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        邊坡滑塌分析及抗滑樁施工

        2022-08-25 03:35:18劉艷美
        黑龍江交通科技 2022年7期
        關(guān)鍵詞:滑面鋼護(hù)筒抗滑樁

        劉艷美

        (黑龍江省哈爾濱市五常市公路管理站,黑龍江 哈爾濱 150200)

        邊坡混凝土抗滑樁施工常用于對(duì)傍山險(xiǎn)路等危險(xiǎn)路段即將滑落的碎石和滑石體的控制固定,在應(yīng)對(duì)山體滑坡方面的效果顯著。相關(guān)施工的工作原理是將抗滑樁體的滑樁深入滑體和泥石流的底部,穩(wěn)定滑石結(jié)構(gòu),阻斷滑石進(jìn)一步下滑,可有效彌補(bǔ)地基基礎(chǔ)的不足,在淺層、中厚層滑坡的應(yīng)用取得了良好的效果,因施工快捷,不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多土方量,成為主要的抗滑處理方法。相關(guān)施工對(duì)于施工工藝的控制要求非常嚴(yán)格,對(duì)于確保工程的有序推進(jìn)意義重大。

        1 施工重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

        1.1 滑坡成因分析

        查明滑坡的類型和性質(zhì),并分析滑動(dòng)產(chǎn)生的原因,是制定邊坡抗滑樁施工方案的重要依據(jù)。在本案例中,病害出現(xiàn)后,對(duì)發(fā)生邊坡變形地段增設(shè)了16根位移樁,用于持續(xù)監(jiān)測(cè)此高邊坡的變形。

        通過(guò)對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)孔進(jìn)行監(jiān)測(cè),收集到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí),斷面1(主滑面)監(jiān)測(cè)孔有SC-3、SC-3新、SC-4、SC-7.SC-10、SC-13.SC-14、SC-16,其中僅SC-3、SC-3新、SC4、SC-7孔數(shù)據(jù)穩(wěn)定有明顯拐點(diǎn);斷面2監(jiān)測(cè)孔有SC-1、SC-2、SC-11,其中僅SC-1、SC-2孔數(shù)據(jù)穩(wěn)定有明顯拐點(diǎn);斷面3監(jiān)測(cè)孔有SC-8、SC-9,其中僅SC-8孔數(shù)據(jù)穩(wěn)定有明顯拐點(diǎn)。出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)的監(jiān)測(cè)孔數(shù)據(jù)如表1所示。

        根據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,較全面的了解了滑坡的基本情況,并就形成滑坡的主要原因分析如下。

        地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造。本案例工程施工區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,構(gòu)成坡體的巖層,上部為第四系松散層,如殘積粉質(zhì)粘土,下部為全~強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,風(fēng)化強(qiáng)烈星半巖半土狀,強(qiáng)度極低;下部為變質(zhì)砂巖與花崗巖侵入接觸帶位置,花崗巖后期侵入,導(dǎo)致坡面巖體產(chǎn)狀復(fù)雜。結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),滑面為變質(zhì)砂巖和花崗巖不整合接觸帶。

        表1 主要監(jiān)測(cè)孔數(shù)據(jù)一覽表

        地形地貌?;碌靥幧襟w中前部平緩位置,坡度角約10°,其上部較陡,自然坡度角達(dá)16°~24°,中部為較緩寬平臺(tái),易匯水,遭遇強(qiáng)雨水天氣時(shí)易形成滑坡。

        雨水作用。特大暴雨期雨水透過(guò)較厚的殘積層及全風(fēng)化層下滲,滑體殘積層及全風(fēng)化層含水率增大。下伏滑床主要為強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖,其界面為滯水面,長(zhǎng)期雨水下滲作用使滑帶土體軟化、層間結(jié)合力變差、抗剪強(qiáng)度降低。

