某國(guó)道公路應(yīng)急搶險(xiǎn)工程中微型鋼管樁方案應(yīng)用分析

劉洺宏

摘要 山區(qū)地質(zhì)狀況復(fù)雜，公路運(yùn)營(yíng)過程中極易產(chǎn)生路基邊坡垮塌問題，影響車輛正常通行。為有效提升路基邊坡滑坡處治效果，保證車輛通行安全，文章依托某山區(qū)國(guó)道公路路基加固案例，針對(duì)微型鋼管樁應(yīng)用展開綜合探究，根據(jù)邊坡水毀情況及實(shí)際通行需求，制定了應(yīng)急搶險(xiǎn)處治措施，并通過邊坡穩(wěn)定性及殘余下滑力計(jì)算，提出了微型鋼管樁永久加固方案，取得了顯著成效，具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 山區(qū)公路；路基水毀破壞；應(yīng)急處治；微型鋼管樁加固

中圖分類號(hào)U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）07-0067-04

0 引言

微型鋼管樁加固技術(shù)常用于公路應(yīng)急搶險(xiǎn)施工中，具有施工簡(jiǎn)便快捷、經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)點(diǎn)，能夠快速完成對(duì)失穩(wěn)路基邊坡的加固，顯著提升路基邊坡穩(wěn)定性，保證道路及時(shí)貫通，綜合效益顯著。為全面提升微型鋼管樁施工技術(shù)水平，該文結(jié)合某山區(qū)國(guó)道公路邊坡治理實(shí)際案例，系統(tǒng)分析了微型鋼管樁應(yīng)急處治及永久加固方案應(yīng)用情況，對(duì)提高路基邊坡加固水平、保證公路使用安全，具有重要意義[1]。

1 工程概況

某山區(qū)公路為國(guó)家公路網(wǎng)重要組成部分，全線沿山坡修建，因沿線排水設(shè)施不完善，在持續(xù)性強(qiáng)降雨影響下，大量雨水匯聚于K9+490涵洞位置，由于涵洞泄洪能力不足，此處路基邊坡產(chǎn)生沖刷浸蝕破壞，造成涵洞周邊50 m范圍內(nèi)路基坍塌，影響道路正常運(yùn)營(yíng)。該公路為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的交通要道，道路中斷對(duì)當(dāng)?shù)厣钌a(chǎn)秩序造成極為不利的影響，急需實(shí)施加固處理。

公路左側(cè)緊靠山坡，右側(cè)為高大邊坡，路面距坡底約150 m，邊坡坡度45 °～50 °。坡面覆蓋層以碎石土為主，質(zhì)地較為疏松，粒徑介于2～20 cm之間，局部位置存在30～50 cm石塊，主要成分為花崗巖。地下水以基巖裂隙水為主，主要由地表徑流補(bǔ)給，水系較發(fā)達(dá)。

2 應(yīng)急搶險(xiǎn)處治措施

2.1 應(yīng)急搶險(xiǎn)目的

應(yīng)急搶險(xiǎn)主要目的包括兩個(gè)方面：①控制路基坍塌發(fā)展。②確保車輛通行安全。因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定應(yīng)急搶險(xiǎn)處治措施如下：

（1）完善現(xiàn)場(chǎng)排水系統(tǒng)，在路基塌陷區(qū)域兩端設(shè)置截水溝，避免外界水流進(jìn)入塌陷區(qū)，降低水損破壞。

（2）利用鋼管樁對(duì)路基塌陷區(qū)域?qū)嵤┡R時(shí)加固。

（3）對(duì)內(nèi)側(cè)邊坡實(shí)施削坡處理，修建臨時(shí)通道，為路基加固提供條件。

2.2 鋼管樁

鋼管樁加固利用型號(hào)為φ150 mm鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，鋼管采用規(guī)格為φ127 mm花管，鋼管內(nèi)部設(shè)置φ28 mm鋼筋，采用正三角形布設(shè)，內(nèi)部填充強(qiáng)度為M30水泥砂漿，制成微型鋼管樁，具有良好的抗彎性能[2]。

鋼管樁灌漿采用壓力灌漿設(shè)備完成，隨著灌漿作業(yè)的持續(xù)進(jìn)行，漿體材料逐漸進(jìn)入鉆孔周邊土層內(nèi)部，填充土體內(nèi)部空隙，提高土體強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。路基垮塌段應(yīng)急處治方案，如圖1所示。

