葉安萍

(貴州省交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局， 貴州 貴陽 550000)

為保證邊坡的穩(wěn)定，常采用擋土墻、錨桿、錨索、抗滑樁等方法進(jìn)行加固處治，其中抗滑樁以其便于施工、擾動(dòng)小、支撐強(qiáng)度高和效果顯著等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于大型巖土體邊坡處治。針對(duì)抗滑樁受力特性及對(duì)邊坡的處治效果，文獻(xiàn)[1]建立土體平衡方程和微分方程，計(jì)算抗滑樁樁間擋板土壓力，為抗滑樁樁間擋板設(shè)計(jì)提供依據(jù)；文獻(xiàn)[2]采用FLAC3D軟件建立抗滑樁支護(hù)邊坡模型，分析發(fā)現(xiàn)抗滑樁在向坡頂方向移動(dòng)時(shí)，樁身內(nèi)力和撓度均出現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，最大值出現(xiàn)在邊坡中下部的同一位置；文獻(xiàn)[3]基于Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則簡化摩阻力分布形式并建立懸臂式抗滑樁樁間距計(jì)算公式，研究發(fā)現(xiàn)滑坡土體黏聚力、內(nèi)摩擦角和樁截面寬度為影響樁間距的主要因素；文獻(xiàn)[4]提出雙排樁支護(hù)加固高陡邊坡方案，并通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)控分析了其加固效果。針對(duì)隧道開挖與抗滑樁加固邊坡的相互作用，文獻(xiàn)[5]采用有限元強(qiáng)度折減法，研究了隧道出口處滑動(dòng)面與抗滑樁間距的關(guān)系；文獻(xiàn)[7]通過現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬，研究了堆積體邊坡隨隧道開挖過程的變形響應(yīng)特征，揭示了隧道開挖過程中圍巖和邊坡的失穩(wěn)模式，并探討了預(yù)加固工程對(duì)隧道滑坡體系的作用。雖然部分文獻(xiàn)研究了隧道開挖擾動(dòng)對(duì)抗滑樁加固邊坡的影響，但對(duì)抗滑樁處治后邊坡受隧道開挖擾動(dòng)影響而失效的分析較少。該文針對(duì)隧道施工誘發(fā)側(cè)方邊坡抗滑樁失效的典型工程案例，分析邊坡滑動(dòng)特性，結(jié)合監(jiān)測結(jié)果探討抗滑樁失效原因，研究抗滑樁加固措施和邊坡優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1 工程概況

貴州某高速公路隧道進(jìn)口端靠近房屋，附近地面為不穩(wěn)定土體，其淺部覆蓋層為粉質(zhì)黏土局部夾碎石，深部為強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)頁巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，力學(xué)性能較差。根據(jù)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，采用抗滑樁對(duì)隧道進(jìn)口端邊坡進(jìn)行加固處治，確保隧道開挖與運(yùn)營安全。

采用2 m×1.75 m長方形抗滑樁，樁長20 m，方樁中心距5 m。在明洞開挖完成、暗洞進(jìn)洞前，在隧道明暗分界處仰坡面平行布置一排12根抗滑樁，其中開挖面以內(nèi)的抗滑樁錨固端為10 m，懸臂端為10 m。

抗滑樁施工完成，經(jīng)樁身完整性檢測合格后，進(jìn)行下方隧道左側(cè)洞口施工。隧道施工中，為擴(kuò)大開挖工作面，對(duì)邊坡進(jìn)行再次擴(kuò)挖，導(dǎo)致超挖情況，隨后坡體上方房屋出現(xiàn)大面積開裂(見圖1)。為評(píng)價(jià)坡體變形對(duì)抗滑樁的影響程度，再次對(duì)隧道上方抗滑樁樁身完整性進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示7#抗滑樁由原來的Ⅱ類樁變?yōu)棰箢悩叮溆鄻稛o明顯缺陷或異常特征。邊坡整體穩(wěn)定性情況不明，隧道施工存在較高風(fēng)險(xiǎn)，于是停止施工。

