張玉鵬

中鐵大橋局集團(tuán)武漢地產(chǎn)有限公司（430012）

采用格構(gòu)式微型鋼管樁處理基坑邊淺層填土滑坡設(shè)計(jì)案例

張玉鵬

中鐵大橋局集團(tuán)武漢地產(chǎn)有限公司（430012）

武漢市某基坑邊填土邊坡發(fā)生蠕滑，由于周邊分布有建筑物、配電房等，大型設(shè)備無法施工，采用高壓旋噴樁加固結(jié)合格構(gòu)式微型鋼管樁進(jìn)行應(yīng)急處理，取得良好的工程效果，相關(guān)技術(shù)措施可為類似工程提供借鑒。

淺層滑坡；高壓旋噴樁；格構(gòu)式鋼管樁

0 引言

基坑土方開挖誘發(fā)鄰近邊坡滑動(dòng)是工程建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。一般說來，因?yàn)楣こ添?xiàng)目地處市區(qū)，滑坡往往危及周邊城市管網(wǎng)、建筑的安全。

目前，淺層滑坡治理的工程措施，大體上包括4個(gè)方面：地下排水工程、削坡減載、反壓工程、支擋工程、坡體內(nèi)部加強(qiáng)[1]。胡偉等[2]在江津淺層土質(zhì)滑坡坡體后沿開挖攔山堰，結(jié)合坡面植被水土保持進(jìn)行治理，取得良好效果；亓兆偉等[3]基于PLAXIS有限元軟件對(duì)河北省興隆縣某滑坡工程進(jìn)行治理設(shè)計(jì)分析，采取削方減載、坡腳反壓、漿砌石擋、土墻支擋相結(jié)合的措施，取得成功；陳建君等[4]介紹了利用微型鋼管樁群成功進(jìn)行滑坡?lián)岆U(xiǎn)加固的工程實(shí)例。其中，微型鋼管樁群因施工便利、布置靈活、支護(hù)力較高等優(yōu)點(diǎn)，在滑坡治理中得到廣泛應(yīng)用，取得良好的工程效果。

1 微型鋼管樁抗滑原理

微型鋼管樁一般樁徑在70～300 mm，長徑比較大，單樁承載能力較小，用于滑坡應(yīng)急處理時(shí)，多采用樁群的方式。

目前，關(guān)于微型抗滑樁群的工作原理、受力模式、設(shè)計(jì)計(jì)算理論雖然有許多學(xué)者分別從理論研究、數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗(yàn)（離心機(jī)試驗(yàn)）、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方面進(jìn)行了大量研究，也產(chǎn)生了諸如參照傳統(tǒng)抗滑樁的設(shè)計(jì)方法、P-y曲線法、有限元或有限差分等數(shù)值分析方法，將微型樁、土視為復(fù)合整體而簡化為擋土結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，但由于問題的復(fù)雜性，還沒有出現(xiàn)得到廣泛認(rèn)可和使用的設(shè)計(jì)理論和方法[5]，呈現(xiàn)出理論嚴(yán)重滯后于工程實(shí)踐的情況。

根據(jù)目前的工程經(jīng)驗(yàn)，一般認(rèn)為微型鋼管樁在滑坡治理中的作用主要表現(xiàn)為[6]：

穿過滑面進(jìn)入穩(wěn)定地層一定深度的鋼管樁，能與滑面共同作用，抵抗滑坡體剩余下滑力；

樁體設(shè)置時(shí)一般需要進(jìn)行壓力注漿，漿體與周圍的松散土層形成一個(gè)復(fù)合體，提高滑坡體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)和變形能力，間接改善了滑裂面的抗滑移能力；

滑坡治理中一般采用多排微型抗滑樁，并在樁頂設(shè)置連系梁使樁群形成空間鋼架體系，樁、土形成空間復(fù)合結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)滑坡荷載，從而提高滑坡體的整體穩(wěn)定性。

