羅 剛

（中交四航局珠海工程有限公司，廣東 珠海 519000）

1 工程概況

開春高速公路TJ07施工段K60～K66路線沿長斜坡平行布設(shè)，自然坡率介于1∶1.5～1∶2.5，相對陡峻，且地質(zhì)條件復(fù)雜，邊坡后緣山體高大，放緩條件受限。根據(jù)初勘及詳勘成果，區(qū)域主要分布有第四系粉質(zhì)黏土、泥盆系上統(tǒng)的強/全風(fēng)化砂巖、強～中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r等。K64+360～K64+480段右側(cè)邊坡為強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，邊坡高度為34.8m（四級坡），坡長為120m。邊坡設(shè)計參數(shù)如下：（1）一級：坡高10m，坡率為1∶0.75；（2）二級：坡高10m，坡率為1∶1；（3）三級：坡高10m，坡率為1∶1.15；（4）四級：坡高4.8m，坡率為1∶1.25。

其中K64+375～K64+471段一級邊坡平臺采用梅花形雙排圓樁，圓樁直徑為2.0m，沿路線方向間距為6m，橫向間距為3.5m，樁長為22m；抗滑樁采用混凝土帽梁連接成整體，帽梁尺寸為1.6m×2.0m；樁頂50cm處設(shè)4根φ15.24mm低松弛無黏結(jié)鋼絞線單墩錨索，設(shè)計荷載為400kN，鎖定荷載為440kN；錨索長為22m，錨固段長為10m。

邊坡抗滑樁施工通常采用人工挖孔施工，但該項目工期緊，采用人工挖孔無法按期完成施工任務(wù)，需要采用機械成孔施工；同時，邊坡地質(zhì)條件較差，不能采用泥漿護壁，水滲入邊坡會進一步降低邊坡的穩(wěn)定性，并減小抗滑樁周邊土體的粘聚力，影響抗滑樁的支護效果，因此，在施工過程中采用旋挖機干法施工，既保障了機械化施工，又有效避免了水對邊坡穩(wěn)定性的影響。

2 受力分析

2.1 計算方法

采用MIDAS GTS有限元軟件，對雙排圓形抗滑樁結(jié)構(gòu)建立三維數(shù)值模型采用強度折減法計算，得到邊坡的結(jié)構(gòu)內(nèi)力結(jié)果，驗證邊坡設(shè)計參數(shù)及穩(wěn)定性[1]。

2.2 計算工況

依據(jù)強風(fēng)化礫質(zhì)砂巖的參數(shù)，開挖放坡邊坡穩(wěn)定性計算主要分為兩種情況：正常狀態(tài)和非正常狀態(tài)。正常狀態(tài)下強風(fēng)化礫質(zhì)砂巖C粘聚力為24kPa，φ內(nèi)摩擦角為23°?？紤]降雨等因素影響下的非正常狀態(tài)，強風(fēng)化礫質(zhì)砂巖C粘聚力為22kPa，φ內(nèi)摩擦角為19°。雙排圓形抗滑樁方案采用非正常工況驗算。

（1）非正常工況下（無支護邊坡），采用Bishop圓弧滑動法計算，計算所得安全系數(shù)為0.887，安全性能不滿足規(guī)范要求。

（2）增加錨索防護條件下，采用Bishop圓弧滑動法計算，計算所得安全系數(shù)為0.992，安全性能不滿足規(guī)范要求。

（3）非正常工況下，考慮梅花形雙排抗滑樁的布置后，具體的建模參數(shù)取值如表1所示。經(jīng)計算，直徑2.0m梅花形布置雙排圓形抗滑樁計算結(jié)果如表2所示，具體變形和受力云圖如圖1所示。從圖1可以看出，上部坡體潛在滑動面受抗滑樁阻擋，在一級邊坡處存在一個塑性區(qū)，坡腳塑性明顯。因此，在最不利非正常工況下，采用梅花形雙排2.0m直徑圓樁支護方案的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.33，滿足設(shè)計規(guī)范要求，支護方案具有可行性。

表1 計算模型材料參數(shù)取值

表2 梅花形雙排2.0m直徑圓樁計算結(jié)果

圖1 梅花形雙排2.0m直徑圓樁等效應(yīng)變云圖

3 施工技術(shù)

該邊坡抗滑樁設(shè)置在第一級邊坡平臺上，第一級邊坡不開挖是用來做抗滑樁機械施工的施工平臺，再采用旋挖鉆干法跳槽開挖施工抗滑樁。樁頂軟弱地層及黏土層采用鋼護筒跟進，開挖至強風(fēng)化巖層后取消護筒跟進，利用巖層的自穩(wěn)定。鋼筋籠采用長線法定型胎盤整體加工，分2節(jié)現(xiàn)場采用套筒對接，采用50t履帶吊一次下放到位，避免下放過程時間長引起塌孔，下放完成后應(yīng)立即下放導(dǎo)管，采用導(dǎo)管法澆筑孔內(nèi)混凝土。成孔質(zhì)量控制是該施工技術(shù)的關(guān)鍵與核心，應(yīng)確保成孔的孔徑、垂直度及孔壁的穩(wěn)定性，防止塌孔。

3.1 施工順序

梅花形雙排抗滑樁必須采用跳槽、隔樁施工工藝，由中間向兩側(cè)隔樁跳挖施工，需待樁身混凝土強度不小于設(shè)計強度的80%后才能開始相鄰樁開挖施工；抗滑樁的開挖深度需嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙樁長施工，以保證抗滑樁嵌固深度滿足設(shè)計要求。

