（甘肅省臨夏公路局，甘肅 臨夏 730070）

0 引言

在應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)建設(shè)公路工程中，優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)會(huì)給工程建設(shè)帶來(lái)革新的技術(shù)進(jìn)步，但有時(shí)候設(shè)計(jì)方案過(guò)于理想化，或受制于工程地質(zhì)條件，或費(fèi)用太高，最終工程社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值低于預(yù)期。所以對(duì)于技術(shù)復(fù)雜和地質(zhì)復(fù)雜的公路工程，應(yīng)以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用智能化為方向的施工設(shè)計(jì)一體化的科學(xué)技術(shù)，考慮施工可行性，合理降低施工風(fēng)險(xiǎn)，建立能模擬施工階段的模型，保證工程全壽命周期的經(jīng)濟(jì)和安全等關(guān)鍵指標(biāo)。

施工設(shè)計(jì)一體化技術(shù)并非邊設(shè)計(jì)邊施工，而是采用大數(shù)據(jù)模型+高精度監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，將施工階段及運(yùn)營(yíng)階段中的各種信息建成模型，根據(jù)模型預(yù)測(cè)和預(yù)判，以動(dòng)態(tài)方案設(shè)計(jì)來(lái)解決施工及運(yùn)營(yíng)中的問(wèn)題。本文以G310線臨夏至大河家公路滑坡處治工程中的關(guān)鍵工程抗滑樁的優(yōu)化運(yùn)用，對(duì)在實(shí)際工程建設(shè)中施工設(shè)計(jì)一體化技術(shù)應(yīng)用開展探討。

G310線臨夏至大河家公路二級(jí)公路癿藏梁隧道進(jìn)口段（K182+820～K182+943）在2018年受強(qiáng)降雨影響，發(fā)生坡體滑坡，導(dǎo)致邊坡防護(hù)受損，公路交通受到影響，為確保公路交通安全及和邊坡穩(wěn)定，擬對(duì)該滑坡進(jìn)行治理。設(shè)計(jì)單位提出“坡體上部自上至下進(jìn)行刷方卸載，坡面設(shè)置支撐滲溝，下部采用抗滑方樁進(jìn)行支擋，修復(fù)既有擋墻及框格梁防護(hù)”的施工方案。因?yàn)榛绿幹喂こ涛挥诎胪ㄜ嚶范危捎萌斯ね诳资┕た够瑯栋踩L(fēng)險(xiǎn)大，為保證滑坡處治設(shè)計(jì)方案的成功和降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，臨夏公路局成立由筆者負(fù)責(zé)的課題小組，采用大數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)施工一體化綜合技術(shù)為項(xiàng)目建設(shè)提供服務(wù)。

1 滑坡體產(chǎn)生原因分析

1.1 滑坡概況

2018年4月初，G310 線K182+820～K182+943 段（癿藏梁隧道進(jìn)口）受強(qiáng)降雨影響，左側(cè)山體發(fā)生變形：滑坡體鉆孔揭示厚度3～19m，滑體寬40～140m，長(zhǎng)250m，屬于中層中型滑坡?；w后緣弧形拉張裂縫并不明顯，淺層張裂較明顯，兩側(cè)剪張裂縫貫通，滑坡體廣泛發(fā)育裂縫，縫寬20～40cm，可見(jiàn)深度40～50cm。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，初步判斷屬于推移式現(xiàn)代滑坡，在滑坡剪出口推擠現(xiàn)有框格梁、擋墻，造成防護(hù)設(shè)施局部變形破壞?；麦w蠕動(dòng)明顯，嚴(yán)重影響交通安全。

1.2 地質(zhì)概況

設(shè)計(jì)單位提供的地質(zhì)鉆探資料顯示：①滑體：淡黃色黃土較多，表面為灰黑色種植土；也有較多粉質(zhì)粘土，含有局部礫砂成分的強(qiáng)透水層。②滑帶：青灰色粉質(zhì)粘土和青灰色淤泥質(zhì)土為主。③滑床：中更新世粉質(zhì)粘土，性質(zhì)為弱透水或不透水。斜坡土體地層的整體工程力學(xué)性質(zhì)較差；滑坡土體上下土層透水性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)差別較大，形成明顯的滑帶，為滑坡的發(fā)生提供了基礎(chǔ)。