3 路基邊坡工程的穩(wěn)定性分析

該公路項(xiàng)目路基垮塌區(qū)域邊坡較陡，通過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，其坡度為45 °～50 °，受持續(xù)性強(qiáng)降雨沖刷浸蝕影響，坡面3～5 m厚度范圍內(nèi)土層相對(duì)松散，極易產(chǎn)生局部滑塌現(xiàn)象[3]。為有效保證路基加固穩(wěn)定，該邊坡工程穩(wěn)定性分析如下：

3.1 滑面分布情況及c、ψ的選取

路基邊坡滑坡穩(wěn)定性計(jì)算的關(guān)鍵在于巖土力學(xué)指標(biāo)的確定，尤其是對(duì)滑坡土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、ψ選取更加重要。K9+463斷面滑面分布情況，如圖2所示。

邊坡穩(wěn)定性系數(shù)取0.97，實(shí)施反演計(jì)算，并根據(jù)同類工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，得出坡面覆蓋層巖土力學(xué)指標(biāo)，如表1所示：

3.2 計(jì)算模型及工況

受降雨沖刷浸蝕影響，路基邊坡覆蓋層松散巖土層抗剪強(qiáng)度顯著下降，并且在水體作用下，形成一定上浮力，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地震烈度Ⅸ度。因此，根據(jù)實(shí)際情況，將此路段分析模型分為三類工況：天然狀態(tài)、暴雨飽水狀態(tài)、地震烈度Ⅸ度的情況[4]。結(jié)合該邊坡地質(zhì)場(chǎng)區(qū)特征，并充分考慮場(chǎng)區(qū)內(nèi)環(huán)境條件，選擇邊坡最不利部位建立分析模型，如圖3所示。

3.3 邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果

三種工況的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表2所示。按表2計(jì)算成果數(shù)據(jù)，其邊坡穩(wěn)定性情況共分為四級(jí)：①當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)大于等于1.20時(shí)，邊坡為穩(wěn)定級(jí)別。②當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)大于等于1.10，小于1.20時(shí)，為基本穩(wěn)定級(jí)別。③當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)大于等于1.00，小于1.10時(shí)，為欠穩(wěn)定級(jí)別。④當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)小于1.00時(shí)，為不穩(wěn)定級(jí)別。

由表2可知：①工況Ⅰ天然條件下，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.143，為基本穩(wěn)定狀態(tài)。②工況Ⅱ暴雨條件下，穩(wěn)定系數(shù)為1.04，為欠穩(wěn)定狀態(tài)。③工況Ⅲ地震條件下，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為0.89，出現(xiàn)失穩(wěn)垮塌現(xiàn)象。

4 滑坡推力計(jì)算

該公路路基邊坡滑坡推力計(jì)算通過參與下滑力傳遞法進(jìn)行計(jì)算，具體模型如圖4所示。

通過殘余下滑力傳遞法進(jìn)行計(jì)算，其公式如下：

Ti=FsWisinαi+ψiTi?1?Wicosαitanφi?ciLi （1）

ψi=cos（αi?1?αi）?sin（αi?1?αi）tanφi （2）

式中，Ti——i塊滑塊殘余下滑力（kN/m）；Ti?1——第i?1塊滑塊殘余下滑力（kN/m）；Ti<0時(shí)，按Ti=0進(jìn)行計(jì)算；Fs——穩(wěn)定系數(shù)；Wi——i塊滑塊容重（kN/m）；ai——i滑塊傾斜角（°）；ai?1——第i?1滑塊傾斜角（°）；ci——i滑塊內(nèi)摩擦角（°）；Li——i滑塊長(zhǎng)度（m）；ψi——傳遞系數(shù)。結(jié)合該公路邊坡實(shí)際情況，通過數(shù)值模型分析計(jì)算得到分析結(jié)論，如表3所示。

從表3可知：三種工況下，工況Ⅲ地震條件下邊坡滑坡殘余下滑力最大，工況Ⅱ暴雨?duì)顟B(tài)次之，工況Ⅰ天然狀態(tài)下最小，因此，以工況Ⅲ地震狀態(tài)為最不利設(shè)計(jì)工況。

此外，水流對(duì)坡腳部位的浸蝕破壞，也會(huì)在一定程度上引發(fā)坡體牽拉開裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)垮塌[5]。