        人類工程活動(dòng)。坡體開(kāi)挖前處于穩(wěn)定狀態(tài),坡體開(kāi)挖后,破壞了原巖土體平衡條件,為邊坡滑移提供了剪出空間。

        受以上因素影響,在邊坡施工過(guò)程中,原巖土體的平衡條件被打破,在雨水下滲作用下變質(zhì)砂巖與花崗巖侵入接觸帶不斷軟化、導(dǎo)致巖土體抗剪強(qiáng)度降低,當(dāng)滑體下滑力大于滑面的粘阻力時(shí),逐漸形成工程滑坡。

        1.2 工程方案設(shè)計(jì)參數(shù)選取及計(jì)算

        (1)滑動(dòng)面確定

        依據(jù)16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果,明確了CX-3孔下20 m處出現(xiàn)拐點(diǎn),位移曲線發(fā)生突變點(diǎn)深度為滑面控制點(diǎn),同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查邊坡形成剪出口位置及后緣裂縫位置分布特征,以及坡體巖士體特殊的結(jié)構(gòu)分布和變質(zhì)砂巖與花崗巖不整合接觸帶位置,淺部高阻層可解釋為松散層覆蓋土,中部為相對(duì)低陽(yáng)區(qū)為變質(zhì)砂巖、花崗巖不整合接觸面,后緣松散層面角度約25°。

        (2)參數(shù)選取及計(jì)算

        通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè),對(duì)巖土C、φ值及重度等數(shù)據(jù)進(jìn)行選取。因坡體現(xiàn)狀已基本形成滑面,關(guān)于滑面強(qiáng)度參數(shù)的選取不能按巖土體強(qiáng)度計(jì)算,根據(jù)對(duì)K49+280主滑斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和變形情況的分析,最深開(kāi)挖處的邊坡穩(wěn)定系數(shù)取值為1.05,重度取1 KV/m',滑面傾角為6°,由此反算得出滑面內(nèi)聚力8 KPa,內(nèi)摩擦角取9.5°。

        根據(jù)滑坡病害的具體情況,為防止滑坡進(jìn)一步發(fā)展而造成對(duì)高速公路正常營(yíng)運(yùn)的影響,利用反演分析法確定滑面力學(xué)指標(biāo)及下滑力,取安全穩(wěn)定系數(shù)K=1.2,按原設(shè)計(jì)坡形坡率,剩余下滑力為3 309.65 KN;按卸載后坡形坡率,剩余下滑力為2 745.96 KN。

        并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù),重新調(diào)整邊坡抗滑樁施工方案。按照處理方案,抗滑樁設(shè)計(jì)情況如下:卸載原第三、四級(jí)邊坡,在二級(jí)平臺(tái)上采用雙排圓柱設(shè)計(jì),一級(jí)平臺(tái)上采用單排圓柱設(shè)計(jì),前后排樁凈間距6 m,柱縱向間距5 m,樁基尺寸采用2 m,單排抗滑樁采用冠梁連接在一起,雙排樁采用連梁連接在一起。

        2 施工方案

        根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況,確定抗滑樁施工方案:K49+065~K49+420路塹邊坡處置范圍內(nèi)的抗滑樁共有129根,樁徑均為2 m,其中Z1~Z34號(hào)樁長(zhǎng)25 m,Z43~Z50號(hào)樁長(zhǎng)30 m,Z35~Z42、Z51~Z129號(hào)樁長(zhǎng)35 m,樁基混凝土為C30。單排樁無(wú)錨索時(shí),冠梁截面為矩形;有錨索時(shí),為五邊形。雙排樁:靠近路基一側(cè)樁,平臺(tái)面以下鉆孔深度為36 m,澆筑35 m;遠(yuǎn)離路基一側(cè)樁,平臺(tái)面以下鉆孔深度35 m,澆筑34 m,冠梁上預(yù)留兩孔錨索。樁中心間距5 m,雙排樁凈間距6 m;表中樁號(hào)為K49+200相對(duì)樁號(hào),樁位以坐標(biāo)為準(zhǔn)。施工前,復(fù)核樁位。根據(jù)地質(zhì)條件、樁基礎(chǔ)根數(shù)、施工安全、工期目標(biāo)等綜合考慮,采用旋挖鉆鉆進(jìn)成孔?;炷凉嘧⒉捎么怪睂?dǎo)管法利用Φ325×8 mm導(dǎo)管灌注水下混凝土,施工工期為6個(gè)月。施工計(jì)劃如表2所示。

