抗滑樁施工工藝在公路邊坡加固中的應(yīng)用

摘要 為實(shí)現(xiàn)公路邊坡的長(zhǎng)期穩(wěn)定，該文以某高速公路K85+200～K85+400段深層滑動(dòng)邊坡治理工程為背景，研究抗滑樁施工工藝在邊坡加固中的應(yīng)用。該文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察確定了該邊坡的失穩(wěn)機(jī)理，采用抗滑樁與預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合加固方案，詳細(xì)闡述了抗滑樁施工工藝流程，包括鉆孔、成孔、鋼筋籠安裝、混凝土澆筑等關(guān)鍵工序的施工，并對(duì)其應(yīng)力應(yīng)變、位移、錨索拉力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：該邊坡變形量在允許范圍內(nèi)且呈收斂趨勢(shì)，抗滑樁受力合理，錨索預(yù)應(yīng)力損失穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了該加固方案的可靠性和有效性。

關(guān)鍵詞 抗滑樁施工；公路；邊坡加固

中圖分類(lèi)號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）23-0094-03

0 引言

公路邊坡失穩(wěn)是影響道路安全運(yùn)營(yíng)的重要地質(zhì)災(zāi)害之一，尤其在山區(qū)公路建設(shè)中普遍存在。邊坡加固技術(shù)的選擇直接關(guān)系到其治理效果和工程造價(jià)?？够瑯蹲鳛橐环N主動(dòng)防護(hù)措施，具有承載能力大、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在深層滑動(dòng)邊坡加固中應(yīng)用廣泛。因此，深入研究抗滑樁施工工藝及其在邊坡加固中的應(yīng)用具有重要的工程價(jià)值。

1 工程概況及失穩(wěn)原因分析

某高速公路K85+200～K85+400段邊坡位于山區(qū)丘陵地帶，邊坡高度42 m，坡面整體傾角38°。該邊坡地質(zhì)構(gòu)造以強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為主，表層覆蓋2～4 m厚的殘積土?？辈彀l(fā)現(xiàn)邊坡存在深層滑動(dòng)面，滑動(dòng)面沿強(qiáng)風(fēng)化巖體發(fā)育的節(jié)理裂隙帶延伸，最大埋深達(dá)18 m。經(jīng)過(guò)持續(xù)強(qiáng)降雨后，邊坡出現(xiàn)明顯變形跡象：坡面產(chǎn)生縱向貫通性裂縫，最大裂縫寬度達(dá)80 mm；邊坡坡腳隆起，擋墻產(chǎn)生水平位移28 mm；邊坡頂部出現(xiàn)沉降，最大沉降量達(dá)65 mm?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：邊坡位移速率呈加速發(fā)展趨勢(shì)。

經(jīng)分析，該邊坡失穩(wěn)主要由以下因素導(dǎo)致：（1）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體強(qiáng)度低，抗剪強(qiáng)度低；（2）深部滑動(dòng)面的存在降低了邊坡整體穩(wěn)定性；（3）降雨入滲導(dǎo)致巖土體含水率升高，弱化了巖土體的強(qiáng)度特性?？紤]該邊坡失穩(wěn)類(lèi)型為深層滑動(dòng)且滑動(dòng)面埋深較大，因此采用抗滑樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索的聯(lián)合加固方案來(lái)控制邊坡變形，提高邊坡穩(wěn)定性。

2 聯(lián)合加固設(shè)計(jì)方案理論基礎(chǔ)

針對(duì)該邊坡深層滑動(dòng)特征，設(shè)計(jì)上采用抗滑樁與預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合加固方案?？够瑯恫捎勉@孔灌注樁，樁徑1.2 m，樁長(zhǎng)24 m，橫向間距3.5 m，縱向布置兩排，樁頂設(shè)置冠梁連接。預(yù)應(yīng)力錨索采用4根φ15.2 mm鋼絞線，錨固段長(zhǎng)度12 m，自由段長(zhǎng)度16 m，傾角15°，縱橫向間距分別為2.5 m和3.0 m。

聯(lián)合加固體系中，抗滑樁主要承擔(dān)滑動(dòng)推力，其抗滑穩(wěn)定性需滿(mǎn)足條件如式（1）所示。

（1）

式中：Ks——抗滑穩(wěn)定系數(shù)；Rτ——抗滑力（kN）；W——滑動(dòng)體重力（kN）；Q——附加荷載（kN）；α——滑坡體傾角（°）。此方法可用于判斷抗滑樁是否能夠提供足夠的抗滑阻力以平衡滑坡體的重力和附加荷載。通過(guò)驗(yàn)算Ks是否大于1，可判斷邊坡在設(shè)計(jì)荷載下的整體穩(wěn)定性。