圖1 上部房屋大范圍開裂

雖然前期按照相關(guān)規(guī)范、規(guī)程對(duì)邊坡進(jìn)行了加固，且抗滑樁初次檢測結(jié)果滿足使用要求，但由于缺乏隧道施工對(duì)加固處治邊坡變形規(guī)律的相關(guān)研究成果，邊坡處治設(shè)計(jì)時(shí)無法有效考慮隧道施工等因素對(duì)邊坡變形的影響及受荷變化。為獲得隧道開挖對(duì)坡體與抗滑樁變形的影響，對(duì)邊坡坡體與抗滑樁進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，通過計(jì)算分析提出加固處理措施。

2 現(xiàn)場監(jiān)測與分析

邊坡受到擾動(dòng)后，其表面和深部都會(huì)產(chǎn)生變形，主要表現(xiàn)為坡體地表位移、深部位移、地表裂縫等，嚴(yán)重的會(huì)形成滑動(dòng)面。根據(jù)設(shè)計(jì)、施工、檢測各方資料及現(xiàn)場施工情況，主要對(duì)邊坡抗滑樁樁頂位移、深層位移和樁身裂縫進(jìn)行監(jiān)測，并輔以人工巡視。

2.1 抗滑樁樁頂位移監(jiān)測

在隧道上方1#～12#抗滑樁樁頂分別布置位移監(jiān)測點(diǎn)，采用全站儀和棱鏡對(duì)樁頂位移進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻率為1次/d(可根據(jù)實(shí)際變形情況進(jìn)行調(diào)整)。

2.2 抗滑樁深層位移監(jiān)測

為明確7#抗滑樁樁身破壞是由坡體沿巖土分界面滑動(dòng)所產(chǎn)生滑推力所引起，還是深部基巖滑動(dòng)導(dǎo)致的變形破壞，在抗滑樁周圍埋設(shè)測斜管進(jìn)行深層位移監(jiān)控。受現(xiàn)場條件限制，在7#抗滑樁左右兩側(cè)偏向坡頂方向約4 m處各布置1根長20 m的測斜管，靠近6#抗滑樁的測斜管為CX1，靠近8#抗滑樁的測斜管為CX2(見圖2)，采用CX-3C型測斜儀對(duì)邊坡深層水平位移進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻率為1次/d(可根據(jù)實(shí)際變形情況進(jìn)行調(diào)整)。

圖2 抗滑樁及測斜管剖面位置示意圖

2.3 樁身后緣裂縫監(jiān)測

由于6#、7#抗滑樁樁身后側(cè)土體出現(xiàn)大量裂縫，為獲得裂縫后續(xù)變形情況，以便分析抗滑樁受力變形情況及坡體變形穩(wěn)定性，選取3條具有代表性的裂縫(按6#～8#樁的方向依次將裂縫編號(hào)為1～3)，采用鋼卷尺對(duì)裂縫寬度進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻率為1次/d(可根據(jù)實(shí)際變形情況進(jìn)行調(diào)整)。若裂縫寬度突然連續(xù)增大或外側(cè)巖土體出現(xiàn)顯著垂直位移，則說明邊坡變形過大，甚至失穩(wěn)。

3 抗滑樁變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 抗滑樁樁頂位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

抗滑樁樁頂位移監(jiān)測于5月27日開始進(jìn)行。為確保工程的整體安全，隧道停止施工，故可忽略隧道施工對(duì)坡體穩(wěn)定造成的持續(xù)影響。監(jiān)控期間抗滑樁背離隧道方向的累計(jì)位移不斷增大，各樁樁頂水平位移監(jiān)測結(jié)果見圖3。從圖3可以看出：截至7月28日，樁頂累計(jì)位移最大的3根抗滑樁分別為6#、7#、8#樁，累計(jì)位移分別為25.1 mm、37.4 mm、19.9 mm，位移速率分別為0.41 mm/d、0.59 mm/d、0.32 mm/d，且6#、7#樁樁頂累計(jì)水平位移仍有不斷變大的趨勢(shì)，其余各樁樁頂累計(jì)水平位移發(fā)展趨勢(shì)趨于平緩。

