曾昌海 喻文良

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽(yáng) 550081)

微型樁是一種小孔徑的鉆孔灌注樁，直徑小于300 mm，樁內(nèi)含有加筋體，最早由意大利工程師Lizzi提出[1]。微型樁以其施工快、擾動(dòng)小、布設(shè)位置靈活、工程造價(jià)較為適中等優(yōu)點(diǎn)，在邊坡加固等工程中得到工程設(shè)計(jì)人員的青睞，在“5·12”汶川大地震期間，微型樁被成功應(yīng)用于邊坡?lián)岆U(xiǎn)。目前業(yè)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者對(duì)微型樁進(jìn)行了較為深入的研究，也取得了一系列有價(jià)值的成果。馮君等[2]將加固順層巖質(zhì)邊坡的微型樁體系分為3種類(lèi)型，并提出了樁-巖土體-樁的相互作用模式和作用力計(jì)算分析模型。閆金凱等[3]以黃土為滑坡介質(zhì)，研究微型樁加固滑坡體的承載機(jī)理、受力情況及破壞模式。孔紀(jì)名等[4]通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)研究了微型樁加固碎石土滑坡的抗滑機(jī)理。孫書(shū)偉等[5]采用數(shù)值分析手段對(duì)帶承臺(tái)微型抗滑樁加固單元的加固機(jī)理進(jìn)行了分析。李昌龍等[6-7]計(jì)算得出了加筋微型樁的極限抗彎剛度，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比了不同布置方式下微型樁的受力情況。由以上調(diào)研可知，目前微型樁主要應(yīng)用于道路邊坡中，僅有少數(shù)工程案例應(yīng)用于河岸軟土邊坡[8]，結(jié)合微型樁的受力特點(diǎn)及河岸軟土邊坡的工程特性，可知微型樁在治理此類(lèi)邊坡時(shí)有較大應(yīng)用空間，因此，開(kāi)展微型樁加固河岸軟土邊坡研究迫切且必要。

1 工程概況

某市河道綜合整治2期工程K0+540-K0+680段邊坡位于該市城際鐵路與南環(huán)線之間，全長(zhǎng)140 m。由于該段河道河床淤積，雨季河道排水能力差，存在著較大的安全隱患，因此，需對(duì)河道淤泥進(jìn)行清理，形成底寬30 m、高3.5 m的梯形河道斷面，見(jiàn)圖1。由于在清淤過(guò)程中的過(guò)度開(kāi)挖及左側(cè)河岸35 m處存在較大的堆土體，致使該段河道邊坡出現(xiàn)較大的位移，K0+540-K0+580段西側(cè)渠道隆起，隆起約2 m，坡體向渠道中線方向滑移，有明顯滑移裂縫，邊坡變形情況見(jiàn)圖2、圖3。

圖1 邊坡斷面設(shè)計(jì)圖

圖2 渠底隆起

圖3 后緣滑移裂縫

結(jié)合破壞特征，初步判定為整體式滑坡。其直接原因?yàn)楣こ袒顒?dòng)的堆載超出了土體所能承受的極限，開(kāi)挖明渠邊坡形成臨空面，從而出現(xiàn)了沿破壞面整體下滑的現(xiàn)象。滑坡后續(xù)狀況有待觀察。根據(jù)以上分析：滑坡目前處發(fā)展階段，滑動(dòng)面還未完全貫通。隆起區(qū)域鼓脹裂縫發(fā)育，滑動(dòng)面隨時(shí)可能貫通，大面積滑坡隨時(shí)發(fā)生。針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的滑坡?tīng)顩r，為確保工程安全順利實(shí)施，需盡快對(duì)滑坡進(jìn)行治理?？紤]到該段邊坡為軟土質(zhì)邊坡且推力較小，設(shè)計(jì)單位建議采用削方(1∶3的坡比)和微型樁(間距1.5 m，直徑150 mm，內(nèi)插3根直徑22 mm鋼筋)分級(jí)支擋相結(jié)合的措施進(jìn)行防護(hù)。