鑒于此，本方案設(shè)計(jì)時(shí)，主要根據(jù)工程實(shí)際情況，從滑坡治理的概念上進(jìn)行整體把握，參照類似工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

本工程場(chǎng)地位于湖北省武漢市武昌區(qū)，場(chǎng)區(qū)地貌單元屬壟崗地帶。蠕滑邊坡位于某在建基坑的陽角上，坡腳即為在建基坑的支護(hù)樁樁頂邊線，基坑開挖深度10 m，采用鉆孔灌注樁加兩道錨索，其側(cè)壁土層主要為Q3老黏土和強(qiáng)風(fēng)化泥巖。

該邊坡原為上世紀(jì)90年代在坡頂建筑修建住宅樓時(shí)，填土整平的院落平壩的陡坎，并砌筑有一道240磚墻為其護(hù)面。坡頂分布有一幢6層的住宅樓和一個(gè)變電箱,住宅樓為毛石混凝土墩基礎(chǔ)，建筑距離坡頂線最近約3.5 m,變電箱尺寸為4 m×2.7 m× 2.0 m，淺基礎(chǔ)，位于坡頂右側(cè)。

基坑開挖前，邊坡護(hù)面墻已經(jīng)有一定程度的傾斜，建設(shè)單位出于安全考慮，對(duì)該危墻進(jìn)行了拆除。受此擾動(dòng)，邊坡發(fā)生了蠕滑。滑動(dòng)體平面上整體呈倒U型，水平橫向?qū)捈s18.4 m，縱向長約15 m，滑體出口估計(jì)在支護(hù)樁頂處，滑面深度約6.0 m。因地層蠕滑，6層建筑前的水泥道路裂縫寬度持續(xù)擴(kuò)展，建筑角部地面與結(jié)構(gòu)脫開，變電箱基礎(chǔ)與周邊地層出現(xiàn)裂縫。該險(xiǎn)情直接威脅坡頂6層建筑、配電箱的安全，若發(fā)生滑坡，初步估計(jì)直接經(jīng)濟(jì)損失超過1 000萬元。邊坡蠕滑現(xiàn)場(chǎng)見圖1，周邊環(huán)境示意見圖2。

圖1 邊坡蠕滑現(xiàn)場(chǎng)照片

圖2 蠕滑邊坡周邊環(huán)境圖

2.2 搶險(xiǎn)加固方案

2.2.1 坡體填土高壓旋噴樁加固

治坡先治水是滑坡治理的基本理念[7]。本滑坡涉及的范圍較小，平面上縱橫不超過19 m，滑面深度不超過6.0 m。為了防止雨水、生活污水等入滲入邊坡，進(jìn)一步降低邊坡的穩(wěn)定性，提高填土的工程力學(xué)性質(zhì),對(duì)滑體整體采用高壓旋噴樁進(jìn)行加固，加固深度按穿過填土進(jìn)入Q3老黏土層不少于1.5 m控制。這一控制標(biāo)準(zhǔn)，可確保加固范圍將潛在滑動(dòng)面包含在內(nèi)，以提高邊坡的穩(wěn)定性。

2.2.2 鋼管樁布置

微型樁群的設(shè)置位置，需要兼顧考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性兩方面因素。根據(jù)一般的工程經(jīng)驗(yàn)，將微型樁群布置在邊坡中部附近往往可以獲得較大的安全系數(shù)[8]。本工程由于滑坡總體平面面積較小，滑體輪廓復(fù)雜，周邊環(huán)境保護(hù)要求較高，最終確定在整個(gè)滑體內(nèi)布置微型樁群。

