陳建君 趙昌貴

(四川省蜀通巖土工程公司，四川 成都 610081)

鋼管樁在滑坡應(yīng)急搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

陳建君 趙昌貴

(四川省蜀通巖土工程公司，四川 成都 610081)

簡(jiǎn)述了滑坡體應(yīng)急搶險(xiǎn)工程中的處置難點(diǎn)，分析了鋼管樁施工快捷、布置靈活、支護(hù)力較高的特點(diǎn)，依據(jù)鋼管排樁的抗滑原理，對(duì)鋼管樁在某滑坡應(yīng)急處置中的運(yùn)用作了詳細(xì)論述，結(jié)果表明鋼管樁的投入使用提高了滑坡體的穩(wěn)定性，為滑坡治理提供了安全保障。

滑坡體，應(yīng)急處置，鋼管樁，土體強(qiáng)度，設(shè)計(jì)

滑坡災(zāi)害作為一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，其發(fā)生具有突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性。在突發(fā)性的滑坡的搶險(xiǎn)工作中，要求必須采取應(yīng)急措施，以縮短搶險(xiǎn)時(shí)間，減少經(jīng)濟(jì)損失，保障人民群眾的生命安全[1]。滑坡應(yīng)急搶險(xiǎn)工程要求快速有效的控制坡體變形，常用的應(yīng)急治理搶險(xiǎn)手段，其運(yùn)用都有較高的時(shí)間、空間和支護(hù)能力限制。鋼管樁作為一種簡(jiǎn)易的支擋工程，在工程運(yùn)用中逐漸發(fā)展出鋼管排樁組合形式，這樣減少了其長(zhǎng)徑比過大的不利影響，同時(shí)因其施工快捷、布置靈活、支護(hù)力高的優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)應(yīng)急搶險(xiǎn)工程中發(fā)揮了快速有效的支護(hù)效果，而逐漸得到工程界青睞。實(shí)際的工程效果表明，微型鋼管樁組合已經(jīng)成為滑坡應(yīng)急搶險(xiǎn)工程中的一種有效措施。

1 滑坡體應(yīng)急處置的難點(diǎn)

對(duì)于滑坡應(yīng)急搶險(xiǎn)工程來說，由于滑坡已經(jīng)處于蠕滑或即將進(jìn)入加速蠕滑階段，坡體穩(wěn)定性平衡已經(jīng)被打破，需要快速有效地采取工程措施，減少不利因素對(duì)坡體穩(wěn)定的作用,并提高坡體抗滑能力，將坡體的變形控制住，為下一階段的永久工程的治理設(shè)計(jì)提供時(shí)間和空間條件。目前常用的滑坡應(yīng)急處置措施包括：裂縫封填、前緣堆載、后緣減載及簡(jiǎn)易的支擋工程。對(duì)于坡體中的裂縫都應(yīng)當(dāng)及時(shí)封填并控制坡體外的水體進(jìn)入滑坡。當(dāng)坡體變形十分強(qiáng)烈時(shí)，應(yīng)立即采取避險(xiǎn)措施。對(duì)于小規(guī)模的滑坡進(jìn)行應(yīng)急處置一般難度較小，可通過清除、砍頭壓腳等方式快速提高坡體穩(wěn)定性，消除災(zāi)害險(xiǎn)情。但對(duì)于體積巨大(大中型)的滑坡，由于坡體自身穩(wěn)定性已經(jīng)大幅降低，其蠕滑階段的下滑力在200 kN/m以上，這需要臨時(shí)支擋工程對(duì)坡體及時(shí)提供較大的支護(hù)力方可達(dá)到暫時(shí)穩(wěn)定。然而因?yàn)榈匦位蛘弑Ｗo(hù)對(duì)象往往緊鄰滑坡，沒有足夠的空間在坡腳布置足夠量的壓腳工程，對(duì)滑坡上部減載的施工難度大且易誘發(fā)新的災(zāi)害支擋工程。常用的滑坡支擋工程，則需要有較大的空間和時(shí)間條件，同時(shí)對(duì)坡體的擾動(dòng)較大，在滑坡的應(yīng)急搶險(xiǎn)工程中不能使用或難以迅速發(fā)揮支擋作用。因此，需要有一種支擋工程能在滑坡還未進(jìn)入加速蠕滑變形階段能快速有效的在較小的空間內(nèi)施工完成，為坡體提供較大的支護(hù)力，同時(shí)又不對(duì)坡體造成較大的擾動(dòng)。

