張 瑢，張耀庭，陳艷瑋

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州730030）

0 引言

微型鋼管樁因具有施工方便、快速，在邊坡支護(hù)、基坑支撐等領(lǐng)域已大量推廣使用，但因其容易因腐蝕失效，很少用于永久性支護(hù)工程。十堰至天水國(guó)家高速公路甘肅段徽縣（大石碑）至天水公路2017年5月項(xiàng)目通車后，K643+440～485段出現(xiàn)路基滑塌病害，為快速搶修保暢，設(shè)計(jì)了改進(jìn)組合型微型鋼管樁基礎(chǔ)擋土墻設(shè)計(jì)，利用微型鋼管樁的快速高效，并通過(guò)注漿在樁管內(nèi)外形成保護(hù)層，使其具有足夠的耐久性，與樁頂承臺(tái)梁結(jié)合作為擋土墻樁基礎(chǔ)，提供足夠的豎向和橫向承載力，達(dá)到永臨結(jié)合、快速高效的搶險(xiǎn)救災(zāi)。

1 概況

十堰至天水國(guó)家高速公路甘肅段徽縣（大石碑）至天水公路是“國(guó)家高速公路網(wǎng)”福州至銀川國(guó)家高速公路的橫向聯(lián)絡(luò)線的重要組成路段，項(xiàng)目位于陜、甘交界處，是甘肅與陜西、四川經(jīng)濟(jì)交流與合作的主要紐帶和橋梁，也是甘肅省一條重要的東南出口公路，在天水與連霍國(guó)家高速公路相連，在隴南通過(guò)平?jīng)鲋廖涠几咚俟放c蘭州至海口國(guó)家高速公路相接，組成區(qū)域網(wǎng)格狀高速公路網(wǎng)，具有重要政治、經(jīng)濟(jì)和國(guó)防意義。項(xiàng)目穿過(guò)橫嶺山路段，由于地下水位高，地基土體強(qiáng)度低等原因，在2016年項(xiàng)目通車后，多處出現(xiàn)路基滑塌、沉降、裂縫等病害現(xiàn)象（見(jiàn)圖1）。

圖1 路基病害現(xiàn)場(chǎng)照片

2017年8月，十天高速公路K643+440～485段路基左側(cè)路面在連續(xù)強(qiáng)降雨后發(fā)生滑塌，形成高差1.4 m的錯(cuò)臺(tái)，坡腳擋土墻完全破損，坡腳排水溝因擠壓出現(xiàn)斷裂、扭曲等變形。

2 地質(zhì)情況及病害原因分析

2.1 原設(shè)計(jì)情況

十天高速公路徽縣（大石碑）至天水段路基設(shè)計(jì)寬度為24.5 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km/h。K643+440～485段路基左側(cè)邊坡高10～13 m，右側(cè)邊坡填方高度為0～1 m，路基填土為含礫粉質(zhì)黏土。路基邊坡坡率為路肩向下8 m范圍內(nèi)為1∶1.5，8 m以下到13處為1∶1.75，坡面采用預(yù)制塊鋪砌孔窗式護(hù)坡防護(hù)。

2.2 地質(zhì)情況

十天高速公路K643+440～485段布設(shè)于隴南市西和縣縣城向南約10 km的橫嶺山西側(cè)山坡上，經(jīng)查閱項(xiàng)目原設(shè)計(jì)地勘資料，地基0～8 m為上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土，黃褐色，硬塑—可塑狀，土質(zhì)松散不均，含砂及礫石顆粒；8～15 m為黃土狀粉質(zhì)粘土，黃褐色，軟塑，土質(zhì)不均勻。15～18 m為礫砂層與角礫層。地質(zhì)斷面見(jiàn)圖2。

圖2 地質(zhì)橫斷面

2.3 滑塌原因分析

原地基地形較陡，地表橫坡接近1∶2.5，路基填土加載于原地表后，地表土體受到一定的剪應(yīng)力，在土體干燥狀態(tài)下，剪應(yīng)力并未達(dá)到土體的抗剪強(qiáng)度，隨著持續(xù)降雨，地下水位上升致使地基土體飽和，土體抗剪強(qiáng)度下降，受力逐漸達(dá)到或超過(guò)土體極限強(qiáng)度。路基填土因持續(xù)降雨飽和導(dǎo)致重度增大，兩因素導(dǎo)致路基出現(xiàn)滑裂，雨水灌入裂隙帶促使土體進(jìn)一步飽和、軟化，最終導(dǎo)致路基滑塌破壞。

3 處治方案設(shè)計(jì)

3.1 方案研究

由于路基滑塌致使路面整體下沉，坡面防護(hù)構(gòu)造物變形、開(kāi)裂至完全破壞，路堤土體完全剪切破壞，為重塑土體強(qiáng)度，須挖除滑塌土體重新回填夯實(shí)，并完善地下截排水設(shè)施。

可行的支擋處治的方法主要有樁板墻、錨桿擋墻、樁基擋墻等，樁板墻造價(jià)高且施工周期較長(zhǎng)，錨桿擋墻需要將錨桿錨固在巖石、堅(jiān)硬土等巖土層中，以滿足穩(wěn)定需要，因此本項(xiàng)目采用樁基擋土墻進(jìn)行支擋防護(hù)，考慮到搶險(xiǎn)救災(zāi)項(xiàng)目永臨結(jié)合、施工快速便捷的需要，擋土墻基礎(chǔ)采用了微型鋼管樁設(shè)計(jì)[1-4]。擋土墻采用漿砌片石砌筑。

