洪俊展，廖立平

(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四零九隊(duì)，湖南 永州 425000)

抗滑樁支護(hù)是滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治的重要方法和步驟[1]，傳統(tǒng)大口徑抗滑樁在中深層以及非塑流性滑坡治理工程中應(yīng)用較為普遍[2]，傳統(tǒng)抗滑樁施工速度慢，成本高，對施工環(huán)境破壞大，難以滿足快速阻礙滑坡發(fā)展的要求[3]。小口徑組合抗滑樁由于其施工快捷、安全、經(jīng)濟(jì)性好，在滑坡?lián)岆U(xiǎn)應(yīng)急治理工程中有廣泛應(yīng)用[4]。目前，傳統(tǒng)抗滑樁滑坡治理設(shè)計(jì)方法較為成熟，工程應(yīng)用較多，但關(guān)于小口徑組合抗滑樁滑坡治理設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)相對較少[5]。伍永仟等[6]采用傳遞系數(shù)法分析邊坡穩(wěn)定性，采用理正巖土軟件計(jì)算邊坡的剩余下滑力，為同類工程設(shè)計(jì)提供了參考。胡國平等[7]基于平面剛架假設(shè)，對微型樁組合抗滑結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)，采用差分法對附加推力引起的前樁的變形和內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。張錄斌等[4]基于等效法將微型鋼管組合抗滑樁群與巖土體作為一個(gè)柔性抗滑擋墻，介紹了微型鋼管組合抗滑樁的一般設(shè)計(jì)步驟。胡時(shí)友等[8]通過不同樁距下三排微型樁加固碎石土滑坡室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了微型樁受力變形特性和滑坡推力傳遞規(guī)律。在上述研究成果的基礎(chǔ)上，開展了小口徑組合抗滑樁加固技術(shù)在某滑坡應(yīng)急治理工程的實(shí)際應(yīng)用，取得了一定的效果，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

1 工程概況

永州市冷水灘區(qū)某滑坡始發(fā)于2017年7月，連續(xù)暴雨導(dǎo)致坡面土體飽和沿巖土交界面發(fā)生滑坡。滑坡平面呈箕狀，滑坡后緣位于斜坡頂部分水嶺一帶；前緣剪出口位于坡體下部鼓脹裂縫或巖土交界面處，相對高差為26.0 m。主滑方向?yàn)?30°，整體坡度約為20°，滑坡長約75 m，寬約145 m，平均厚度約為8 m，滑坡面積1.09×104m2，體積8.72×104m3，規(guī)模為小型。該滑坡嚴(yán)重威脅下方居民200多戶約1 500人，潛在經(jīng)濟(jì)損失約5 000萬元?；路乐喂こ痰燃墳棰窦?。

1.1 滑體

組成滑體的巖土層自上而下主要可分為2層：第1層為卵石層，分布于滑體表層。卵石層厚度為0～8.6 m，呈黃色，密實(shí)度為中密，級配不良，顆粒形狀以圓形及亞圓形為主，粒徑20～160 mm，約占總質(zhì)量的58%，母巖成分主要為砂巖，黏性土填充。第2層為粉質(zhì)黏土層，廣泛分布于整個(gè)滑坡區(qū)域，厚度3.50～12.80 m，呈紫紅色，硬塑-可塑，含少量中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖碎石，含量為10%～15%，切面較光滑，稍有光澤，搖振反應(yīng)中等，干強(qiáng)度中等。其中卵石天然重度20.1 kN/m3，飽和重度22.0 kN/m3。粉質(zhì)黏土天然重度19.0 kN/m3，飽和重度19.3 kN/m3。

1.2 滑帶

滑帶為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖與粉質(zhì)黏土二者的交界面。其巖性表現(xiàn)為可塑的粉質(zhì)黏土，呈紫紅色，土體韌性較高，土體濕潤，含水量豐富，用手捻有滑膩感，易黏手，無搖振反應(yīng)。該層厚度一般在0.1～0.3 m，據(jù)鉆孔揭露，地下水在此層富集，故易沿層面產(chǎn)生滑動(dòng)。粉質(zhì)黏土的天然抗剪強(qiáng)度C=22.5 kPa，φ=8.5°；飽和抗剪強(qiáng)度C=19.0 kPa，φ=8.1°。