2 鋼管樁的特點(diǎn)

鋼管樁屬于微型樁的一種，利用人工沖擊或回旋成孔，植入帶孔的空心鋼管，再向鋼管中進(jìn)行注漿而成樁。滑坡治理中多在其頂部用剛性聯(lián)系梁將其牢固連接，形成一個(gè)超靜定的框架結(jié)構(gòu)，成為排樁與樁周改良土體共同起到抗滑的作用[2]。

根據(jù)鋼管樁的施工工藝和受力特點(diǎn)，鋼管樁與傳統(tǒng)抗滑結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：1)鋼管施工機(jī)具小，工程布置靈活，適用于狹窄的施工作業(yè)區(qū)，對(duì)施工空間要求小，在一些地形條件較差的坡體上仍可以進(jìn)行施工。這使得鋼管樁能與前緣堆載等工程組合應(yīng)用，而擋土墻則必須布置在剪出口部位而無法與堆載工程組合應(yīng)用。2)施工機(jī)具可多臺(tái)同時(shí)施工，施工簡(jiǎn)便，成樁速度快，能在較短的時(shí)間內(nèi)形成有效的支護(hù)力。目前抗滑樁每天開挖的深度僅一節(jié)護(hù)壁的長(zhǎng)度且還要進(jìn)行護(hù)壁工程施工，然而采用潛孔錘成孔，每日可達(dá)20 m，且場(chǎng)地中可像抗滑樁工程一樣同步施工。擋土墻的施工因開挖和澆筑，需要的時(shí)間和空間條件也很高。3)施工對(duì)坡體的擾動(dòng)小，不需要大直徑抗滑樁和擋土墻一樣對(duì)坡體進(jìn)行較大的擾動(dòng)，不易形成人工誘發(fā)坡體失穩(wěn)。鋼管樁的單孔直徑在300 mm以下，而相同支護(hù)力的抗滑樁的截面則需要1.2 m2以上，擋墻的布設(shè)還受到高度的限制，且要求滑坡前緣剪出口附近有足夠的空間可供施工。4)雖然支護(hù)力小于大直徑的鋼筋混凝土抗滑樁，但通過多排樁體的組合可形成較大的支護(hù)力，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)三排鋼管樁的組合可以提供500 kN/m的抗力，這遠(yuǎn)大于抗滑擋墻的抗滑能力，對(duì)坡體起到有效的支護(hù)效果。5)鋼管樁長(zhǎng)度易調(diào)整，浪費(fèi)較少。鋼管長(zhǎng)度一般6 m～9 m，鋼管樁根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行切割，切割部分還可應(yīng)用到其他樁上，避免了浪費(fèi)[1]。6)由于鋼管樁要采用注漿，利用從管體中的小孔滲出的漿體可對(duì)滑坡土體尤其是滑帶附近的土體起到加強(qiáng)作用。

當(dāng)然，鋼管樁由于長(zhǎng)徑比的限制和其樁體復(fù)合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，鋼管樁的長(zhǎng)度通常在30 m以內(nèi)，作為臨時(shí)工程通常適用于滑體厚度15 m以內(nèi)的中層或淺層土質(zhì)滑坡。在巖質(zhì)滑坡中，由于滑體和滑床均可視為完整的剛體，其變形只在滑帶附近，這使得在滑面處樁身應(yīng)力集中，樁體易發(fā)生滑面處剪切破壞。對(duì)于滑坡寬度大的情況，可以視保護(hù)對(duì)象的分布與其他應(yīng)急搶險(xiǎn)工程相互配合，靈活布置，從而節(jié)約工程造價(jià)。