樁體承載力驗(yàn)算描述如公式（2）所示。

（2）

式中：σmax——最大應(yīng)力（MPa）；M——彎矩（kN·m）；

N——軸力（kN）；b——截面寬度（m）；h——截面高度（m）；fc——混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（MPa）。此過(guò)程主要用于計(jì)算抗滑樁在受彎和受壓條件下的綜合應(yīng)力值，通過(guò)計(jì)算對(duì)比最大正應(yīng)力σmax與混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc，判斷抗滑樁是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)安全要求，確保樁體不會(huì)因應(yīng)力過(guò)大而失效[1]。

在邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中，錨索與抗滑樁共同作用，提供了抗滑力矩，從而有效提升邊坡的整體穩(wěn)定性。為了確保錨索在實(shí)際施工中能夠提供足夠的抗滑力來(lái)抑制滑坡體的滑動(dòng)，需對(duì)錨索設(shè)計(jì)拉力進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，如公式3所示：

（3）

式中：T——錨索設(shè)計(jì)拉力（kN）；γk——安全系數(shù)；K0——靜止土壓力系數(shù)；h——計(jì)算深度（m）；γ——土體重度（kN/m3）；L——錨索間距（m）；α——錨索傾角，根據(jù)此式可計(jì)算錨固設(shè)計(jì)拉力。同時(shí)，通過(guò)引入安全系數(shù)γk和靜止土壓力系數(shù)K0，確保了錨索拉力設(shè)計(jì)具有足夠的裕度以應(yīng)對(duì)不確定性和極端工況。

3 施工工藝流程與質(zhì)量控制

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備階段首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)補(bǔ)充勘察，沿邊坡設(shè)置3個(gè)鉆探點(diǎn)，鉆探深度30 m，獲取巖土層分布及工程特性參數(shù)。同時(shí)布設(shè)4個(gè)深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，埋設(shè)2個(gè)孔隙水壓力計(jì)，建立邊坡變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。隨后完成施工場(chǎng)地平整，修筑施工便道，路面采用20 cm厚C20混凝土硬化，確保鉆機(jī)就位要求。搭設(shè)鋼管腳手架作為施工平臺(tái)，布設(shè)臨時(shí)排水溝和沉砂池。施工用水接入市政給水管網(wǎng)，施工用電由附近變電所引入，并設(shè)置二級(jí)配電系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工測(cè)量放線，采用全站儀定位抗滑樁樁位及錨索孔位，通過(guò)測(cè)設(shè)控制樁間距、樁徑及錨索角度。同時(shí)建立沉降觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，用于施工過(guò)程質(zhì)量控制。

3.2 抗滑樁施工

3.2.1 鉆孔與成孔

該項(xiàng)目采用YCZ180型旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆頭直徑1.3 m，護(hù)筒埋深3 m。鉆進(jìn)過(guò)程采用泥漿護(hù)壁，泥漿比重控制在1.15～1.25，黏度18～22 Pa·s，含砂率不超過(guò)2%。鉆進(jìn)速度在軟土層段為2.5 m/h，在強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層段降至1.2 m/h，確保成孔質(zhì)量[2]。成孔后進(jìn)行清孔，采用環(huán)形清孔器反復(fù)清理3遍，孔底沉渣厚度控制在10 cm以?xún)?nèi)。測(cè)得實(shí)際成孔垂直度偏差均小于1%，孔徑誤差控制在±5 cm范圍內(nèi)。

3.2.2 鋼筋籠安裝與混凝土澆筑

該工程中鋼筋籠選用主筋24根φ28 mm，箍筋φ12@200 mm，加勁筋φ16@1000 mm。主筋采用HRB400級(jí)鋼筋，箍筋采用HPB300級(jí)鋼筋。鋼筋籠制作采用專(zhuān)用胎具，焊接采用E43焊條，焊縫飽滿(mǎn)度達(dá)95%以上。吊裝采用雙機(jī)抬吊法，控制鋼筋保護(hù)層厚度70 mm?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C30，其配合比詳見(jiàn)表1。

