抗滑樁在復(fù)雜土巖質(zhì)高邊坡中的治理機理及工程應(yīng)用研究

摘 "要：抗滑樁是一種常用的高邊坡治理技術(shù)，該項技術(shù)可以有效提高邊坡的抗滑穩(wěn)定性。該文以抗滑樁為研究對象，首先說明高邊坡的破壞類型、穩(wěn)定性的計算方法，其次介紹抗滑樁性能的影響因素、失效類型和治理機理，最后結(jié)合高邊坡施工項目，圍繞抗滑樁的實際應(yīng)用展開討論。希望能夠給人以啟發(fā)，為日后同類型項目的施工提供有價值的參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜土巖質(zhì)；高邊坡；抗滑樁；治理機理；工程應(yīng)用

中圖分類號：TU473.1 " " "文獻標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2024）20-0169-04

Abstract： Anti-slide pile is a commonly used high slope treatment technology， which can effectively improve the anti-sliding stability of the slope. Taking anti-slide pile as the research object， this paper first explains the failure type and stability calculation method of high slope， and then introduces the influence factors， failure type and treatment mechanism of anti-slide pile performance. Finally， combined with the construction project of high slope， the practical application of anti-slide pile is discussed， in the hope that this study can enlighten people and provide valuable reference for the construction of similar projects in the future.

Keywords： complex soil and rock; high slope; anti-slide pile; treatment mechanism; engineering application

復(fù)雜土巖質(zhì)高邊坡極易受到地質(zhì)構(gòu)造、地下水、降雨等因素影響，進而出現(xiàn)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，在此背景下，越來越多的施工單位選擇對抗滑樁加以應(yīng)用。首先，抗滑樁可以通過加固土體，提高邊坡抗滑性能，有效遏制高邊坡的滑動和變形。其次，抗滑樁可以承擔(dān)部分的荷載，將荷載分散至較深的土層中，減輕土體的壓力，減小高邊坡的變形和滑動傾向。最后，在邊坡高度較大、地質(zhì)條件較差的情況下，抗滑樁可以有效提升高邊坡的整體穩(wěn)定性。由此可見，將抗滑樁用于高邊坡治理是大勢所趨，此舉能夠提高邊坡的穩(wěn)定性，減小外界因素給高邊坡造成的影響，降低治理成本，為項目的長期安全運行提供保障。

1 "高邊坡的破壞類型

高邊坡的破壞類型通常包括以下幾種：①滑坡。坡體內(nèi)部土層或巖層發(fā)生松動或破壞，則有一定概率導(dǎo)致坡體整體向下滑動。②巖崩。巖石體發(fā)生破裂或剝離，會導(dǎo)致巖石體整體或部分墜落。③坡面沖刷。降雨、河流沖刷等因素均有概率造成坡體表面土層流失。④坡腳侵蝕。坡體底部受水流、河流侵蝕，導(dǎo)致坡腳部分土層流失。⑤地震引發(fā)的破壞。地震引發(fā)的地質(zhì)構(gòu)造變動、巖石破裂等現(xiàn)象，可能會導(dǎo)致坡體的滑動、巖石崩塌。

2 "邊坡穩(wěn)定性的計算方法

2.1 "極限平衡法

極限平衡法是一種分析邊坡穩(wěn)定性的方法，強調(diào)基于邊坡的平衡條件，通過考慮各種荷載和抗阻力的平衡關(guān)系，評估邊坡的穩(wěn)定性。計算步驟如下：①確定邊坡的幾何形狀；②考慮作用于邊坡的各種荷載，分析邊坡穩(wěn)定性；③根據(jù)土體的力學(xué)參數(shù)，計算邊坡的抗阻力；④參考邊坡的幾何形狀、荷載和抗阻力，繪制荷載平衡圖；⑤通過對荷載平衡圖展開分析，計算邊坡整體的安全系數(shù)，通常情況下，安全系數(shù)越大，代表邊坡的穩(wěn)定性越好[1]。

2.2 "數(shù)值分析法

數(shù)值分析法需要先建立邊坡的數(shù)學(xué)模型，再利用計算機進行模擬計算，評估邊坡在不同荷載和地質(zhì)條件下的穩(wěn)定性。計算步驟如下：①收集邊坡所在地區(qū)的地質(zhì)資料；②利用專業(yè)的數(shù)值分析軟件建立邊坡的數(shù)值模型；③在模型中施加邊坡所受到的荷載，設(shè)置合理的邊界條件；④通過數(shù)值分析軟件進行計算，模擬邊坡在不同荷載情況下的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等響應(yīng)；⑤根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果，評估邊坡在不同荷載情況下的穩(wěn)定性[2]。