該段滑坡位于左側(cè)山體坡面（陰坡），自然坡度15°～35°，土體含水量大，呈季節(jié)性凍融交替的特點(diǎn)，加之地下水豐富，為邊坡變形提供了有利條件。經(jīng)多年凍融積累，土體在2017年冬季封存的大量地下水在2018年4月初春融季節(jié)集中釋放，使土體含水量增大，土體抗滑能力下降，內(nèi)部剪切力失衡，這是造成滑坡的主因之一。

1.3 滑坡變形機(jī)理

此次滑坡變形機(jī)理主要可劃分如下階段：

1）臨夏州地處北方，大氣降水集中在秋季，此時(shí)地表及地下水含量處于高位水平。

2）臨夏冬季氣溫低于零度，部分地下水和土壤含水形成固態(tài)，變冰過(guò)程中體積增大，引起土體膨脹，產(chǎn)生裂隙等現(xiàn)象，使土體的抗剪性能降低，顯著降低土體的粘聚力等物理性能。

3）臨夏春天回暖遲，固態(tài)冰變?yōu)樗?，沿礫砂、砂土層流動(dòng)，水的集中釋放使透水層附近的土體抗剪強(qiáng)度明顯降低，形成軟弱面，長(zhǎng)時(shí)間的土壤凍融貫通了不同軟弱結(jié)構(gòu)面，形成抗剪能力極差的滑動(dòng)帶，最終滑坡體發(fā)生蠕滑變形，在2018年7月雨季的影響下，滑坡體的變形更加明顯，出現(xiàn)擠壓變形滑動(dòng)的地質(zhì)災(zāi)害。

因此，土質(zhì)不良、水的作用、土體凍融是此次滑坡發(fā)生蠕變的主要原因，后期雨季降水是整體擠壓變形及淺層下滑失穩(wěn)的最直接原因。

2 初步設(shè)計(jì)方案內(nèi)容

初步設(shè)計(jì)方案如下：

1）上部卸載。卸載分兩部分，第一部分為抗滑樁樁頂平臺(tái)及以上卸載坡面（第二、三級(jí)坡面），第二部分為既有內(nèi)護(hù)墻及內(nèi)護(hù)墻以上的既有框格梁坡面防護(hù)拆除并修復(fù)（第一級(jí)坡面）。

2）抗滑樁。在120米長(zhǎng)滑坡段設(shè)置24根抗滑樁，抗滑樁垂直于主滑方向布設(shè)；抗滑樁采用3.0×2.0m方樁，樁長(zhǎng)20米，中心間距5m。抗滑樁采取人工挖孔灌注混凝土方式施工。

3）坡面防護(hù)。修復(fù)內(nèi)護(hù)墻頂?shù)谝患?jí)坡面和既有框格梁防護(hù)；第二、三級(jí)坡面均采取草灌結(jié)合進(jìn)行綠化。

圖1 初步設(shè)計(jì)橫斷面圖

3 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

完成監(jiān)測(cè)網(wǎng)施工觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)和抗滑樁上部山體卸載、坡頂盲溝等工作，制定詳細(xì)的人工開挖樁基施工專項(xiàng)方案。主要施工工序是：樁位—樁位場(chǎng)地整平—場(chǎng)地挖方邊坡臨時(shí)錨噴—鎖口盤施工—開挖樁節(jié)與護(hù)壁施工—樁體混凝土澆注。因人工挖孔速度慢，采用跳槽法隔孔同時(shí)進(jìn)行樁基坑開挖和護(hù)壁。

完成兩根抗滑方樁開挖，在施工其他四根方樁過(guò)程中，施工監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)出警示，觀察點(diǎn)位移速率增大，之后幾天，根據(jù)計(jì)算機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)模型提示，位移值已達(dá)到報(bào)警值。隨后，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員在巡查中發(fā)現(xiàn)，已澆筑的7#、10#、13#、16#、22#抗滑樁護(hù)壁混凝土出現(xiàn)裂縫、變形等現(xiàn)象，有塌孔和施工平臺(tái)滑坡的安全風(fēng)險(xiǎn)，所以停止孔內(nèi)人工作業(yè)，相關(guān)人員立即撤退到安全地點(diǎn)。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的觀察頻率，經(jīng)過(guò)7天的監(jiān)測(cè)，部分位移值在20-30cm。

4 基坑出現(xiàn)變形的原因分析

4.1 采取措施的必要性

根據(jù)大數(shù)據(jù)模型計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)警示值和現(xiàn)場(chǎng)綜合評(píng)價(jià)，部分樁基坑位移速率增大，若不采取措施，可能幾天后產(chǎn)生樁基坑坍塌，引起邊坡滑塌的次生災(zāi)害，造成公路交通阻塞和滑坡范圍擴(kuò)大的經(jīng)濟(jì)損失，決定采用對(duì)已開挖樁基坑回填，卸載局部滑坡體的緊急措施。