采用導(dǎo)管法澆筑混凝土初凝前一次性完成，測(cè)得28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到32.8 MPa。

3.2.3 樁間土處理

樁間土采用水泥土攪拌樁加固，攪拌樁直徑500 mm，間距800 mm，水泥摻量15%。根據(jù)樁間土壓力計(jì)算如式4所示：

（4）

式中：p——樁間土壓力（kPa）；β——樁間土體傾角（°）；φ——土體內(nèi)摩擦角（°）。

計(jì)算得樁間土最大側(cè)壓力為168 kPa。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)，處理后樁間土承載力特征值達(dá)到280 kPa，較原狀土提高85%。

3.3 錨索施工

3.3.1 鉆孔與錨固體施工

根據(jù)邊坡地質(zhì)條件及錨固要求，選用KXZY-100型潛孔錘鉆機(jī)進(jìn)行錨索孔施工。鉆孔直徑110 mm適應(yīng)φ15.2 mm鋼絞線及注漿空間要求，傾角15°確保錨固段進(jìn)入穩(wěn)定基巖，實(shí)際孔深28 m滿(mǎn)足自由段18 m與錨固段10 m的設(shè)計(jì)需求。鉆進(jìn)過(guò)程采用壓縮空氣護(hù)壁工藝，通過(guò)潛孔錘高頻擊打與回轉(zhuǎn)切削相結(jié)合，提高成孔效率，巖屑由壓縮空氣反循環(huán)排出，并設(shè)置防護(hù)網(wǎng)收集。鉆進(jìn)速率在軟土層控制在1.8 m/h，硬質(zhì)巖層降至0.9 m/h，確?？妆诜€(wěn)定性[3]。

成孔質(zhì)量直接影響錨索承載性能，采用測(cè)斜儀檢測(cè)孔道偏差，測(cè)得最大偏差值1.2%，滿(mǎn)足規(guī)范要求。清孔采用3.0 MPa高壓風(fēng)反復(fù)吹洗，孔內(nèi)殘?jiān)穸瓤刂圃? mm以?xún)?nèi)。錨固體選用M32.5級(jí)水泥漿，水灰比0.45保證流動(dòng)性與強(qiáng)度要求，攪拌時(shí)間嚴(yán)格控制在3～5 min，漿液比重1.85確保漿體密實(shí)度。

注漿工藝采用二次注漿技術(shù)，首次注漿壓力0.5 MPa，自下而上注入，當(dāng)出漿口漿液比重達(dá)到注入漿液的90%時(shí)完成首次注漿。間隔4 h后進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿，壓力提升至1.0 MPa，注漿量較理論計(jì)算值增加15%。注漿過(guò)程中監(jiān)測(cè)孔口回漿情況，發(fā)現(xiàn)異常立即采取補(bǔ)救措施[4]。

3.3.2 錨索張拉計(jì)算與鎖定

基于邊坡穩(wěn)定性分析，錨索選用4根φ15.2 mm低松弛鋼絞線，極限抗拉強(qiáng)度1 860 MPa，斷裂荷載279千牛/根。設(shè)計(jì)拉力計(jì)算考慮土壓力系數(shù)K0=0.5、土體重度γ=19.6 kN/m3、加固影響范圍L=3.0 m等參數(shù)，計(jì)算過(guò)程如式5：

（5）

代入相關(guān)數(shù)據(jù)得

式中：Td——錨索設(shè)計(jì)拉力（kN）；γk——安全系數(shù)；L——錨索受力影響范圍（m）。

針對(duì)錨索施工過(guò)程中的力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)值詳見(jiàn)表2。

張拉施工采用TJSQ-200型智能張拉系統(tǒng)，配備250 mm行程千斤頂與0.5級(jí)精度壓力表。張拉過(guò)程嚴(yán)格執(zhí)行分級(jí)加載制度：0.1P（42.3 kN）、0.3P（126.9 kN）、0.6P（253.8 kN）、0.8P（338.4 kN）、1.0P（423 kN）（P=423 kN為設(shè)計(jì)拉力），各級(jí)荷載持荷時(shí)間10 min。持荷期間監(jiān)測(cè)錨頭位移，記錄初始值X0、1 min位移值X1、10 min位移值X10，計(jì)算蠕變位移。當(dāng)X10-X1≤0.5 mm且X1-X0≤1.0 mm時(shí)，進(jìn)入下級(jí)加載。