1.3 滑床

滑床為白堊系下統(tǒng)神皇山組(K1s)泥質(zhì)粉砂巖。巖層產(chǎn)狀為250°∠32°，強(qiáng)-中等風(fēng)化，呈紫紅色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，主要由鋁、鐵等硅酸鹽礦物成分組成，含白色云母碎片，強(qiáng)風(fēng)化層節(jié)理裂隙很發(fā)育，裂隙面多被黑色薄膜包裹，斷口凹凸不平，中等風(fēng)化層節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖芯多呈柱狀，巖質(zhì)軟-極軟。

1.4 地下水

根據(jù)地下水賦存條件及含水巖組特征，區(qū)內(nèi)地下水類型劃分為第四系松散巖類孔隙水和紅層基巖裂隙水。其穩(wěn)定水位深一般3.8～17.5 m，位于泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)風(fēng)化和粉質(zhì)黏土界面附近，即滑坡滑帶附近。地下水不斷使得泥質(zhì)粉砂巖發(fā)生軟化、泥化，故易形成軟弱層，即滑帶。地下水位埋深受地形地貌及降雨影響，穩(wěn)定水位變化較大，坡頂水位埋藏較深，坡腳較淺。

1.5 地質(zhì)構(gòu)造與地震

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析和實(shí)地調(diào)查，滑坡區(qū)內(nèi)褶皺不明顯，總體上為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀250°∠32°。斷裂構(gòu)造較發(fā)育，對邊坡巖土體的完整性有一定的影響。

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)，勘查區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，屬弱震區(qū)，工程設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 滑坡形成機(jī)制分析

根據(jù)滑坡形成的條件、影響因素，結(jié)合滑坡變形特征分析，該滑坡是自然狀態(tài)下，多種因素綜合作用形成。

1)滑坡物質(zhì)的形成：勘查區(qū)在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，地表緩慢抬升、溪河下切，形成了長且寬的山坡，河流洪沖積水作用形成的卵石層堆積于山坡表面，構(gòu)成滑體物質(zhì)的一部分；同時(shí)，由于構(gòu)成山體的巖性為紅層，在山頂易風(fēng)化剝蝕，風(fēng)化物堆積在坡面平緩地帶，構(gòu)成了滑坡物質(zhì)的主體。

2)滑帶的形成：在長期大氣降水的滲透與地下水浸潤作用下，巖石軟化，加速風(fēng)化，土體飽水、松軟，受下伏基巖粉砂巖的阻水作用，地下水在巖土交界面處富集，黏粒在基巖面上相對積聚，形成相對隔水層；雨水下滲后，在該土層上積聚，致使地下水位抬升，而泥質(zhì)粉砂巖遇水極易發(fā)生軟化、泥化，故在二者交界面處形成軟弱層，即滑帶，為滑坡提供了潤滑作用。

3)剪出口的形成：居民在斜坡前緣建房切坡，使得坡體前緣出現(xiàn)臨空面；加之連續(xù)大氣降雨或突降暴雨增大了坡體孔隙水壓力與坡體重度，地下水浮托力增加，滑帶土抗剪強(qiáng)度降低，使斜坡沿巖土體內(nèi)軟弱層(滑帶)發(fā)生變形滑動(dòng)。

2.2 滑坡破壞模式分析

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和綜合分析收集資料，滑坡屬于重力推移式滑坡。結(jié)合滑坡發(fā)展過程和現(xiàn)場調(diào)查，滑坡體后緣裂縫切割角度大，前緣裂縫具剪出特征，坡下地表變形微弱，滑坡正處于蠕動(dòng)變形階段，屬于重力推移式滑坡。

3 工程加固設(shè)計(jì)與治理

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

3.1.1 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)反演分析

滑帶巖土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的反算法目前應(yīng)用廣泛，根據(jù)滑坡實(shí)際穩(wěn)定狀態(tài)提前假設(shè)穩(wěn)定系數(shù)及滑面、荷載等條件，反算滑面的巖土抗剪強(qiáng)度參數(shù)[9]。滑坡反演分析依據(jù)的原理是，當(dāng)荷載條件和滑面抗剪強(qiáng)度參數(shù)與滑坡的實(shí)際情況一致時(shí)，相對應(yīng)的最危險(xiǎn)滑面，與滑坡的實(shí)際滑面一致?；婵辜魪?qiáng)度指標(biāo)反算的是整個(gè)滑面的抗剪強(qiáng)度平均值，雖不是某種具體強(qiáng)度指標(biāo)(如天然強(qiáng)度、飽和強(qiáng)度、峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度)，但可以作抗剪強(qiáng)度指標(biāo)校驗(yàn)之用。