微型樁群的布置需要考慮群樁效應(yīng)和樁基土塑性擠出兩個(gè)問題，目前這兩個(gè)問題均無成熟的計(jì)算方法。群樁效應(yīng)會(huì)限制單樁的承載能力的發(fā)揮，但是過大的樁間距也不利于微型樁和土共同發(fā)揮作用而產(chǎn)生最大的承載能力。Bruce研究表明，側(cè)向受力的微型樁群,當(dāng)排間距在7～8倍樁徑時(shí)，可忽略排間的群樁效應(yīng),當(dāng)列間距達(dá)3倍樁徑時(shí)，可忽略列間的群樁效應(yīng)。排內(nèi)樁間問題，主要參照滑坡抗滑樁有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式,即垂直于滑動(dòng)方向的樁的計(jì)算寬度B0，按B0=1.5b+0.5（當(dāng)樁徑b≤1 m時(shí)）和B0=b+1（當(dāng)樁徑b＞1 m）時(shí)取值。本工程選用直徑114 mm、厚4 mm的微型鋼管樁，滑體內(nèi)集束式成排布置，共計(jì)5排，排距2.5 m。每排由兩行鋼管樁，排內(nèi)各鋼管樁間距500 mm，排距、樁間距滿足規(guī)避群樁效應(yīng)和防止樁間土流動(dòng)擠出的要求。詳細(xì)平面布置見圖3。需要說明，為避免鋼管樁與基坑支護(hù)錨索相碰，布置樁位時(shí)預(yù)留了下部樁錨支護(hù)的錨索施工通道。

圖3 鋼管樁群平面布置圖

2.2.3 鋼管樁的長度

微型樁群的錨固長度涉及的因素較多，如穩(wěn)定地層的強(qiáng)度、滑坡推力、樁的剛度、樁前滑體的抗力等，目前普遍的做法基本是參照抗滑樁設(shè)計(jì)的做法進(jìn)行考慮?？够瑯对O(shè)計(jì)時(shí)，是按照“傳遞到滑動(dòng)面以下地層側(cè)壁應(yīng)力小于地層的側(cè)向容許抗壓強(qiáng)度”來控制。這種做法實(shí)際上只能作為確定錨固深度及校核地基強(qiáng)度時(shí)的參考。從長期的工程實(shí)踐來看，對(duì)于土層或軟質(zhì)巖層中，1/3～2/5樁長是比較適宜的。本項(xiàng)目滑動(dòng)邊坡的最大高度為6.0 m，其下為基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，因此滑面深度應(yīng)該在6 m以內(nèi)?？紤]到基坑側(cè)壁土層為Q3老黏土及強(qiáng)風(fēng)化泥巖，選定微型樁長為9.0 m，嵌固深度不小于3.0 m。

2.2.4 注漿

微型鋼管樁群處理滑坡,一般與注漿相結(jié)合。注漿的主要目的在于充填鋼管樁與土體的孔隙，以確保樁、土復(fù)合結(jié)構(gòu)有效形成，以抵抗下滑力。此外，注漿也同時(shí)起到加固周邊土體和增強(qiáng)微型樁承載能力等作用。本項(xiàng)目采用常用M20水泥砂漿，孔底注漿壓力小于0.6 MPa，實(shí)施時(shí)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整。當(dāng)孔口周圍出現(xiàn)冒漿時(shí),采用低壓、濃漿、間歇灌漿方法進(jìn)行，補(bǔ)注漿2次，確保注漿飽滿。

2.2.5 樁頂連梁

在微型鋼管樁群頂部設(shè)置鋼筋混凝土聯(lián)系梁，將分散的單根樁連接成一個(gè)具有水平剛度的整體，形成空間框架結(jié)構(gòu)。這種強(qiáng)梁弱樁的措施，能夠協(xié)調(diào)邊坡下滑力在個(gè)各樁內(nèi)的分配，最大限度地發(fā)揮承載能力。本項(xiàng)目在樁頂設(shè)置格構(gòu)式聯(lián)系梁，梁寬截面尺寸0.75 m×0.5 m，C30混凝土，鋼管樁錨入梁深度0.4 m，鋼筋混凝土保護(hù)層厚度不小于35 mm。典型的加固剖面如圖4。