根據(jù)實(shí)際調(diào)查和模型推斷誘發(fā)因素如下：2019年5月初，項(xiàng)目區(qū)連續(xù)強(qiáng)降雨入滲坡體，一方面使坡體自重增大，導(dǎo)致邊坡下滑力逐漸增大，另一方面下滲的雨水軟化土體，致使土體抗剪強(qiáng)度降低。

4.2 引起基坑變形的主要因素

根據(jù)人工開挖樁基坑和護(hù)壁的計(jì)算機(jī)模型推斷，由于人工開挖，孔壁采用混凝土護(hù)壁的人工作業(yè)施工工藝?；旧祥_挖一根樁基坑需要10天時(shí)間，在護(hù)壁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求以前，孔壁臨空無(wú)支撐或低力量支撐的時(shí)間較長(zhǎng)，樁基坑明顯存在時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng)。在滑坡體樁基坑的坑壁下，產(chǎn)生滑動(dòng)力，經(jīng)幾天累積，滑塌力較明顯，所以基坑孔壁存在變形和失穩(wěn)的安全隱患。原設(shè)計(jì)方案人工開挖抗滑方樁無(wú)法繼續(xù)開展。

5 施工設(shè)計(jì)一體化的應(yīng)用

課題組經(jīng)多方面討論和大數(shù)據(jù)模型推斷：抗滑樁采用3.0×2.0m方樁，雖然抗滑力滿足預(yù)期要求，但不符合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況。滑坡體處于蠕變狀態(tài)，采用護(hù)壁混凝土人工開挖，施工可行性差，安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)極大，處于不可接受狀態(tài)。如果實(shí)施穩(wěn)定基坑技術(shù)方案，如鋼板樁和地下連續(xù)墻方案，效果可達(dá)到，但防護(hù)成本過(guò)高，工程經(jīng)濟(jì)價(jià)值太差，批準(zhǔn)的總費(fèi)用無(wú)法實(shí)現(xiàn)。目前工程處于停工狀態(tài)，剩余工期時(shí)間緊張。

課題組將國(guó)內(nèi)抗滑樁的施工技術(shù)輸入計(jì)算機(jī)，建立和現(xiàn)場(chǎng)情況相符的模型，推斷施工中的問(wèn)題，從經(jīng)濟(jì)和時(shí)間多方面比較，以安全施工為關(guān)鍵，擇優(yōu)選取施工方案。最終決定以圓樁為抗滑樁型，樁基混凝土早期強(qiáng)度應(yīng)具有抗滑力，不得人工進(jìn)基坑作業(yè)，采用綜合評(píng)價(jià)較好的機(jī)械化套管回轉(zhuǎn)鉆工藝為核心的施工方案。該方案預(yù)計(jì)樁基坑時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng)較好，在基坑蠕變臨界前完成樁基混凝土的澆筑和強(qiáng)度增長(zhǎng)。課題組按照該施工方案與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

6 優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)調(diào)查，邊坡后緣拉張裂縫基本貫通并有明顯的下錯(cuò)，說(shuō)明變形體上部下沉并有向前移動(dòng)的趨勢(shì)；坡體兩側(cè)有羽狀裂縫出現(xiàn)，前緣剪出口裂縫貫通。從以上坡體的變形破壞形態(tài)，特別是邊坡范圍裂縫發(fā)展變形情況及誘發(fā)變形的主要因素，初步判斷目前邊坡整體處于蠕滑階段，整體穩(wěn)定系數(shù)在0.95～1.0之間，其中主滑斷面處穩(wěn)定系數(shù)0.96左右。如再遇強(qiáng)降水等不利因素，必將進(jìn)一步加劇坡體的變形而形成整體劇烈滑動(dòng)破壞，嚴(yán)重危害施工及運(yùn)營(yíng)安全。