影響滑坡穩(wěn)定的巖土體物理力學(xué)參數(shù)主要指標(biāo)為滑體(帶)土的容重和抗剪強(qiáng)度?；w容重的確定主要根據(jù)土工試驗(yàn)，其取值相對較準(zhǔn)確。因設(shè)計(jì)工況滑體位于地下水位以上，滑體重度取天然重度進(jìn)行計(jì)算?；瑒?dòng)面C、φ值的取值需要根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)、原位測試、敏感性分析、反演分析、工程類比及參考地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合確定，綜合取值見表1。

表1 滑坡區(qū)巖土體物理力學(xué)參數(shù)推薦值表

3.1.2 滑坡推力計(jì)算

受籌措資金和工期的限制，本滑坡應(yīng)急治理設(shè)計(jì)主要考慮采用小口徑組合抗滑樁進(jìn)行應(yīng)急處置[1]。擬采用小口徑組合抗滑樁的滑坡加固形式，設(shè)在滑坡體中前部，工程設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 滑坡工程設(shè)計(jì)剖面

小口徑組合抗滑樁設(shè)計(jì)前先對樁后滑體推力和樁前滑體抗力進(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)，取樁前抗滑力和樁前被動(dòng)土壓力中的較小值作為樁前滑體抗力，取樁后剩余下滑力和樁后主動(dòng)土壓力中的較大值作為樁后滑體推力，考慮滑坡安全系數(shù)K=1.2、K=1.3進(jìn)行推力計(jì)算。

滑坡穩(wěn)定性及滑坡推力計(jì)算方法采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，參考《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)，采用隱式解。計(jì)算公式如下(具體參數(shù)含義同規(guī)范)：

Pn=0

(1)

Pi=Pi-1φi-1+Ti-Ri/Fs

(2)

φi-1=cos(θi-1-θi)-sin(θi-1-θi)tanφi/Fs

(3)

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Qicosθi

(4)

Ri=cili+[(Gi+Gbi)cosθi-Qisinθi-Ui]tanφi

(5)

滑坡推力計(jì)算剖面見圖2，共劃分條塊13個(gè)，擬設(shè)小口徑組合抗滑樁群位于第11塊條塊。

圖2 基本荷載工況滑坡計(jì)算剖面

取C=22.5 kPa，φ=8.5°，K=1.2，得到計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 K=1.2時(shí)滑坡推力計(jì)算結(jié)果

基本荷載工況下，取C=22.5 kPa，φ=8.5°，K=1.3，得到計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 K=1.3時(shí)滑坡推力計(jì)算結(jié)果

由表(2)～(3)可知，K=1.2時(shí)，滑坡推力為288.41 kN，擬支擋位置滑坡推力為1 022.49 kN，擬支擋位置樁前抗滑力為569.52 kN；K=1.3時(shí)，滑坡推力為523.64 kN，擬支擋位置滑坡推力為1 232.14 kN，擬支擋位置樁前抗滑力為569.52 kN。

通過理正巖土軟件計(jì)算求得樁前樁后土壓力[6]。不同安全系數(shù)條件下，計(jì)算得到的滑坡推力和樁前抗力，結(jié)果見表4。

表4 滑坡推力和樁前抗力計(jì)算結(jié)果

經(jīng)驗(yàn)算，處置后安全系數(shù)達(dá)到1.2時(shí)，需要的抗滑樁群抗滑力約為360 kN；處置后安全系數(shù)達(dá)到1.3時(shí)，需要的抗滑樁群抗滑力約為710 kN。

3.2 小口徑組合抗滑樁設(shè)計(jì)