5 永久加固處治措施

依據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果，并結(jié)合滑坡殘余下滑力計(jì)算數(shù)據(jù)，在前期應(yīng)急加固處理措施基礎(chǔ)上，制定了永久性加固方案[6]。具體加固情況如圖5所示。

（1）加固段基底采用“鋼管樁+混凝土承臺(tái)”措施，上部設(shè)置重力式混凝土擋土墻對(duì)邊坡實(shí)施防護(hù)。

（2）承臺(tái)底部設(shè)置三排鋼管樁，樁徑為φ127 mm，縱、橫向布設(shè)間距均為1 m，樁體長(zhǎng)度為21 m，鋼管樁內(nèi)部設(shè)置規(guī)格為φ28 mm鋼筋，采用正三角形布設(shè)，并采用強(qiáng)度為M30水泥砂漿灌注。

（3）為避免樁頂出現(xiàn)變形，在頂部承臺(tái)內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，布設(shè)間距為5 m，單束長(zhǎng)度為30 m，錨固段伸入基巖內(nèi)部至少為5 m，單孔錨索由4根預(yù)應(yīng)力筋組成，預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值為400 kN。

（4）在K9+490涵洞出口位置修建排水溝直通外部河道，排水溝由強(qiáng)度C20的混凝土澆筑。

（5）路基邊坡利用錨桿格梁實(shí)施加固，錨桿直徑為φ25 mm，設(shè)計(jì)荷載125kN，伸入基巖至少為5 m，水平傾角為20 °。

6 處治效果

該工程路基發(fā)生垮塌后，隨即采用微型鋼管樁進(jìn)行應(yīng)急加固處理，7 d后恢復(fù)通行，在保證車輛正常通行條件下，開展永久性加固，歷時(shí)三個(gè)月徹底加固完成，并取得了良好的加固效果，截至目前，邊坡加固后已運(yùn)營(yíng)5年，運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好[7]。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文結(jié)合某公路邊坡路基滑塌處治實(shí)踐，通過邊坡穩(wěn)定性分析，提出了應(yīng)急搶險(xiǎn)及永久性加固方案，具體結(jié)論如下：

（1）微型鋼管樁主要通過樁體力學(xué)特性及樁體材料固化性能，對(duì)邊坡巖土體實(shí)施加固，能顯著提高土體強(qiáng)度和邊坡整體穩(wěn)定性。

（2）通過邊坡穩(wěn)定性分析及殘余推力計(jì)算，能準(zhǔn)確掌握邊坡穩(wěn)定狀態(tài)，從而采取更加科學(xué)有效的處治措施，顯著提升邊坡處治效率，保證加固質(zhì)量。

（3）該公路路基邊坡垮塌段采用微型鋼管樁應(yīng)急及永久加固處治后，取得了顯著成效，路基邊坡運(yùn)營(yíng)5年來，穩(wěn)定性良好，充分驗(yàn)證了微型鋼管樁加固措施的可行性。

參考文獻(xiàn)

[1]彭昌翠. 微型鋼管樁在失穩(wěn)路基應(yīng)急搶險(xiǎn)中的綜合應(yīng)用[J]. 西部交通科技， 2020（8）： 68-70.

[2]劉愛環(huán)， 趙應(yīng)武， 黃凱， 等. 微型鋼管樁在軟質(zhì)巖高邊坡的應(yīng)用[J]. 水利科技與經(jīng)濟(jì)， 2022（4）： 115-121.

[3]王國(guó)豐. 微型鋼管樁與抗滑樁組合快速支擋邊坡設(shè)計(jì)及施工[J]. 交通世界， 2022（21）： 73-75.

[4]王廣州. 巖土邊坡中微型鋼管樁組合矩形抗滑樁支擋施工分析[J]. 公路， 2023（4）： 76-81.

[5]劉鍵涌. 微型鋼管樁在山區(qū)公路擋墻地基加固中的應(yīng)用[J]. 福建交通科技， 2022（3）： 25-28+78.

[6]韓冰. 深基坑錨注微型鋼管樁聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用研究[J]. 四川水泥， 2023（2）： 178-180+183.

[7]王廣州. 巖土邊坡中微型鋼管樁組合矩形抗滑樁支擋施工分析[J]. 公路， 2023（4）： 76-81.