李德宏,張 學(xué)，魏少偉

(1.云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司，云南 昆明 674402；2.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

長期以來，抗滑樁作為一種支擋抗滑結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于滑坡整治中。早期抗滑樁的設(shè)計(jì)主要參照樁基的設(shè)計(jì)推導(dǎo)演變而來。國外發(fā)達(dá)國家，像日本、美國、意大利等，抗滑工程中基本只采用圓形截面樁[1-2]。我國在滑坡整治工程中的抗滑樁多采用矩形截面，其作用機(jī)制、計(jì)算方法等比較成熟[3-5],圓形樁使用很少。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，一方面，我國施工機(jī)械獲得長足進(jìn)步，人力成本也在持續(xù)增加；另一方面，我國對(duì)工程建設(shè)的安全問題更為重視。在這一背景下，高速公路或鐵路抗滑工程仍采用人工挖孔的矩形樁，不僅生產(chǎn)成本不低，而且存在較大的安全隱患；而圓形樁大規(guī)模推廣所需的高度機(jī)械化條件也已得到滿足。近年來也有少量抗滑工程因工期、安全等原因開始采用圓形抗滑樁。如成都鐵路樞紐北環(huán)上行線滑坡整治工程、重慶繞城高速南段新灘大橋河堤綜合防護(hù)工程、西部某煤系地層邊坡防護(hù)工程等[6-12]。隨著我國工業(yè)化水平的不斷提高，由機(jī)械成孔的圓形抗滑樁必然會(huì)被越來越多的工程所采用。

本文以香麗高速公路金沙江大橋重力錨碇基坑西側(cè)(K79+917—K80+054段)滑坡整治工程為例，探討圓形錨索抗滑樁的應(yīng)用效果。

圖1 金沙江大橋重力錨碇基坑西側(cè)滑坡原地貌(2015年12月)

1 工程概況

云南香麗高速公路金沙江大橋麗江岸重力錨碇區(qū)屬麗江市龍?bào)脆l(xiāng)長勝村上莫古喜緩坡地帶。重力錨碇基坑西側(cè)原為一大型沖溝(見圖1)，沖溝兩側(cè)存在多處不良地質(zhì)體，均向該溝谷內(nèi)堆積，造成溝谷內(nèi)高低不平，含水豐富。溝內(nèi)堆積體左側(cè)邊界沿中落魚斷層生成，右側(cè)邊界位于4#滑坡體(莫古喜2#隧道所處滑坡體)左邊的溝谷壁。堆積體寬約100 m，長約300 m，厚約15 m，堆積體體積約45萬m3。

堆積體主要為第四系坡洪積粉質(zhì)黏土含碎石，呈黃黑、褐灰、藍(lán)灰色，碎石成分以深灰、灰黑色板巖為主，可塑～硬塑，土體很濕。下伏基巖為強(qiáng)～中風(fēng)化三疊系板巖，強(qiáng)風(fēng)化巖體呈碎石狀，綠泥石化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙十分發(fā)育。中風(fēng)化巖體為板狀構(gòu)造，綠泥石化和矽卡巖化強(qiáng)烈，局部見石英細(xì)脈條帶穿插，節(jié)理裂隙發(fā)育。

溝谷內(nèi)地下水的類型主要有松散堆積體孔隙水和基巖裂隙水?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：溝谷內(nèi)有大量地下水滲出和泉水冒出；裸露坡面也極為潮濕。從整體地貌看，該溝谷為匯水地形，地下水含量高，導(dǎo)致巖土體整體強(qiáng)度偏低。

重力錨碇基坑西側(cè)邊坡即在此溝谷堆積體上開挖，原設(shè)計(jì)5級(jí)坡，高約48 m，每級(jí)坡高10 m，坡率1∶0.3～1∶0.5，各級(jí)坡均設(shè)置錨索框架，錨索長度20～25 m。2016年8月，邊坡開挖至3級(jí)平臺(tái)出現(xiàn)大面積垮塌(見圖2)，嚴(yán)重危及重力錨碇基坑施工安全，并對(duì)整體施工工期造成不利影響。

圖2 基坑邊坡大面積垮塌(2016年8月)