設(shè)計(jì)中，采用Madis有限元軟件對(duì)加固前后邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。結(jié)果表明，加固前邊坡抗滑安全系數(shù)為0.86，加固后提高到1.37。

圖4 微型樁加固治理剖面圖

圖5 加固前最大剪應(yīng)變?cè)茍D

圖6 加固后最大剪應(yīng)變?cè)茍D

3 治理效果

加固結(jié)構(gòu)支護(hù)施工完成后，坡頂水平位移監(jiān)測(cè)速率穩(wěn)定在1 mm/d以內(nèi)，18天左右邊坡水平位移即完成收斂，最終水平位移累計(jì)值為12 mm，說明治理效果良好。6層建筑邊水泥地面裂縫寬度大約經(jīng)歷40余天才停止增加，這說明微型鋼管樁群支護(hù)屬于柔性支護(hù)，蠕滑邊坡內(nèi)部新的平衡的建立，在坡體內(nèi)部不同區(qū)域之間并不同步，是一個(gè)漸進(jìn)的過程。

4 結(jié)語

基坑開挖誘發(fā)周邊淺層滑坡，是工程建設(shè)中常見的問題。由于基坑周邊環(huán)境條件的限制,傳統(tǒng)的抗滑處理方式對(duì)這類問題的適用性較差。微型抗滑樁作為一種新型抗滑支擋結(jié)構(gòu)，其施工簡便，施工場(chǎng)地要求低,布置靈活,對(duì)邊坡擾動(dòng)小,能有效增加滑坡的穩(wěn)定性，成為處理這類問題的一種良好的方式。

由于目前缺乏微型抗滑樁的工作原理、受力模式、設(shè)計(jì)計(jì)算理論的研究與探討，該類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)從概念上進(jìn)行把握，結(jié)合已有的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是一種可行的方式。

水是滑坡處理的重點(diǎn)，需要結(jié)合具體項(xiàng)目的特點(diǎn)，采取可靠的措施避免水對(duì)土體的浸泡、軟化。

微型鋼管樁群與土體形式樁、土復(fù)合結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)下滑力，是目前得到普遍認(rèn)可的觀點(diǎn)。因此，微型鋼管樁群設(shè)計(jì)既要避免群樁效應(yīng)，又要通過樁頂連梁使其成為具有空間結(jié)構(gòu)的整體，以求最大限度地發(fā)揮樁群的承載能力。

微型樁支擋結(jié)構(gòu)屬于柔性支擋，滑動(dòng)邊坡新平衡的建立，是一個(gè)邊坡內(nèi)部不同部分樁、土變形逐步發(fā)展，受力平衡逐步建立的過程，并非各區(qū)域同步完成。

[1]王恭先.滑坡防治中的關(guān)鍵技術(shù)及其處理方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,24（21）：3818-3827.

[2]胡偉,呂玉香,等.江津淺層土質(zhì)滑坡失穩(wěn)分析與治理[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2010,6（增2）：1559-1561.

[3]亓兆偉,付茂盛.某淺層碎石土滑坡穩(wěn)定性分析及治理措施研究[J].山西建筑,2016,42（13）：77-79.

[4]陳建君,趙昌貴.鋼管樁在滑坡應(yīng)急搶險(xiǎn)中的應(yīng)用[J].山西建筑,2014,40(30)：86-88.

[5]劉凱,劉小麗,蘇媛媛.微型抗滑樁的應(yīng)用發(fā)展研究現(xiàn)狀[J].巖土力學(xué),2008,28(增刊)：675-679.

[6]賀永強(qiáng),楊仕教,羅輝,等.基坑滑坡治理中鋼管微型樁簡化計(jì)算方法研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2014,36(增2)：174-179.

[7]羅麗娟,趙法鎖.滑坡防治工程措施研究現(xiàn)狀與應(yīng)用綜述[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2009,18(4)：158-164.

[8]CAI F,UGAI K.Numerical analysisofthe stability ofa slope reinforced with piles[J].Soilsand foundations,2000,40(1)：73 84.