圖3 1#～12#樁樁頂水平位移

受隧道開挖施工擾動(dòng)的影響，盡管施工停止了，但坡體仍持續(xù)變形了2個(gè)月才趨于穩(wěn)定，且局部位置(6#、7#樁區(qū)域)的變形仍有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。

3.2 深層位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

6#、7#和8#抗滑樁之間坡體深層位移監(jiān)測結(jié)果見圖4。由圖4可知：1) 1#、2#測試孔的深層位移曲線呈折線狀，在深度10 m左右位置出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折，位移隨深度增加逐漸減小。結(jié)合測斜管埋置深度及周圍地質(zhì)情況，深度10 m左右位置為覆蓋層與巖層交界面。0～10 m深度處曲線連續(xù)性較好，表明覆蓋層與巖體發(fā)生整體移動(dòng)，其主要破壞模式為剪切面出現(xiàn)滑動(dòng)，主要原因是覆蓋層與巖體在外界擾動(dòng)影響下發(fā)生相對(duì)位移；10～20 m深度處曲線基本重合，說明邊坡基巖暫未發(fā)生較大滑移，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。2) 深度10 m以上位置，1#、2#測孔的最大水平位移分別為29.74 mm、26.02 mm，位移變化速率分別為0.51 mm/d、0.45 mm/d。監(jiān)測結(jié)果表明覆蓋層與基巖層仍存在相對(duì)位移，邊坡將沿覆蓋層與基巖的交界面出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)或滑動(dòng)，從而形成潛在滑動(dòng)面。

圖4 深層水平位移

3.3 樁身后緣裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3條代表性裂縫寬度的增長量見圖5。由圖5可知：截至7月28日，1#、2#、3#裂縫寬度增長量分別為22 mm、31 mm、21 mm，增長速率分別為0.34 mm/d、0.48 mm/d、0.32 mm/d；而且裂縫寬度還在不斷發(fā)展，說明邊坡土體還在發(fā)生變形，應(yīng)持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。為保證后續(xù)邊坡穩(wěn)定及隧道安全施工，需對(duì)邊坡進(jìn)行加固處治。

圖5 抗滑樁樁身后緣典型裂縫寬度變化量

3.4 抗滑樁失效原因分析

根據(jù)第三方檢測報(bào)告，第一次檢測時(shí)，7#抗滑樁1-2、1-3剖面在樁頂以下11.80～12.40 m處和2-4剖面在樁頂以下17.30～17.80 m處聲速、波幅低于臨界值，綜合判定為Ⅱ類樁；第二次檢測時(shí)，7#抗滑樁1-2剖面在樁頂以下11.00～12.00 m處、1-3剖面在樁頂以下11.00～12.30 m和16.90～17.80 m處、1-4剖面在樁頂以下11.00～13.30 m處、2-3剖面在樁頂以下11.00～13.80 m和17.00～18.10 m處、2-4剖面在樁頂以下11.20～13.00 m和17.00～17.80 m處聲速、波幅均低于臨界值，波形畸變，綜合判定為Ⅲ類樁。對(duì)比2次檢測結(jié)果，第一次檢測時(shí)存在缺陷的1-2、1-3剖面在第二次檢測時(shí)出現(xiàn)了進(jìn)一步擴(kuò)大的情況，且出現(xiàn)了新的缺陷面。聲測孔剖面位置見圖6。

圖6 樁身完整性檢測聲測孔布置(單位：m)

綜合分析，坡體滑動(dòng)的主要原因?yàn)椋?) 5月長時(shí)間降雨，導(dǎo)致土體強(qiáng)度下降；2) 下部隧道施工時(shí)擴(kuò)大的工作面開挖到坡腳，導(dǎo)致坡體內(nèi)發(fā)生應(yīng)力重分布，坡體變形逐漸增大。通過理正軟件進(jìn)行模擬分析，得邊坡的穩(wěn)定性下降30%左右，同時(shí)導(dǎo)致抗滑樁上荷載增加，所有樁體在坡體變形推力作用下均出現(xiàn)相對(duì)位移，其中7#抗滑樁缺陷部位由于推剪作用而不斷變大，受剪面不斷變小，導(dǎo)致7#抗滑樁變成Ⅲ類樁，進(jìn)而失效。