2 滑坡病害分析

2.1 病害規(guī)模與滑面

重力錨碇基坑西側(cè)溝谷走向近NE32°，溝谷上部為鐵路隧道施工便道，距重力錨碇基坑底面約70 m。邊坡開挖至原設(shè)計(jì)3級(jí)平臺(tái)處，發(fā)生溝谷內(nèi)堆積體滑坡，滑坡滑動(dòng)方向NE46°，滑坡寬約120 m，長100 m，滑體厚約15.0 m，體積約14.4萬m3。該滑坡主要為堆積體沿基巖頂面滑動(dòng)，滑面傾角16°(見圖3中滑面Ⅰ)?；w物質(zhì)主要為碎石土，地下水豐富。隨著邊坡變形繼續(xù)發(fā)展，可能誘發(fā)沿強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化基巖交界面的潛在滑動(dòng)，滑體厚21.0 m，體積約20.7萬m3。潛在滑面傾角20°(見圖3中滑面Ⅱ)。

圖3 滑坡地質(zhì)分析斷面Ⅲ-Ⅲ′(單位：m)

2.2 滑動(dòng)原因

邊坡已發(fā)生堆積體沿基巖頂面的滑動(dòng)，滑動(dòng)原因可歸納為以下幾點(diǎn)：

1)地質(zhì)因素。重力錨碇基坑西側(cè)滑坡原地貌為大型沖溝，溝內(nèi)覆蓋層含水量高，巖土體強(qiáng)度低；下伏強(qiáng)～中風(fēng)化板巖，覆蓋層與基巖交界面易形成相對(duì)隔水軟弱帶。地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造是滑坡發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2)降雨因素。該邊坡滑動(dòng)發(fā)生在雨季。降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響體現(xiàn)在：①地表水入滲降低覆蓋層巖土體強(qiáng)度；②地下水軟化覆蓋層與基巖交界面。降雨是滑坡發(fā)生的最主要誘發(fā)因素。

3)外界因素。溝谷內(nèi)塊石土多為鐵路隧道施工棄渣，對(duì)滑坡的發(fā)生起到加載作用。

2.3 滑坡推力計(jì)算

1)安全系數(shù)確定

依據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30—2015)[13]，滑坡推力計(jì)算考慮3種工況：

①正常工況。邊坡處于天然狀態(tài)下。

②非正常工況Ⅰ。邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下，即暴雨工況。

③非正常工況Ⅱ。邊坡處于地震等荷載作用狀態(tài)下，即地震工況。

正常工況安全系數(shù)K取1.3，非正常工況Ⅰ(暴雨工況)K取1.2；考慮到重力錨碇基坑西側(cè)邊坡施工后回填等因素，非正常工況Ⅱ(地震工況)K取1.1。其中，非正常工況Ⅱ?yàn)轵?yàn)算工況。

2)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定

正常工況：依據(jù)勘察報(bào)告，正常工況下滑面Ⅰ(覆蓋層與基巖交界面)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)黏聚力c=18 kPa，內(nèi)摩擦角φ=16°；滑面Ⅱ(強(qiáng)風(fēng)化板巖與中風(fēng)化板巖交界面)c=24 kPa，φ=21°。

非正常工況Ⅰ：以分析斷面 Ⅲ-Ⅲ′(即圖3)中的滑面Ⅰ作為反算滑面，反算指標(biāo)即為飽水狀態(tài)下結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。依據(jù)目前滑動(dòng)狀態(tài)，設(shè)安全系數(shù)K=1.0，反算得出滑面Ⅰ的c=15 kPa，φ=13°。據(jù)勘察報(bào)告與以往經(jīng)驗(yàn)，在飽水情況下滑面Ⅱ的c=20 kPa，φ=19°。

非正常工況Ⅱ：抗剪強(qiáng)度指標(biāo)同正常工況。

3)滑坡推力計(jì)算

滑坡推力計(jì)算依據(jù)的斷面為分析斷面 Ⅲ-Ⅲ′。

正常工況下K=1.3。經(jīng)計(jì)算得出：滑面Ⅰ的滑坡推力為901.2 kN/m；滑面Ⅱ的滑坡推力為 1 377.6 kN/m。

非正常工況Ⅰ下K=1.2。經(jīng)計(jì)算得出：滑面Ⅰ的滑坡推力為 1 599.9 kN/m；滑面Ⅱ的滑坡推力為 1 784.75 kN/m。

非正常工況Ⅱ下K=1.1。經(jīng)計(jì)算得出：滑面Ⅰ的滑坡推力為 1 601.7 kN/m；滑面Ⅱ的滑坡推力為 1 732.8 kN/m。

綜合以上計(jì)算成果，以非正常工況Ⅰ的強(qiáng)風(fēng)化板巖與中風(fēng)化板巖交界面(滑面Ⅱ)滑坡作為最不利工況，滑坡推力按 1 784.75 kN/m考慮，進(jìn)行加固工程設(shè)計(jì)。