3.2 設(shè)計(jì)

微型鋼管樁施工工藝主要有打入法和鉆孔貫入法，考慮到搶險(xiǎn)救災(zāi)工程永臨結(jié)合的需要，設(shè)計(jì)中為避免鋼管樁在豎向壓力和水平向推力作用下快速銹蝕，引發(fā)路基病害的情況出現(xiàn)，須防止鋼管樁打入過(guò)程中局部防銹涂料因?yàn)槟Σ炼茡p。因此本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了鉆孔貫入式打眼鋼管樁，打入后注漿，使?jié){液完全包裹鋼管內(nèi)外壁，為確保管壁外混凝土保護(hù)層厚度不小于3 cm的要求，微型管樁施工鉆孔孔徑應(yīng)比貫入鋼管外徑大6～10 cm。

根據(jù)受力分析和項(xiàng)目區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了鉆孔打入鋼管并注漿形成組合微型鋼管樁，在樁頂澆筑1.0 m厚鋼筋混凝土承臺(tái)梁（見(jiàn)圖3），使組合微型鋼管樁形成群樁基礎(chǔ)共同受力的擋墻基礎(chǔ)方案。改進(jìn)組合型微型鋼管樁鉆孔不小于30 cm，鋼管外徑設(shè)計(jì)為20 cm，管壁厚度不小于6 mm。同時(shí)在鋼管樁內(nèi)等邊三角形式布設(shè)三根鋼筋（見(jiàn)圖4），提高鋼管樁的橫向支撐力和耐久性。群樁頂部擋土墻設(shè)計(jì)高度為3.5-5.5 m，頂寬1.5～2.0 m。擋土墻采用漿砌片石砌筑。

圖3 微型鋼管樁與承臺(tái)梁連接圖（單位：cm）

圖4 微型鋼管樁斷面設(shè)計(jì)圖

根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)，組合微型鋼管樁，豎向承載力按摩擦樁設(shè)計(jì)。為避免擋土墻變形引起路基、路面再次開(kāi)裂，依據(jù)樁基規(guī)范，組合微型鋼管樁水平向承載力計(jì)算時(shí)變形按10 mm控制。將鋼管與管內(nèi)三角形布置鋼筋等代換算為配筋，每根樁綜合配筋率均大于0.65%。

（1）單樁豎向向承載力

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值；U為單樁截面周長(zhǎng)；qsik為各土層樁側(cè)極限側(cè)阻力；li為各土層樁長(zhǎng)；psk為樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap為樁端面積。

（2）項(xiàng)目區(qū)抗震烈度為7度，考慮承載效應(yīng)后，基樁豎向承載力為：

式中：R為考慮承臺(tái)效應(yīng)后復(fù)合基樁豎向承載力特征值；ζa為地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)；ηc為承臺(tái)效應(yīng)系數(shù)；fak為承臺(tái)下1/2承臺(tái)寬度且不超過(guò)5 m深度范圍內(nèi)各層土的地基承載力特征值加權(quán)平均值；AC為計(jì)算基樁對(duì)應(yīng)承臺(tái)底凈面積。

（3）單樁水平向承載力計(jì)算

式中：Rha為單樁水平承載力特征值；α為樁的水平變形系數(shù)；EI為樁身抗彎剛度，EI=0.85EcI0；Ec為混凝土彈性模量，I0為樁身?yè)Q算截面慣性矩：I0=W0d0/2，W0為樁身?yè)Q算截面受拉邊緣的截面模量，d0為扣除保護(hù)層厚度的樁直徑；X0a為樁頂允許水平位移；vx為樁頂水平位移系數(shù)。

（4）群樁水平向承載力計(jì)算

式中：Ra為考慮群樁效應(yīng)后，基樁水平承載力特征值；ηh為群樁效應(yīng)綜合系數(shù)。

根據(jù)擋土墻水平向和豎向承載力計(jì)算，組合微型鋼管樁設(shè)計(jì)為5排，排間距為1 m，基樁縱向間距設(shè)計(jì)為1 m。由于項(xiàng)目區(qū)地下水位高，為防止路基填土底部與擋土墻墻背積水，墻背地表處設(shè)置縱向滲溝，路基填土基底鋪筑50 cm砂礫層與橫向滲溝。路基滑塌處治斷面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5。

圖5 災(zāi)害處治橫斷面設(shè)計(jì)圖

3.3 變形觀測(cè)

該搶險(xiǎn)救災(zāi)工程施工完成已運(yùn)營(yíng)兩年，根據(jù)運(yùn)營(yíng)期間觀測(cè)，擋土墻與路基沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變形跡象，路面沒(méi)有出現(xiàn)沉降或裂縫痕跡，出露于擋土墻墻面的滲溝管常年有滲水流出，滲水無(wú)攜帶泥沙現(xiàn)象。滿足了永臨結(jié)合處治路基滑塌災(zāi)害的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

微型鋼管樁作為結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，逐漸得到推廣和應(yīng)用，但鋼管在打入具有腐蝕性的土層后，須特別重視其耐久性，本項(xiàng)目通過(guò)探索在樁管內(nèi)外注漿，管內(nèi)增設(shè)鋼筋的措施，提高了其耐久性和承載力，滿足了豎向和水平向變形設(shè)計(jì)，為其上部受復(fù)雜作用力的擋土墻提供了足夠的支撐力。根據(jù)設(shè)計(jì)、觀測(cè)和研究，改進(jìn)組合型微型鋼管樁在公路邊坡?lián)岆U(xiǎn)救災(zāi)方面具有良好的效果。