2 模擬分析

2.1 模型建立

為準(zhǔn)確分析設(shè)計(jì)單位給定設(shè)計(jì)方案的加固效果，采用數(shù)值模擬技術(shù)的方法對(duì)該段邊坡的加固效果進(jìn)行模擬分析。該段邊坡模型見(jiàn)圖4，模型長(zhǎng)110 m、寬10 m、高24 m，共計(jì)5 804個(gè)單元。巖土力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖4 邊坡模型圖

表1 巖土體參數(shù)表

2.2 模擬結(jié)果

本次模擬主要對(duì)邊坡加固前后、不同加固方法下邊坡位移情況進(jìn)行對(duì)比分析。未加固情況下邊坡的滑移情況如圖5所示，采用多排微型樁(見(jiàn)圖6)加固后邊坡的滑移情況如圖7所示，采用框架式微型樁(見(jiàn)圖8)加固后的邊坡的滑移情況如圖9所示。

圖5 未加固工況下邊坡滑移云圖

圖6 多排微型樁布置示意圖

圖7 多排微型樁加固工況下邊坡滑移云圖

圖8 框架式微型樁布置示意圖

圖9 框架式微型樁加固工況下邊坡滑移云圖

由圖5可見(jiàn)，未加固時(shí)坡體位移量較大，坡體后緣有明顯拉裂縫，渠底隆起高度為1.6 m，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況基本符合。從圖7可以看出，經(jīng)過(guò)2排微型樁加固后，邊坡的最大位移量被控制在9 cm以下，邊坡后緣下沉拉裂縫及渠底隆起高度減小。從圖9可以明顯看到邊坡在經(jīng)過(guò)框架式微型樁加固后的效果，在框架式微型樁加固工況下，坡體最大位移量被控制在5 cm以下，邊坡后緣下沉拉裂縫及渠底隆起高度也有較大幅度減小，邊坡基本趨于穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)3種不同工況的對(duì)比分析可以看出，框架式微型樁加固時(shí)效果最為明顯，也從一定程度上反映出框架式加固措施特別是采取框架式支擋結(jié)構(gòu)的空間優(yōu)越性。

選取2種布置方法中左下角的1根樁對(duì)其進(jìn)行樁身位移和彎矩監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖10、圖11所示。從圖10、圖11可見(jiàn)，在使用多排微型樁加固的情況下，樁身最大位移為7.116 cm，樁身最大彎矩為79.664 kN·m；在使用框架式微型樁加固的情況下，樁身最大位移為4.323 cm，樁身最大彎矩為30.252 kN·m。李昌龍計(jì)算出的加筋微型樁的極限抗彎剛度為38.19 kN·m，樁身允許最大位移為5 cm[9]。通過(guò)以上分析可知，采用多排樁加固時(shí)，樁身彎矩和位移均不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，采用框架式加固時(shí)樁身彎矩和位移均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求?？梢?jiàn)框架結(jié)構(gòu)在進(jìn)行抗滑支擋時(shí)的優(yōu)越性。

圖10 不同加固工況下微型樁樁身位移

圖11 不同加固工況下微型樁樁身彎矩

3 結(jié)論

1) 該段滑坡的產(chǎn)生原因?yàn)楣こ袒顒?dòng)的堆載超出了土體所能承受的極限，開(kāi)挖明渠邊坡形成臨空面，從而出現(xiàn)了沿破壞面整體下滑。

2) 當(dāng)采用多排微型樁對(duì)該段邊坡進(jìn)行加固時(shí)，樁身位移較大，樁身彎矩也超過(guò)規(guī)范要求。當(dāng)采用框架式微型樁對(duì)該段邊坡進(jìn)行加固時(shí)，樁身位移與樁身彎矩均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，且支擋效果明顯。與多排微型樁加固方式進(jìn)行對(duì)比可見(jiàn)框架結(jié)構(gòu)在進(jìn)行抗滑支擋時(shí)的優(yōu)越性。

3) 本文以工程實(shí)例對(duì)框架式微型樁結(jié)構(gòu)的加固效果加以驗(yàn)證，從加固效果來(lái)看框架式微型樁對(duì)加固河岸邊坡有著顯著效果，具有較高的推廣價(jià)值。鑒于此方法在工程中應(yīng)用較少的現(xiàn)狀，可以在類(lèi)似工程中適當(dāng)加以推廣。