構(gòu)造上坡陡、中下坡緩，坡積體較為松散，下隱伏于新近系風(fēng)化的松散泥巖，泥巖表面遇潮水后軟化，形成具有一定寬度的隔水泥層，尤其是分析路基范圍內(nèi)裂縫結(jié)構(gòu)的發(fā)展演變和誘導(dǎo)變形機理以及以往引起誘發(fā)破壞變形類型的3個主要觸發(fā)因素，初步能判斷路基滑坡后的堆積體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，殘留的路基填土可能逐漸滑坡，需要及時治理。

3.2 回填處理后的穩(wěn)定性分析

3.2.1 計算方法

該次滑坡之滑動坡頂面呈折中曲線型，使用《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）傳遞系數(shù)法進行滑坡推力的計算[1]。

滑坡剩余下滑力計算公式如下：

式中：Ti、Ti-1—第i和第i-1滑塊剩余下滑力（kN/m）；

Fs—穩(wěn)定安全系數(shù)；

Wi—第i滑塊自重力（kN/m）；

αi、αi-1—第i、第i-1滑塊對應(yīng)滑面的傾角（°）；

Ψi—傳遞系數(shù)；

Φi—第i滑塊滑面內(nèi)摩擦角（°）；

Ci—第i滑塊滑面巖土黏聚力（kN/m）；

Li—第i滑塊滑面長度（m）。

3.2.2 計算參數(shù)分析選用

本次取值主要采用極限平衡反算法和當?shù)亟?jīng)驗值綜合分析確定[2]。

第一種情況：由于該路基屬于陡坡路基，選定最不利滑移面為現(xiàn)路基滑坡面。由于路基在連續(xù)降雨工況下發(fā)生了滑坡，取暴雨工況下的滑坡穩(wěn)定系數(shù)0.98進行路基填筑土內(nèi)部滑移面參數(shù)反算得出：

自重力為21.5 kN/m，黏聚力為10 kN/m，內(nèi)摩擦角為20.5°。

第二種情況：路基重新填筑后，選擇最不利潛在滑移面為泥巖中風(fēng)化與強風(fēng)化交界面。不考慮加筋土及開挖臺階及換填天然砂礫對巖土體的抗剪強度指標的改善，取暴雨工況下的安全系數(shù)1.0進行路基填筑土參數(shù)反算得出：

自重力為20 kN/m，黏聚力為10 kN/m，內(nèi)摩擦角為18.7°。

此次路基穩(wěn)定性分析是在路基重新填筑、支擋措施施工完成的基礎(chǔ)上進行的，巖土體的抗剪強度指標需考慮到潛在滑面分臺階開挖及換填天然砂礫、土工格柵鋪筑以及防排水等措施的影響，對反算的內(nèi)摩擦角進行調(diào)整。本次穩(wěn)定性計算中的抗剪強度指標中巖土體的黏聚力及內(nèi)摩擦角采取反算值，不進行調(diào)整。

3.2.3 計算條件

①荷載組合。自重:整個潛在滑移體的自重；水作用力：考慮暴雨對滑移體穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。

②工況組合。

采用以下工況對路基穩(wěn)定性進行計算。

正常的工況：投入商業(yè)運營多年后出現(xiàn)的路基病害頻繁地發(fā)生或者是持續(xù)施工時間相對較長造成的特殊工況；

非正常工況Ⅰ：邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨情況下的工況；

非正常工況Ⅱ：邊坡處于地震等荷載作用狀態(tài)下的工況。

3.2.4 計算結(jié)果與評價

根據(jù)工程等級、路基滑坡產(chǎn)生的各種危害性情況和施工人員對路基滑坡易誘發(fā)交通事故的其他各種有害因素等基本認識程度，路基滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)的取值方式如下：

現(xiàn)階段正常工況條件下安全系數(shù)采用1.30，非正常工況下Ⅰ采用1.20，非正常工況下Ⅱ采用1.10，地震重要性修正系數(shù)取為1.30。

依據(jù)各方案的邊坡情況，計算路基填筑后的各工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)及剩余下滑力見表1。

表1 陡坡路基穩(wěn)定性計算結(jié)果一覽表

陡坡路基填筑后，支擋處仍有一定的下滑力，路基邊坡存在不穩(wěn)定現(xiàn)象。為抵抗剩余下滑力，保證填筑路基穩(wěn)定，擬采取抗滑樁支擋。

4 路基滑坡處治方案

4.1 應(yīng)急方案

（1）兩側(cè)改移道路，形成臨時便道；

（2）加強臨時觀測，建立地表臨時監(jiān)測系統(tǒng),派專人巡視；

（3）建立臨時安全措施，包括臨時標志牌和防護欄；

（4）建立臨時排導(dǎo)措施，使溝內(nèi)地表水及時排出坡外。

4.2 治理設(shè)計（坡腳抗滑樁板墻）

（1）在坡腳上還設(shè)置一排樁板墻，其中各設(shè)有抗滑樁板墻8根，尺寸約是2.0 m×1.6 m×20 m，錨固樁板長度為約是12 m，抗滑樁墻的樁中心間距大約為5 m。樁座間墻與地基樁面墻之間均需配合布設(shè)預(yù)制擋土板，板總高2 m，板厚0.4 m，共7塊，擋土板上布置泄水孔，水平間距3 m，豎向間距2 m，直徑5 cm。