3.2 設(shè)備選型

開挖設(shè)備采用山河智能SWDM420型旋挖鉆機，該機配備專用液壓伸縮式底盤，工作重心低、穩(wěn)定性好；最大鉆孔直徑為3m，最大鉆孔深度為110m，最大扭矩為420kN·m，且具有成孔速度快、移動方便等特點，滿足山區(qū)施工環(huán)境要求；同時，該設(shè)備可分為鉆頭、鉆桿、主機3部分拆卸，并現(xiàn)場組裝，滿足山區(qū)高速公路施工環(huán)境要求。

3.3 成孔過程控制

由于邊坡抗滑樁位于強風(fēng)化或全風(fēng)化砂巖層，所以成孔一般土層鉆頭采用旋挖斗鉆頭+旋挖撈砂鉆頭（清孔使用）[2]。地下水位較高及水量豐富的抗滑樁采用鋼護筒跟進法加強支護，成孔過程中根據(jù)地質(zhì)情況必須選擇合適的鉆桿、鉆筒，并根據(jù)地質(zhì)情況嚴(yán)格控制鉆桿提升速度，防止地下水位較高時提升過快導(dǎo)致鉆頭下方孔身出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)，使地下水滲入鉆孔內(nèi)，降低孔身護壁的穩(wěn)定性導(dǎo)致坍孔。不同地層施工參數(shù)如表3所示。

表3 不同地質(zhì)施工參數(shù)表

成孔過程的具體施工注意事項如下：

（1）鉆孔前調(diào)整旋挖鉆機鉆桿保持垂直、確保位置正確，旋挖機基礎(chǔ)平整密實，防止因鉆桿晃動影響測量定位。

（2）初始鉆進作業(yè)時應(yīng)確保鉆桿與工作面垂直，旋挖進尺速度宜緩，減少鉆孔晃動幅度；鉆孔施工前，埋設(shè)鋼護筒防止地表水流入孔內(nèi)，護筒應(yīng)高出地面≥30cm；鋼護筒直徑應(yīng)比樁徑大10～15cm，以便旋挖鉆桿導(dǎo)向鉆進，把樁心位移降低到最小值。

（3）為確保樁徑滿足設(shè)計要求，旋挖鉆頭擴孔部位的直徑較設(shè)計樁徑≤3cm，當(dāng)鉆頭直徑磨損＞2cm時要調(diào)整刀片角度或加焊，成孔后用檢孔器進行檢測，檢孔器長度為5.5m。

（4）鉆孔過程中利用旋挖鉆機自帶的深度記錄儀進行孔深測量，終孔驗收采用檢定后的測繩復(fù)測；采用干法成孔一般不存在沉渣，虛渣一般在3cm以下，孔深控制方便。

（5）旋挖鉆機智能化程度較高，鉆孔傾斜度一般由鉆機自帶控制系統(tǒng)調(diào)整、實時顯示，施工過程中仍需不定期地采用全站儀校核鉆桿垂直度，及時對鉆機系統(tǒng)參數(shù)進行修正。

（6）在鉆進過程中，根據(jù)不同地層條件選擇合適的鉆頭及控制鉆進、提升速度，尤其進入砂層、礫石層等易塌地層時，應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進速度，低速慢進，減少對孔壁的擾動以防止塌孔。

（7）地下水豐富地層應(yīng)嚴(yán)格控制鉆桿提升速度，防止地下水位較高時提升過快導(dǎo)致鉆頭下方孔身出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)，使地下水滲入鉆孔內(nèi)，降低孔身護壁的穩(wěn)定性導(dǎo)致坍孔。

3.4 鋼筋籠安裝及混凝土澆筑

鋼筋籠采用場內(nèi)集中加工，每節(jié)鋼筋籠≤12m，孔位處垂直對接安裝，施工現(xiàn)場采用鋼筋籠套筒機械連接，采用50t履帶吊一次整體吊裝，下放至樁基孔內(nèi)即可進行混凝土澆筑作業(yè)，混凝土采用導(dǎo)管法干灌施工，澆筑過程中需注意導(dǎo)管埋深應(yīng)控制在1～2m；在混凝土灌注時應(yīng)分層振搗密實，分層厚度應(yīng)≤1.5m，使用插入式振搗器對全樁振搗密實，確保樁身混凝土施工質(zhì)量。

4 實施效果

通過在上邊坡埋設(shè)測斜管對4個深層水平位移進行監(jiān)測，同時在抗滑樁身周邊埋設(shè)3個測斜管監(jiān)測抗滑樁的位移變形。2019年5月—2020年3月，共計監(jiān)測了10個月，中間經(jīng)歷了雨季，邊坡水平位移累計變化值為-0.4～-4.2mm，邊坡水平位移變化速率為-0.07～ 0.03mm/d。經(jīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，K64+360～K64+480段右側(cè)高邊坡基本穩(wěn)定，滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

通過該區(qū)域地質(zhì)情況下的雙排梅花形大直徑抗滑樁施工的受力分析和施工技術(shù)選擇，充分驗證了大直徑圓形抗滑樁在邊坡支護中的應(yīng)用效果及可行性，可有效提高邊坡的穩(wěn)定性。文章通過采用MIDAS GTS有限元軟件三維建模，驗證該技術(shù)參數(shù)的合理性；通過合理的機械設(shè)備選型和成孔過程鉆頭的合理選擇，為該類地質(zhì)條件下干法施工創(chuàng)造條件，防止施工過程中水滲入邊坡內(nèi)，確保了抗滑樁支護質(zhì)量，該技術(shù)可為類似項目的高邊坡抗滑樁設(shè)計和施工提供參考。