3 鋼管排樁的抗滑原理

對(duì)于微型鋼管樁來說由于其長(zhǎng)徑比大，直徑小，傳統(tǒng)的依靠嵌固段在穩(wěn)定地層受壓提供反力而使樁體不發(fā)生大的彎曲而形成較大抵抗力的原理已經(jīng)不再適用。為減少鋼管樁長(zhǎng)徑比過大的問題，發(fā)揮鋼管樁強(qiáng)度高、彈性大、能適應(yīng)發(fā)生較大的變形的優(yōu)點(diǎn)。目前在鋼管樁的運(yùn)用中通常是設(shè)置多排平行布置的樁群，并利用頂部設(shè)置的連梁(板)形成“強(qiáng)梁弱樁”的方式。利用小直徑本身的一定剛度和強(qiáng)度，以及它在巖土體內(nèi)分布的空間組成樁土復(fù)合體的骨架，使巖土體構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，骨架有約束土體變形的作用[3]。由此坡體傳遞的荷載將由樁與樁間土體共同承受。樁與土作為一個(gè)整體來抵抗外部荷載的作用。鋼管樁承受了主要的荷載，它不僅將坡體內(nèi)部分的應(yīng)力傳遞到樁間土體，更重要的是利用其深埋于穩(wěn)定巖土體中的嵌固段，通過樁體的應(yīng)力擴(kuò)散作用，將不穩(wěn)定滑體中的應(yīng)力傳遞到穩(wěn)定的巖土體中，從而起到穩(wěn)定邊坡的作用[4，5]。通過在鋼管樁外注漿或在鋼管上鉆孔而注漿可以大大提高樁體周圍土體的強(qiáng)度，尤其是滑動(dòng)面附近的土體強(qiáng)度。利用注漿還可以起到對(duì)坡體中裂縫的充填作用以及擠密土體的作用，減少水對(duì)坡體的不利影響。注漿的漿液還可以對(duì)鋼管樁體起到保護(hù)作用，提高管體的抗腐蝕能力與使用年限。通過合理的施工，可以將鋼管樁由臨時(shí)的應(yīng)急搶險(xiǎn)工程起到更加長(zhǎng)久的作用。

由此，可以將鋼管排樁、樁頂連續(xù)梁和樁間土體形成的組合結(jié)構(gòu)等效成一個(gè)實(shí)體的大直徑抗滑樁來進(jìn)行鋼管樁的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過將鋼管、注漿體的強(qiáng)度等效到土體的抗剪切強(qiáng)度可得到滑面處等效樁體的抗剪切強(qiáng)度。而等效樁體發(fā)生彎曲將形成拉應(yīng)力與壓應(yīng)力。其中抗拉應(yīng)力主要由樁體受拉區(qū)的鋼管來承受，受壓區(qū)由樁體與土體共同承受。根據(jù)等效樁體中鋼管樁的截面、強(qiáng)度、間距及土體的強(qiáng)度可得出樁體的抗彎強(qiáng)度。由此按照大直徑樁受到滑坡土體作用及樁前土體的抗力共同的模式可計(jì)算出等效樁體在不同截面處的剪力與彎矩。通過比較即可判定樁體是否滿足強(qiáng)度要求，并可由其進(jìn)行樁體截面、強(qiáng)度、間距的設(shè)計(jì)。

4 鋼管樁的設(shè)計(jì)案例

下邊以某應(yīng)急處理滑坡為例，介紹鋼管樁在滑坡應(yīng)急處置中的運(yùn)用。

4.1 工程概況

該滑坡平面上呈倒“U”形，水平橫向?qū)捈s140 m，縱向長(zhǎng)約150 m。后緣及左右側(cè)裂縫貫通，前緣坡腳老擋墻變形明顯，邊界清晰。根據(jù)最不利滑面搜索，滑體推測(cè)厚約15 m～25 m,平均厚度約20 m，滑體體積約45×104m3,屬中型中層土質(zhì)滑坡。自2011年3月發(fā)現(xiàn)距滑坡體后緣約2 m陡坎處長(zhǎng)約60 m、最寬約30 cm、最深約100 cm的裂縫以來，滑體蠕滑變形加劇，險(xiǎn)情危急。直接威脅坡上坡下民居50余戶、約200名居民的人身安全，若滑坡體發(fā)生整體下滑，將中斷交通，堵塞河道，帶來不可估量的損失。另外，考慮汛期臨近時(shí)間緊迫，居民長(zhǎng)期搬遷避險(xiǎn)社會(huì)安定問題，開展應(yīng)急搶險(xiǎn)治理工作十分必要。災(zāi)情發(fā)生后，第一時(shí)間緊急實(shí)施了5 000 m3坡腳堆載反壓措施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地面巡查、裂縫監(jiān)測(cè)以及位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，堆載工程雖然達(dá)到滑坡變形減緩不至于產(chǎn)生大面積滑動(dòng)的目的，但是由于坡體穩(wěn)定性仍不足，需要在前期實(shí)施的堆載反壓的效果基礎(chǔ)上，在滑體上設(shè)置支擋工程，達(dá)到滑坡基本穩(wěn)定和為后續(xù)綜合治理時(shí)前緣抗滑支擋工程施工提供安全保障的目的。設(shè)計(jì)在滑坡強(qiáng)變形體上設(shè)置鋼管樁予以支護(hù)，為后期施加更有力的支護(hù)措施提供安全和時(shí)間保證。