（2）路基右側(cè)設(shè)一級邊坡，坡率1∶1.25，坡高8.0 m，平臺寬2.0 m，平臺設(shè)計排水溝；坡頂設(shè)計排水溝，尺寸為0.4 m的矩形排水溝，長100 m。

（3）為防止墻前坡面垮塌對樁穩(wěn)定性造成影響，樁前設(shè)置一平臺，以便于施工，寬度4 m，施工結(jié)束后平臺采用15 cm厚C20混凝土進行硬化。對樁前坡面進行修整、夯拍，保證坡面平順、穩(wěn)定，坡率1∶2。

（4）挖除滑坡殘余的路基填土后對滑移路基重新夯實填筑，為增加填筑后路基整體穩(wěn)定性，采用加筋土分層填筑，木工格柵間距0.6 m，格柵采用雙向格柵，搭接寬度20 cm，用細鐵絲綁扎填筑至原設(shè)計標高后重鋪路面及恢復(fù)交通。

（5）為及時引排地表水，在路基填土下部設(shè)置一道橫向鋼波紋管涵，埋深約1.3 m，管徑1.5 m，長8.5 m，管涵坡率2.5%，路基左側(cè)設(shè)置落水井2.6 m×1.95 m，深3.6 m，上接坡面截水溝及排水邊溝，下接鋼波紋管入水口，鋼波紋管出水口處接坡面急流槽1.5 m×8.5 m，將地表水引入樁頂平臺排水溝，平臺排水溝內(nèi)設(shè)置5根管徑20cmPVC落水管，間距10cm，在樁板墻下部留有PVC管出水口，將地表水排至坡面急流槽即可。

為引排地下水及路基含水，在路基填土下部巖土交界處布設(shè)三道滲溝，巖土分界面開挖臺階后回填30 cm厚天然砂礫，滲溝內(nèi)匯水通過樁板墻底部排水口排出路基，將水排至坡面急流槽內(nèi)，坡面急流槽直通下部G316公路涵洞將水排出。

（6）對損毀的邊溝進行重修，將坡體匯水引排至道路左側(cè)邊溝內(nèi)排至落水井內(nèi)，通過鋼波紋管涵排出接坡面急流槽，填方平臺設(shè)平臺排水溝，排水溝中部相應(yīng)位置接豎向PVC管聯(lián)通至樁板墻下部急流槽。

5 施工工序及技術(shù)要求

5.1 施工工序

總體施工順序：清運塌方→施工準備→樁孔開挖→地下水處理→護壁→鋼筋籠制作與安裝→混凝土灌注→混凝土養(yǎng)護→路基填筑→恢復(fù)路面及交通安全設(shè)施→排水工程[3]。

（1）清運塌方。土方清理時，應(yīng)有專人觀察塌方處。如發(fā)現(xiàn)斜坡移動或失去穩(wěn)定性，應(yīng)立即通知作業(yè)人員撤離至安全區(qū)。在土方清理過程中，嚴禁破壞原有承載層，避免超挖。

（2）施工準備。按工程要求備料，鋼筋應(yīng)專門建庫堆放，使用普通硅酸鹽水泥。

（3）樁孔開挖。樁孔以人工開挖為主，采用間隔方式由深至淺、由兩側(cè)向中間的順序施工。

（4）地下水處理。樁孔開挖過程中應(yīng)及時排出孔內(nèi)積水。

（5）護壁。樁孔開挖過程中應(yīng)及時進行鋼筋混凝土護壁，采用C20砼，護壁的單次高度一般為1.0～1.5 m。

（6）鋼筋籠的制作與安裝。鋼筋籠要在孔外預(yù)制成型，在孔內(nèi)吊放豎筋并安裝，豎筋接頭采用雙面搭接焊等。

（7）混凝土灌注。待灌注的樁孔應(yīng)經(jīng)檢查合格；當孔底積水厚度小于100 mm可采用干法灌注；樁身混凝土灌注應(yīng)連續(xù)進行，不留施工縫，每連續(xù)灌注0.5～0.7 m時應(yīng)用振搗器振搗密實一次。

（8）混凝土養(yǎng)護。對露出地表的抗滑樁應(yīng)相關(guān)規(guī)定進行養(yǎng)護，養(yǎng)護期應(yīng)在7 d以上。

（9）路基填筑。填筑路基時待抗滑樁成樁后養(yǎng)護達到該強度后方可進行擋土板吊裝，邊吊邊回填，分層填土、碾壓夯實，嚴禁傾填。

（10）恢復(fù)路面及交通安全設(shè)施。路基完成后及時恢復(fù)路面，路面結(jié)構(gòu)參考原路面，設(shè)置相應(yīng)的交通安全設(shè)施。