4 加固措施及分析

監(jiān)測結(jié)果表明，邊坡巖土交界面存在滑動(dòng)跡象，為保證坡體穩(wěn)定及后續(xù)隧道安全施工，提出如下坡體補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方案：加固7#抗滑樁，同時(shí)在偏向坡頂方向增設(shè)4根抗滑樁。

4.1 加固7#抗滑樁

7#抗滑樁被評(píng)定為Ⅲ類樁，已達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)，為保證后續(xù)抗滑樁施工安全，先對(duì)7#樁進(jìn)行加固處理：1) 在7#樁體周圍鉆φ110 mm孔進(jìn)行注漿?？紤]到7#樁的主要缺陷位置在樁頂以下11～13.5 m、16.5～18.5 m處，注漿范圍取18.5 m并向下延伸5 m(見圖7)。注漿材料采用C40水泥漿，采用高壓注漿形式，一根樁連續(xù)澆筑，避免形成施工縫。2) 采用φ110 mm鉆機(jī)在樁體靠近靠山側(cè)鉆3列補(bǔ)強(qiáng)孔，每列鉆3個(gè)補(bǔ)強(qiáng)孔，每列補(bǔ)強(qiáng)孔內(nèi)插入20#A工字鋼，其尺寸見圖8，工字鋼深入缺陷并延伸至3 m以上。補(bǔ)強(qiáng)孔、注漿孔的具體位置可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際位置確定。

圖7 注漿孔與補(bǔ)強(qiáng)孔在樁截面中布置示意圖(單位：cm)

圖8 補(bǔ)強(qiáng)孔布置示意圖(單位：cm)

為評(píng)價(jià)補(bǔ)強(qiáng)處治后7#抗滑樁的穩(wěn)定性，采用理正巖土軟件進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示7#抗滑樁所在區(qū)域的不穩(wěn)定土體下滑力為600.12 kN，采用該下滑力作為抗滑樁內(nèi)力的計(jì)算荷載。7#抗滑樁原設(shè)計(jì)靠山側(cè)受彎鋼筋采用2排3束φ28 mm鋼筋，經(jīng)計(jì)算，采用工字鋼補(bǔ)強(qiáng)后，7#抗滑樁抗彎承載力增加6 065.175 kN·m，抗彎承載力相對(duì)于原設(shè)計(jì)方案增加45%。

4.2 增設(shè)抗滑樁

根據(jù)第一排樁布置及計(jì)算分析結(jié)果，在距離第一排樁偏向坡頂方向5 m處增設(shè)4根抗滑方樁，樁寬1.75 m，樁長2.0 m。考慮到隧道進(jìn)口端圍巖為可塑狀粉質(zhì)黏土局部夾碎石和隧道進(jìn)口施工造成的坡體擾動(dòng)，方樁中心間距取5 m，與第一排樁呈品字形布置。根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，原邊坡加固處治設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的邊坡整體安全系數(shù)為1.2，采取加固措施(7#樁補(bǔ)強(qiáng)+4根抗滑樁)后，邊坡整體安全系數(shù)相比于原設(shè)計(jì)方案提高36%，為工程安全提供了保障；抗滑樁位移速率小于0.2 mm/d，加固效果良好，可繼續(xù)進(jìn)行隧道施工。

5 結(jié)論

(1) 隧道開挖施工可能導(dǎo)致坡體沿巖土交界面產(chǎn)生滑動(dòng)變形，但深層巖體穩(wěn)定性較好。

(2) 導(dǎo)致7#抗滑樁破壞的主要原因是隧道施工存在缺陷，坡體沿巖土體交界面出現(xiàn)滑動(dòng)，所受滑坡推力增大，在推剪作用下逐漸發(fā)生破壞，變成Ⅲ類樁。

(3) 采用工字鋼和注漿方式對(duì)7#抗滑樁進(jìn)行加固，加固后抗彎承載力相對(duì)于原設(shè)計(jì)方案增加45%；在偏向坡頂方向增設(shè)4根抗滑樁后，洞口邊坡整體安全系數(shù)相對(duì)于原設(shè)計(jì)方案增加36%，處治方案有效。