3 樁型比選及工程加固措施

3.1 圓形樁與矩形樁比較

基于上述對(duì)該工點(diǎn)的分析，對(duì)于堆積體滑坡以支擋加固措施最為適合。但在該工點(diǎn)采用常規(guī)人工挖孔的矩形樁，面臨工期無法滿足、施工期人員安全難以保證的突出難題。

在場地滿足旋挖鉆設(shè)備架設(shè)條件時(shí)，圓形抗滑樁在施工速率方面是人工挖孔的矩形樁所無法比擬的，在施工安全方面，圓形樁往往要表現(xiàn)得比矩形抗滑樁可靠得多。而對(duì)于成樁費(fèi)用，一方面我國施工機(jī)械不斷進(jìn)步，另一方面人力成本隨我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而持續(xù)增加，人工挖孔樁在成樁費(fèi)用方面的優(yōu)勢也越來越小。綜合來看，旋挖法成孔的圓形抗滑樁取代人工挖孔的矩形樁是發(fā)展趨勢。本項(xiàng)目最終采用圓形樁作為主要支擋措施。

3.2 工程加固措施

滑坡加固以抗滑樁支擋工程為主，為保證邊坡整體穩(wěn)定，設(shè)置2排抗滑樁。下面一排抗滑樁設(shè)置在原設(shè)計(jì)邊坡2級(jí)平臺(tái)，共22根。樁深入到基坑坑底以下10 m或穩(wěn)定地層以下一定深度。樁采用φ2 500 mm或φ1 500 mm 2種旋挖樁型，樁長20.0～45.0 m，樁間距5.0 m。樁頂以下1.0，5.0，9.0，13.0，17.0 m設(shè)置5φ15.2 mm預(yù)應(yīng)力錨索，每排設(shè)置2根或1根。設(shè)置2根錨索時(shí)錨索分別位于抗滑樁兩端；設(shè)置1根錨索時(shí)錨索位于兩樁中間位置，以限制抗滑樁變形。所有錨索均設(shè)置在腰梁上，腰梁高0.50 m，厚0.45 m。錨索設(shè)計(jì)荷載為600 kN/根。上面一排抗滑樁設(shè)置在滑坡體中部，共18根，樁深入到基坑坑底以下10 m或穩(wěn)定地層以下一定深度。樁采用φ1 500 mm旋挖樁型，樁長20.0～35.0 m，樁間距5.0 m。工程措施參見圖3。

為了解決預(yù)應(yīng)力錨索在圓形抗滑樁上的安裝問題，將錨索設(shè)置在抗滑樁樁身的腰梁上(如圖4所示)，通過腰梁將錨索錨固力傳遞至抗滑樁樁身，形成圓形錨索抗滑樁。

對(duì)于下面一排圓形錨索抗滑樁的施工，在施工前應(yīng)首先在樁位進(jìn)行反壓回填，保證地面與樁頂齊平。在施工過程中應(yīng)重點(diǎn)做好區(qū)內(nèi)截排水工作，同時(shí)加強(qiáng)邊坡內(nèi)出水點(diǎn)的疏干排泄，確保邊坡穩(wěn)定與基坑施工安全?？够瑯妒┕ね瓿珊螅_挖樁前土體進(jìn)行噴錨防護(hù)，并逐排施工腰梁與錨索。錨索張拉應(yīng)依據(jù)監(jiān)測結(jié)果合理調(diào)整。

4 結(jié)論

1)與傳統(tǒng)的矩形抗滑樁相比，圓形抗滑樁在縮短施工工期、保證施工安全等方面有明顯的優(yōu)勢。

2)通過在圓形抗滑樁樁身設(shè)置腰梁的方式解決了預(yù)應(yīng)力錨索在圓形抗滑樁上的安裝問題，形成圓形錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)，可抵御更大滑坡推力。

3)本次采用圓形錨索抗滑樁治理滑坡為類似工程提供了一種全新的思路。圓形錨索抗滑樁是一種值得推廣的治理措施。

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