錨具選用ZT15.2型擠壓式錨具，錨具錐角5°42'，錨夾片硬度HRC52-56。鎖定采用專(zhuān)用液壓扳手，控制扭矩260 N·m。通過(guò)鎖定力驗(yàn)算，考慮鋼絞線應(yīng)力松弛1.5%、錨具變形損失2.1%、混凝土徐變損失0.9%，鎖定損失率控制在4.5%以?xún)?nèi)，鎖定力設(shè)定為445 kN。

3.3.3 防腐保護(hù)措施

該工程錨索防腐采用內(nèi)外雙重防護(hù)體系，確保錨索在50年設(shè)計(jì)使用期內(nèi)的耐久性。內(nèi)層防護(hù)采用雙組分環(huán)氧樹(shù)脂涂層，涂層厚度嚴(yán)格控制在200±20 μm，涂層附著力強(qiáng)度試驗(yàn)值達(dá)2.5 MPa。涂層施工時(shí)環(huán)境溫度控制在15～25℃，相對(duì)濕度低于85%，確保涂層固化質(zhì)量[5]。外層采用1060型熱縮管，壁厚2 mm，材質(zhì)為輻照交聯(lián)聚乙烯，在120℃加熱狀態(tài)下包裹鋼絞線，冷卻收縮率32%，搭接長(zhǎng)度100 mm。

錨頭段防腐采用JM-320型半剛性防腐罩，內(nèi)充注改性聚氨酯防銹油脂，油脂滴點(diǎn)95℃，針入度265（25℃），防腐罩與支護(hù)面板之間采用環(huán)氧樹(shù)脂密封膠密封。錨固段注入水泥基防腐漿液，漿液抗壓強(qiáng)度28 d齡期達(dá)25.8 MPa，氯離子滲透系數(shù)低于1×10-12 m2/s。

4 監(jiān)測(cè)效果

該研究針對(duì)施工后的抗滑樁內(nèi)力監(jiān)測(cè)采用BX120-5AA應(yīng)力應(yīng)變片，布設(shè)于樁身關(guān)鍵受力部位，監(jiān)測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)圖1：

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：樁身最大彎矩出現(xiàn)在樁頂以下8.5 m處，數(shù)值為856 kN·m，為設(shè)計(jì)值的78.6%。樁身剪力峰值位于滑面處，達(dá)到312 kN，低于設(shè)計(jì)極限值425 kN。

為評(píng)估邊坡加固效果，布設(shè)了12個(gè)深層位移計(jì)，監(jiān)測(cè)周期為施工完成后12個(gè)月。邊坡位移監(jiān)測(cè)采用ZX-30型深層位移計(jì)，埋設(shè)深度25 m，監(jiān)測(cè)精度0.01 mm。施工完成后第一個(gè)月位移增長(zhǎng)速率為0.15 mm/d，隨后逐漸減緩，第三個(gè)月起趨于穩(wěn)定。位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3。

錨索拉力監(jiān)測(cè)采用KJH-200型測(cè)力計(jì)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示錨索預(yù)應(yīng)力損失主要發(fā)生在鎖定后28 d內(nèi)，結(jié)果詳見(jiàn)表4：

綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明：邊坡變形量在允許范圍內(nèi)，且呈收斂趨勢(shì)；抗滑樁受力合理，結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備充足；錨索預(yù)應(yīng)力損失穩(wěn)定在設(shè)計(jì)預(yù)期范圍內(nèi)。監(jiān)測(cè)期間未發(fā)現(xiàn)異常情況，證實(shí)了該工程采用的抗滑樁與預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合加固方案具有良好的工程效果。

5 結(jié)語(yǔ)

抗滑樁施工工藝在公路邊坡加固領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的工程實(shí)踐意義，其系統(tǒng)性研究對(duì)邊坡工程穩(wěn)定性控制和施工質(zhì)量保障提供了技術(shù)支撐。該文通過(guò)理論分析與工程實(shí)踐相結(jié)合的研究方法，揭示了抗滑樁與預(yù)應(yīng)力錨索協(xié)同作用機(jī)理。后續(xù)研究應(yīng)深化抗滑樁在不同地質(zhì)條件下的適應(yīng)性研究，著重探索樁體受力特性與巖土體相互作用機(jī)制，建立更為精確的設(shè)計(jì)計(jì)算模型。

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