3 "抗滑樁的概述

3.1 "影響因素

抗滑樁的承載力受諸多因素影響，具體包括：①土體性質(zhì)。土體密實度、孔隙水壓力、土體的抗剪強度均會對抗滑樁的承載力產(chǎn)生影響。一般來說，土體的密實度越大、孔隙水壓力越小、抗剪強度越大，抗滑樁的承載力就越大。②抗滑樁的形式和材料。目前，抗滑樁的常見形式主要有鋼筋混凝土樁、鋼管樁、預(yù)應(yīng)力樁，不同形式的抗滑樁在承載力上會有所不同。此外，抗滑樁所采用的材料的強度、剛度等性能也會對其承載力產(chǎn)生影響。③抗滑樁的尺寸和布置方式?？够瑯兜闹睆?、長度、間距等尺寸參數(shù)及布置方式（如單排、雙排等）都會對其承載力產(chǎn)生影響。正常情況下，抗滑樁的尺寸越大、布置越密集，其承載力越大。④土樁相互作用。抗滑樁與土體之間的相互作用對其承載力也有重要影響，這里提到的相互作用包括樁身與土體之間的摩擦阻力、土體的側(cè)向土壓力，上述因素均會影響抗滑樁承載力。⑤地下水情況。地下水的存在對抗滑樁承載力有顯著影響，水位變化會改變土體的孔隙水壓力、有效應(yīng)力狀態(tài)，從而影響抗滑樁整體的承載力。

3.2 "失效類型

以下情況均會導(dǎo)致抗滑樁失效：受到較大的水平荷載作用，致使抗滑樁的樁桿發(fā)生彎曲破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效?？够瑯兜臉渡硎艿胶奢d作用出現(xiàn)局部破壞，比如，樁身龜裂、彎曲，影響抗滑樁的整體承載性能?？够瑯杜c土體之間的相互作用是保證抗滑樁有效的關(guān)鍵因素，如果由于樁身與土體之間的摩擦力不足或土體的側(cè)向土壓力過大等情況，使得相互作用失效，則會造成抗滑樁失效?？够瑯痘A(chǔ)部分受到荷載作用可能會發(fā)生失穩(wěn)，出現(xiàn)基礎(chǔ)傾覆、沉陷等現(xiàn)象，導(dǎo)致抗滑樁整體的失效。抗滑樁所采用的商品砼、鋼筋等材料，可能由于使用時間過長或受到異常荷載作用失效，進而影響抗滑樁作用的發(fā)揮。

3.3 "治理機理

在高邊坡項目中，抗滑樁的治理機理可以歸納為以下幾點。首先，抗滑樁的加固作用，即抗滑樁通過其自身的剛度和強度，對土體進行支撐及約束，從而提高土體的整體穩(wěn)定性。高邊坡中，由于土體的力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變，因此，要想發(fā)揮抗滑樁的加固作用，通常需要根據(jù)具體的地質(zhì)條件和工程要求進行合理設(shè)計和施工，常用的加固方式包括鋼筋砼樁、鋼管樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等，上述加固方式可以有效地提高土體的抗滑穩(wěn)定性。其次，抗滑樁與土體的相互作用，即抗滑樁與土體之間的力學(xué)相互作用。高邊坡中，土體的力學(xué)性質(zhì)受到地質(zhì)構(gòu)造、巖石性質(zhì)、裂隙結(jié)構(gòu)等因素的影響，因此，抗滑樁與土體的相互作用需要展開綜合分析和評估。實際工程中，常用的方法包括有限元分析、模擬試驗等，目的是通過確定抗滑樁、土體之間的相互作用，指導(dǎo)抗滑樁的設(shè)計與施工。再次，抗滑樁的整體穩(wěn)定性，即抗滑樁在高邊坡中的整體穩(wěn)定性?？够瑯兜恼w穩(wěn)定性受到多種因素的影響，包括但不限于地質(zhì)條件、工程要求、設(shè)計參數(shù)。實際工程中，需要對抗滑樁的整體穩(wěn)定性展開綜合評估和分析，由此確定合理的設(shè)計參數(shù)及施工方案，從而保證抗滑樁在高邊坡中的穩(wěn)定性。最后，抗滑樁的應(yīng)力傳遞機理，即抗滑樁在高邊坡中的應(yīng)力傳遞規(guī)律。實際項目中，抗滑樁需要承擔(dān)土體的自重、水壓力、地震力等多種荷載，因此，施工方要對抗滑樁的應(yīng)力傳遞機理進行深入研究和分析，通過有限元分析、模擬試驗等手段，確定抗滑樁的應(yīng)力傳遞規(guī)律，從而指導(dǎo)抗滑樁的設(shè)計和施工。綜上，抗滑樁在高邊坡中的治理機理涉及多個方面，對這些方面展開綜合研究和分析，可以有效提高邊坡的抗滑穩(wěn)定性，保證工程的安全性、可靠性。