根據(jù)《滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 38509—2020)附錄F提供的小口徑組合抗滑樁計(jì)算公式，分別對小口徑組合抗滑樁進(jìn)行沿滑面抗剪驗(yàn)算、結(jié)構(gòu)抗力驗(yàn)算計(jì)算(具體參數(shù)含義同規(guī)范)。在擬布置小口徑組合抗滑樁位置設(shè)置三排樁，采用Q235無縫鋼管，C30細(xì)石混凝土灌注，樁距1 000 mm，樁徑200 mm，梅花形布置，樁長進(jìn)入中風(fēng)化砂巖不小于5 m。

3.2.1 沿滑面抗剪驗(yàn)算

P≤Rfa

(6)

Rfa=nτfa

(7)

τfa=βa[τ]As

(8)

經(jīng)驗(yàn)算，處置后安全系數(shù)達(dá)到1.2時(shí)，需滿足As≥2 029.60 mm2；處置后安全系數(shù)達(dá)到1.3時(shí)，需滿足As≥4 002.82 mm2?？紤]項(xiàng)目資金和工期限制，選擇安全系數(shù)1.2進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗力驗(yàn)算。

3.2.2 結(jié)構(gòu)抗力驗(yàn)算

擬采用外徑114 mm，壁厚6 mm的鋼管，計(jì)算基準(zhǔn)面至樁頂?shù)木嚯xL=12 m。此時(shí)，As=2 034.72 mm2>2 029.60 mm2，滿足沿滑面抗剪驗(yàn)算要求。抗力驗(yàn)算如下：

Kp=tan2(45°+13.43°/2)=1.605

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

Rt=413.4 kN>360 kN，滿足結(jié)構(gòu)抗力要求。

3.3 小口徑組合抗滑樁施工

綜合成本及工期等方面因素，本治理工程在滑坡中前部共布置了314根樁直徑200 mm的小口徑組合抗滑樁，樁長17～30 m。受力筋采用外徑114 mm，壁厚6 mm的Q235無縫鋼管。樁體采用C30細(xì)石混凝土灌注，細(xì)石混凝土骨料粒徑5～10 mm。樁頂通過鋼筋混凝土聯(lián)系梁連接成整體，從而提高承載力和抗剪力。經(jīng)鉆孔、鋼管制安、灌注混泥土和澆筑聯(lián)系梁等工序最終完成施工。

3.4 滑坡應(yīng)急治理效果

滑坡應(yīng)急治理完成后，在滑坡體上布置了專業(yè)監(jiān)測點(diǎn)對滑坡進(jìn)行監(jiān)測。在對滑坡進(jìn)行應(yīng)急治理后，本滑坡各監(jiān)測點(diǎn)在2017年7月3日至2019年3月17日期間的綜合位移情況見圖3。除監(jiān)測點(diǎn)X01因設(shè)備天線被人破壞，設(shè)備傾倒導(dǎo)致數(shù)據(jù)有比較大的變化以外，滑坡趨于穩(wěn)定。通過本方法設(shè)計(jì)的小口徑組合抗滑樁，可以較好地運(yùn)用于實(shí)際工程，加固效果較好。

圖3 滑坡監(jiān)測點(diǎn)綜合位移曲線

4 結(jié) 論

1)永州市冷水灘區(qū)某滑坡應(yīng)急治理工程，采用了小口徑組合抗滑樁加固技術(shù)。通過反演分析確定了滑帶巖土體物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，通過軟件計(jì)算得到了不同安全系數(shù)下滑坡推力，并進(jìn)行沿滑面抗剪以及結(jié)構(gòu)抗力驗(yàn)算。

2)綜合時(shí)效性、安全性和成本等因素，本滑坡應(yīng)急處置后安全系數(shù)達(dá)到1.2，雖未完全滿足規(guī)范要求的安全儲(chǔ)備，但對阻礙滑坡的發(fā)展起到了明顯的效果，建議后期進(jìn)行綜合治理，徹底消除滑坡隱患。

3)滑坡治理工程實(shí)際應(yīng)用效果表明，小口徑組合抗滑樁達(dá)到了預(yù)期的效果，結(jié)合截排水工程應(yīng)急治理后，滑坡裂縫變形得到了有效制止，監(jiān)測數(shù)據(jù)也表明滑坡趨于穩(wěn)定。