4.2 鋼管樁布置

鋼管樁布設(shè)于滑坡前部，平面延長(zhǎng)約50 m，共100根，樁長(zhǎng)20 m,23 m，見圖1。根據(jù)計(jì)算，可提供約500 kN/m滑坡推力設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)樁徑250 mm，內(nèi)置159 mm鋼管，壁厚8 mm，三排，間距1.5 m,梅花形布設(shè)。管內(nèi)高壓注入水泥砂漿，砂漿體強(qiáng)度30 MPa。樁頂設(shè)置連梁，連梁為鋼筋混凝土梁，單排并以格構(gòu)相連。樁身鋼管嵌入梁內(nèi)0.3 m，鋼筋混凝土保護(hù)層厚度不小于35 mm。

4.3 鋼管樁的成孔

鋼管樁采用潛孔錘跟管鉆進(jìn)，干鉆，結(jié)合空壓機(jī)成孔，孔徑250 mm。

根據(jù)場(chǎng)地地層及施工現(xiàn)場(chǎng)條件，采用潛孔錘跟管鉆進(jìn)成孔，選用阿特拉斯DHD380型沖擊器及配套套管，配套空壓機(jī)風(fēng)量不小于25 m3。鉆進(jìn)終孔后，進(jìn)行孔深測(cè)量，使孔底沉淀物不大于100 mm，若未達(dá)到，繼續(xù)清孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。清孔后，及時(shí)吊放鋼管。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度、驗(yàn)收合格后進(jìn)入下道工序。成孔質(zhì)量：孔徑偏差：-20 mm≤d≤20 mm；孔深：0≤h≤-100 mm；垂直度偏差：<1%；沉渣厚度：≤100 mm。

4.4 鋼管制安

鋼管采用一般結(jié)構(gòu)用無縫鋼管，鋼管外徑159 mm,管壁厚8 mm。鋼管下孔前，應(yīng)先在管壁上開孔，以便灌漿時(shí)砂漿能進(jìn)入管壁與孔壁的間隙。用臺(tái)鉆鉆眼，孔徑10 mm，豎向四個(gè)方位均勻布設(shè)，豎向間距300 mm。鋼管定制長(zhǎng)度單節(jié)不小于6 m。要滿足設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，需進(jìn)行鋼管的對(duì)接。接長(zhǎng)方式采用將1.0 m長(zhǎng)，φ140×7 mm的鋼管插入φ159×8 mm鋼管內(nèi)0.5 m后焊接牢靠，外露0.5 m以便下孔施工過程中進(jìn)行接長(zhǎng)。在下孔鋼管接長(zhǎng)時(shí)，上下兩段φ159×8 mm鋼管端頭連接時(shí)也應(yīng)焊接牢靠。5根5×20 mm的扁鐵進(jìn)行幫焊加強(qiáng)連接，扁鐵沿接口圓周均勻布置，焊接長(zhǎng)度30 cm。套管和扁鐵的焊接要求無虛焊、漏焊、裂紋，按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，焊工必須持證上崗。鋼管樁的防腐，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)建筑腐蝕量的限制，未試驗(yàn)的直接采用2 mm控制。鋼管樁的防腐，對(duì)于永臨結(jié)合工程很重要，參考橋墩防腐經(jīng)驗(yàn)這里采用涂裝法，常用焦油環(huán)氧涂料。鋼管的吊放安裝：吊裝采用鉆機(jī)卷揚(yáng)進(jìn)行。同時(shí)采取措施確保鋼管標(biāo)高準(zhǔn)確。