6.1 計(jì)算剖面及計(jì)算方法

結(jié)合該滑坡實(shí)際情況，選取滑坡后緣裂縫所在部位，采用理正巖土軟件中塊體極限平衡法模塊，選定代表性斷面對(duì)現(xiàn)有滑面的穩(wěn)定性驗(yàn)算，選定代表性斷面對(duì)潛在深層滑面的穩(wěn)定性及下滑力驗(yàn)算。根據(jù)鉆孔揭露以及后緣裂縫和前緣剪出口位置，采用折線型滑面?；碌姆€(wěn)定系數(shù)計(jì)算方法采用較嚴(yán)格的摩根斯頓-普萊斯法，用傳遞系數(shù)法進(jìn)行校核，剩余下滑力則用傳遞系數(shù)進(jìn)行推力計(jì)算。

6.2 滑坡設(shè)樁處下滑力計(jì)算結(jié)果

表1 穩(wěn)定性計(jì)算及剩余下滑力計(jì)算結(jié)果

為抵抗剩余下滑力和提高安全系數(shù)，在原施工圖設(shè)樁平臺(tái)上距坡口7m處設(shè)置樁板墻滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)模型驗(yàn)算，灌注后混凝土的抗滑樁需要早期承受荷載，所以應(yīng)保證早期抗滑樁具有較強(qiáng)的抗滑強(qiáng)度，采用加早強(qiáng)劑的C30早強(qiáng)混凝土灌注。

圖2 優(yōu)化后的設(shè)計(jì)橫斷面圖

7 優(yōu)化后設(shè)計(jì)抗滑樁方案與方型抗滑樁方案的比較

在完成相關(guān)變更設(shè)計(jì)審批手續(xù)后，施工單位重新進(jìn)場(chǎng)，按優(yōu)化后的套管回轉(zhuǎn)鉆施工，在較短時(shí)間完成了全部的1.4米直徑（24米長(zhǎng)）抗滑樁施工內(nèi)容。施工中遇見(jiàn)的問(wèn)題都在設(shè)計(jì)方案中有應(yīng)對(duì)，在預(yù)定工期內(nèi)完成，按期解除公路交通管制，在費(fèi)用和進(jìn)度上有較大的成就。就計(jì)算機(jī)模型和課題組擇優(yōu)選用的機(jī)械化成孔工藝和人工開挖方樁工藝相比，兩者在該工程中有以下不同的特點(diǎn)：

1）優(yōu)化后的方案安全風(fēng)險(xiǎn)降低：機(jī)械化套管回轉(zhuǎn)鉆工藝無(wú)需人員下井作業(yè)。樁基坑明顯無(wú)時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng)，預(yù)估安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)低，實(shí)際施工中也無(wú)安全隱患。

2）優(yōu)化后的方案速度快：人工開挖方樁需14天方可成型，機(jī)械化成孔工藝基本上半天時(shí)間可完成鉆孔和灌注混凝土作業(yè)，預(yù)估能在延誤50天后仍按預(yù)定工期完工。方樁由于人工使用量大，費(fèi)用較高，而圓樁機(jī)械化程度高，無(wú)需護(hù)壁，只是方樁成本的一半，經(jīng)核算費(fèi)用減少100.2萬(wàn)元。

3）優(yōu)化后的方案考慮水下作業(yè)：在最后一根樁中，地下水在孔內(nèi)的一半深度，采用人工開挖和護(hù)壁是施工技術(shù)難點(diǎn)。而機(jī)械化套管回轉(zhuǎn)鉆只是鉆孔，無(wú)影響，灌注采用水下灌注混凝土等常規(guī)工藝完成作業(yè)。

4）抗滑方樁有受力簡(jiǎn)單、抗滑力大的優(yōu)點(diǎn)。但圓樁通過(guò)合理配置鋼筋、適當(dāng)設(shè)置樁長(zhǎng)也能滿足受力要求，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。優(yōu)化后的圓樁和方樁抗滑效果相同。

8 總結(jié)

經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)營(yíng)，K182+820～K182+943段（癿藏梁隧道進(jìn)口）滑坡處治工程運(yùn)行良好。截止到目前，變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后的防護(hù)工程滿足設(shè)計(jì)要求，滑坡體穩(wěn)定，滑坡處治工程達(dá)到預(yù)期的效果。

根據(jù)在滑坡處治工程中采用施工設(shè)計(jì)一體化技術(shù)對(duì)關(guān)鍵工程抗滑樁的選用，收到了經(jīng)濟(jì)和進(jìn)度的效益，安全也得到保障，工程質(zhì)量達(dá)到最佳效果。大數(shù)據(jù)模型和高精度監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)的采用，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，將施工階段及運(yùn)營(yíng)階段中的各種問(wèn)題建成模型，防止了設(shè)計(jì)的脫節(jié)，也防止了施工的盲目。