（11）排水工程。及時做相關(guān)排水工程，應(yīng)提前實施不影響路基填筑的排水工程，必要時增設(shè)臨時排水設(shè)施。確保排水順暢，嚴禁工作面積水。

5.2 技術(shù)要求

5.2.1 抗滑樁

①抗滑樁應(yīng)盡量保證能夠按所給定點的坐標進行及時準確的定位。

②抗滑樁在施工完成前，應(yīng)對其樁身和附近陡峭的土邊坡處或最易發(fā)生崩塌滑坡危險的近地表部位等采取加固措施，截留其樁身以及附近邊坡的地表水。

③抗滑樁應(yīng)根據(jù)單樁或雙樁開挖的具體地質(zhì)條件，按鎖板及各段墻體設(shè)計。

④抗滑樁工程一般應(yīng)一次進行或者單獨做一次混凝土開挖，每隔一節(jié)墻體混凝土開挖的最大深度一般宜控制為約1.0 m，開挖混凝土后這一段工程應(yīng)盡快就地做好改節(jié)墻體混凝土護壁，待第一節(jié)墻體混凝土強度達到規(guī)定的一定墻體混凝土強度范圍要求后，方可再進行混凝土開挖下一節(jié)。為保證工期，墻體應(yīng)添加速凝劑。墻體內(nèi)外各單節(jié)的縱向鋼筋都必須全部焊接牢固，禁止使用簡單機械捆扎。

⑤在澆筑護壁混凝土樁砼的時候，務(wù)必嚴格保證混凝土護壁鋼筋不在侵入混凝土樁截面凈空半徑以內(nèi)。開挖基坑過程作業(yè)中也應(yīng)確保隨時校準打樁基坑斷面的水平垂直度標高和地面凈空尺寸。

⑥應(yīng)將動態(tài)地質(zhì)設(shè)計施工的管理思想貫徹在抗滑樁基坑施工設(shè)計中，在施工開挖樁基孔樁的基坑過程管理中，地質(zhì)人員也要定時到開挖基坑的底部現(xiàn)場進行現(xiàn)場地質(zhì)工作盤點，檢查其地層巖性結(jié)構(gòu)和滑動面位置，如檢查發(fā)現(xiàn)情況與原來設(shè)計意見不符，應(yīng)積極與施工設(shè)計專業(yè)人員及地質(zhì)監(jiān)理單位工程師取得聯(lián)系，以便能夠及時重新進行勘察設(shè)計內(nèi)容的修改。

⑦樁坑在挖高至達到設(shè)計標高后，應(yīng)該重新開展驗底槽工作，以便繼續(xù)保證封底的厚度。

⑧樁身混凝土應(yīng)邊振邊填，整樁混凝土澆筑應(yīng)不間斷。

5.2.2 預(yù)制擋土板安裝

①在處理樁體開挖前產(chǎn)生的擾動巖土?xí)r，必須先在待被開挖部位樁身混凝土強度達到基礎(chǔ)混凝土的設(shè)計荷載使用最大強度范圍內(nèi)的75%以上后，才被許可再進行擋土板基礎(chǔ)施工。

②應(yīng)根據(jù)設(shè)計的型號要求對擋土板實施安裝。運輸、吊裝擋土板時，需要提前特別設(shè)置固定好支點螺栓和起吊點，為安全防止擋土板或樁身擋板的受損，應(yīng)避免發(fā)生強烈地面震動碰撞與地面摔打。

③擋土板施工時應(yīng)嚴格控制垂直度，抗滑樁中心間距5 m，擋土板長度4.8 m，吊裝時兩側(cè)預(yù)留0.1 m間隙，并使擋土板外露面平整。

④在豎樁的前端擋土板已完成澆筑施工作業(yè)后，應(yīng)對樁身兩端和前端擋土板連接處同時進行鋼筋混凝土二次灌注，確保前端擋土板兩端與整個樁身間的連接保持緊密整潔。

⑤將擋土板置于平整穩(wěn)定的原始地層之上。

5.2.3 墻后填筑

①當樁柱身強度達到抗震設(shè)計要求標準后，墻的后段填筑保護層和反彈濾層后才可以正式進行施工。填料層的結(jié)構(gòu)質(zhì)量性能和表面密實度等必須嚴格滿足設(shè)計圖紙要求。

②樁板墻后反濾層采用袋裝砂礫，厚度50 cm、高8 m、長40 m。

6 結(jié)束語

稍平公路路基滑坡的治理在工程成功竣工驗收結(jié)束后，經(jīng)過將近一年半的持續(xù)變形試驗觀測后，滑坡體均已處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。綜上所述，抗滑能力強、使用性能高、對滑坡治理效果明顯的抗滑樁，非常適用在高邊坡的滑坡治理上。