4 "抗滑樁的實際應(yīng)用

4.1 "工程概況

某地計劃延長既有高速公路，施工現(xiàn)場如圖1所示。

本項目開始之初，施工人員便對6#橋墩平臺、便道坡腳進行了開挖，某次降雨后，5#橋墩和6#橋墩均出現(xiàn)臨時邊坡變形的情況，其中5#后緣、6#前緣所受到影響較其他部位更加嚴(yán)重，導(dǎo)致橋墩安全性、可靠性無法達到施工要求。隨著項目所在地區(qū)雨季來臨，坡面、邊坡后緣變形程度逐漸加劇，截至2023年末，邊坡滑塌錯臺實測高度已超過1.5 m，且坡面隆起極為明顯。分析邊坡地表發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域為典型的人工刷方區(qū)域，現(xiàn)場已經(jīng)出現(xiàn)變形、滑塌問題，滑塌區(qū)域的后緣與邊坡的頂部相接，高程最高達到了677 m，該區(qū)域前緣的剪出口靠近基巖頂，實測高度在660 m左右，二者之間存在17 m的相對高差，加固邊坡迫在眉睫。

4.2 "計算方法

實踐經(jīng)驗表明，如果項目存在邊坡安全系數(shù)不符合要求、滑面需通過穩(wěn)定性計算搜索獲得的情況，施工方可以參考經(jīng)過改造的邊坡斷面、實際荷載，對安全系數(shù)未達到1的危險滑面加以確定?？够瑯兜奶攸c是下部（即錨固段）被嵌固在滑床內(nèi)，上部（即受荷段）承受樁前抗力、滑坡推力。了解抗滑樁受力情況后能夠發(fā)現(xiàn)，按照常規(guī)方法對滑面位置加以確定，極易出現(xiàn)所確定位置偏上、受荷長度不符合要求的問題，鑒于此，在本項目中，施工方?jīng)Q定改用極限反演法，將穩(wěn)定系數(shù)達到1的滑面視為滑動面，如圖2所示。

圖2中，F(xiàn)s是指安全系數(shù)。極限反演法的計算步驟如下。首先，計算邊坡處于無樁狀態(tài)時的安全系數(shù)、危險滑面。其次，初步確定抗滑樁布局、直徑和相鄰抗滑樁的距離。最后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的計算方法，分2種情況對抗滑樁錨固長度進行計算。第一種是計算發(fā)現(xiàn)安全系數(shù)為1，此時，將對應(yīng)滑面視為計算錨固長度的起始面。第二種是抗滑系數(shù)未達到1，此時，應(yīng)通過反演法確定要想使安全系數(shù)達到1，抗滑樁需要達到的長度、極限穩(wěn)定滑面，隨后，根據(jù)實際情況小幅度調(diào)整抗滑樁的長度，直至安全系數(shù)達到1，再基于對應(yīng)滑面完成后續(xù)的計算[3]。具體計算流程如圖3所示。

4.3 "加固措施

抗滑樁是一種加固地基的有效方法，能夠增強地基穩(wěn)定性以及承載力，將地基出現(xiàn)沉降、滑移等問題的可能性降至最低[4]。要想使抗滑樁充分發(fā)揮作用，關(guān)鍵是要嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范設(shè)計并施工，本項目選用抗滑樁的截面是2.5 m×3.5 m的矩形，樁身由C30鋼筋砼支撐，樁中與中間的距離為6 m，現(xiàn)場共設(shè)置7根抗滑樁，其中，2根長17 m，5根長30 m。樁背設(shè)置2排32 mm直徑的螺紋鋼筋作為受力主筋，外部覆蓋有70 mm厚的砼保護層。另外，為保證施工過程具有理想的順序性、學(xué)術(shù)性，施工方還視情況對施工流程進行了調(diào)整，調(diào)整后的施工步驟如圖4所示。