4.5 注漿成樁

注漿液采用水泥砂漿，水泥標(biāo)號(hào)525號(hào)，普通硅酸鹽水泥。水灰比0.4～0.5，灰砂比3∶1；砂漿體強(qiáng)度為30 MPa。鉆孔完成后將鋼花管緩慢送入孔中設(shè)計(jì)位置，同時(shí)在鋼花管內(nèi)安裝φ30 PVC高壓注漿管，注漿管伸入鋼管底部，距孔底0.5 m，保持管路暢通。利用高壓灌漿管輸漿，注漿壓力在0.6 MPa～1 MPa之間，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿情況調(diào)整。注漿漿液采用專用攪拌機(jī)攪拌，攪拌時(shí)間不少于3 min，漿液自制備至用完的時(shí)間不超過2 h。在配制漿液時(shí)，應(yīng)先開動(dòng)攪拌機(jī)，加水到一定程度時(shí)方可向攪拌桶內(nèi)依次加入水泥砂漿充分?jǐn)嚢?。注漿過程是先快后慢，當(dāng)漿液從排氣孔中溢出時(shí)關(guān)閉排氣閥門，進(jìn)行加壓注漿。當(dāng)孔口周圍出現(xiàn)冒漿時(shí)，采用低壓、濃漿、間歇灌漿的方法進(jìn)行，補(bǔ)注2次后應(yīng)停止注漿。注漿必須飽滿。

4.6 冠梁施工

鋼管排樁采取“強(qiáng)梁弱樁”的原理，在樁頂設(shè)置連梁，連梁為鋼筋混凝土梁，單排并以格構(gòu)相連，梁寬0.3 m，高0.4 m，C25混凝土澆筑，樁身鋼管嵌入梁內(nèi)0.3 m，鋼筋混凝土保護(hù)層厚度不小于35 mm，見圖2。

4.7 治理效果

經(jīng)過一個(gè)月的施工后，鋼管樁即投入使用。通過鋼管樁和最初的堆載反壓工程的相互配合，滑坡的變形得到有效控制，已有的變形不再繼續(xù)發(fā)展。在順利通過汛期后，在滑坡前緣強(qiáng)變形體的鋼管樁之前布設(shè)了一排大直徑鋼筋混凝土抗滑樁對(duì)滑坡進(jìn)行了永久支護(hù)。鋼管樁工程迅速的施工和發(fā)揮效果，這為該滑坡應(yīng)急搶險(xiǎn)工程發(fā)揮了重大功效，為永久治理提供了充分的時(shí)間和安全保障。

5 結(jié)語

1)鋼管樁作為一種抗滑支擋工程，由于其靈活、有效、及時(shí)、施工方便、對(duì)坡體擾動(dòng)小且可以提供較大的支護(hù)力，能實(shí)現(xiàn)對(duì)變形中滑坡快速有效的支擋作用，能提高滑坡穩(wěn)定，為滑坡永久治理工程提供時(shí)間。

2)鋼管樁可以同堆載等工程手段配合使用，在控制長(zhǎng)徑比的條件下布設(shè)在滑坡前緣可以提供大于擋土墻和接近小直徑抗滑樁的支擋力，可以作為臨時(shí)工程支擋正在發(fā)生蠕動(dòng)變形的中下型的土質(zhì)滑坡。

3)鋼管排樁的抗滑支擋的機(jī)理為樁土復(fù)合結(jié)構(gòu)抗滑作用和注漿加固作用，起到類似抗滑樁的作用，并可對(duì)滑帶土起到一定的加固作用。

4)鋼管排樁設(shè)計(jì)采取的是強(qiáng)梁弱樁的原理，利用樁頂聯(lián)系梁可將小直徑樁連接成支護(hù)體系。

5)從目前看，鋼管排樁在滑坡應(yīng)急治理起到了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。作為一種臨時(shí)支護(hù)工程手段，其應(yīng)用還將日益廣泛。

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The application of steel pipe pile in landslide emergency rescue

CHEN Jian-jun ZHAO Chang-gui

(SichuanShutongGeotechnicalEngineeringCompany,Chengdu610081,China)

This paper simply described the treatment difficulties of landslide emergency rescue engineering, analyzed the features of steel pipe pile fast construction, flexible layout, higher supporting and protecting force, according to the anti sliding principle of pipe pile, discussed in detail the application of steel pipe pile in a landslide emergency rescue, the result showed that the put into use of steel pipe pile improved the landslide stability, provided security safeguard for landslide treatment.

landslide, emergency disposal, steel pipe pile, soil strength, design

1009-6825(2014)30-0086-03

2014-08-04

陳建君(1983- )，男，碩士，工程師； 趙昌貴(1983- )，男，碩士，工程師

TU473.13

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