施工過程中，有以下幾點需要施工方引起重視。

1）開挖樁孔前，要平整孔口，在孔口上方設(shè)置護圈，護圈需要略高于地面，二者高度差以300 mm為最佳，隨后，按照順序完成截平地表、排水以及防滲等工作，如果工期與雨季重合，則要調(diào)整圍堰整體高度，確保圍堰能夠充分發(fā)揮作用，保證施工質(zhì)量及現(xiàn)場人員安全。正常情況下，應(yīng)間隔1個孔開挖，遇到地下水位較高、塌孔等突發(fā)情況時，可以將間隔調(diào)整為3個孔。嚴(yán)格按照從兩側(cè)至中間、從淺至深的順序施工，若施工區(qū)域土層較為松散，則應(yīng)改為人工開挖，對于堅硬巖石段、基巖，則可以酌情使用藥劑爆破，但要保證爆破所剝離厚度在30 cm以內(nèi)。開挖后，仔細檢查樁孔的位置、豎直度和直徑，若檢查發(fā)現(xiàn)開挖樁孔與設(shè)計要求存在較大偏差，則要通過人工的方式修正。以模板高度和地層自穩(wěn)性為依據(jù)，通過計算對每次所能開挖的最大深度加以確定，碎石層、軟弱土層的開挖深度最大不得超過0.6 m，稍密碎石土、自穩(wěn)土壤的開挖深度最大可以達到約1.2 m。若施工現(xiàn)場有垮塌的風(fēng)險，則要先注漿再完成后續(xù)施工。待開挖施工告一段落，盡快編錄巖性，分析滑動面的情況，若分析發(fā)現(xiàn)實際情況和設(shè)計方案不符，則要告知設(shè)計方、建設(shè)方，由專業(yè)人員更改設(shè)計方案。待挖孔深度達到設(shè)計要求，仔細清除樁孔底部的雜物、松散物及沉積泥土，為后續(xù)施工做準(zhǔn)備。

2）開挖樁孔的同時排除內(nèi)部積水，根據(jù)滑坡體具有的富水性，確定排除積水的方法。富水性差的滑坡體可以直接排水，水量大且富水性較好的滑坡體，則需要通過外部管泵降排水。另外，開挖樁孔時，還要根據(jù)現(xiàn)場情況確定恰當(dāng)時機澆筑鋼筋砼護壁，根據(jù)開挖最大深度確定單次澆筑高度，用相同型號的商品砼填充孔壁、護壁外側(cè)的縫隙。

3）成孔成樁后，檢查樁孔位置、實際深度、直徑和傾斜度，其中，樁孔深度需要使用測繩測量，直徑和傾斜度則用提前準(zhǔn)備的專用設(shè)備測量[5]。

4）待計劃灌注的樁孔順利通過檢查，根據(jù)孔底積水情況選擇灌注方法并灌注商品砼。如果孔底積水未達到100 mm，則可以使用導(dǎo)管、串筒將砼灌注到樁孔內(nèi)，灌注時要保證導(dǎo)管、串筒下口高于地面，且二者高度差在1～3 m。每灌注0.6 m商品砼，便需要用振搗器振搗，這樣做的目的是保證灌注商品砼具有理想的密實度。對于在地表上方的抗滑樁，施工人員應(yīng)通過覆蓋草簾或麻袋、澆水等方式，對其進行為期7 d的養(yǎng)護。

圖4 "抗滑樁加固施工步驟

5 "結(jié)論

現(xiàn)將研究所得出結(jié)論總結(jié)如下。首先，抗滑樁可以通過在邊坡內(nèi)部形成一定的抗滑體系，有效提高邊坡的整體穩(wěn)定性，遏制邊坡的滑動和變形。其次，在實際工程中設(shè)置抗滑樁，能夠使邊坡的穩(wěn)定性得到顯著提高，其安全性也因此而得到了保障。最后，實際施工中，施工方需要結(jié)合具體的地質(zhì)條件、邊坡形態(tài)及荷載特點設(shè)計抗滑樁，充分考慮抗滑樁的數(shù)量、布置方式、材料選用等因素展開施工，由此確?？够瑯赌軌虬l(fā)揮最佳的加固效果。

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