        表2 抗滑樁施工計(jì)劃

        2.1 施工準(zhǔn)備

        開(kāi)始施工前,對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清理,將雜物、積水等影響施工的因素進(jìn)行排除。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地情況,以兩根樁共用一套泥漿循環(huán)系統(tǒng)的原則設(shè)置泥漿池。泥漿池與泥漿泵、沉淀池以及進(jìn)出泥漿槽等共同組成泥漿循環(huán)系統(tǒng)。

        2.2 護(hù)筒制作、埋設(shè)

        鋼護(hù)筒采用Q235板材卷制,在工廠內(nèi)制造。鋼護(hù)筒制造施工流程為:板材定制、采購(gòu)→劃線、號(hào)料和切割→將板材沿長(zhǎng)度方向接長(zhǎng),拼縫開(kāi)V形坡口→接縫處磨光整平→卷制鋼護(hù)筒短節(jié)→將短節(jié)組焊成吊裝節(jié)。

        鋼護(hù)筒埋設(shè)采用挖埋配合機(jī)械下壓的方法施工。鋼護(hù)筒埋設(shè)后各方向傾斜度不超過(guò)1%,平面偏差不超過(guò)50 mm,具體參數(shù)如表3所示。

        表3 鋼護(hù)筒參數(shù)表

        2.3 泥漿備制及循環(huán)系統(tǒng)

        選擇用于制作泥漿的粘土塊并將其打碎,采用鉆具沖擊成孔將粘土原料投入孔底,利用沖擊鉆頭上下沖擊,攪拌成泥漿。泥漿性能指標(biāo)如表4所示。

        表4 泥漿性能指標(biāo)

        新鮮泥漿由泥漿泵從泥漿池泵送孔底,孔底的鉆渣被泥漿懸浮至孔口后,沿泥漿槽順流至沉淀池,砂石靜置沉淀后,通過(guò)泥漿泵抽入泥漿池形成循環(huán)。

        粗顆粒鉆渣清理干凈后,在護(hù)筒口架設(shè)一臺(tái)泥漿泵,經(jīng)濾砂器去除泥漿中細(xì)粉砂后,直接排入泥漿池形成新的泥漿循環(huán),直至含砂率滿足設(shè)計(jì)要求。

        2.4 抗滑樁鉆進(jìn)施工

        (1)鉆孔。采用泥漿護(hù)壁成孔工藝進(jìn)行鉆孔,泥漿在鉆孔過(guò)程中可起到護(hù)壁作用,泥漿采用膨潤(rùn)土、火堿以及纖維素的混合材料,用攪漿機(jī)在泥漿池中攪拌好泥漿后,由泥漿泵入孔內(nèi),旋挖鉆均勻緩慢鉆進(jìn)。

        (2)鉆進(jìn)。進(jìn)行抗滑樁鉆進(jìn)施工時(shí),鉆進(jìn)開(kāi)始階段就采用低速鉆進(jìn),主卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩承擔(dān)不低于鉆桿、鉆具重量之和的20%,以保證孔位不產(chǎn)生偏差。當(dāng)鉆進(jìn)位置到達(dá)護(hù)筒底以下3 m后,可以提高鉆速采用高速鉆進(jìn),鉆進(jìn)速度與壓力有關(guān),采用鉆頭與鉆桿自重摩擦加壓,150 MPa壓力下,進(jìn)尺速度為20 cm/min;200 MPa壓力下,進(jìn)尺速度為30 cm/min;260 MPa壓力下,進(jìn)尺速度為50 cm/min。

        (3)終孔。當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)高程后,停止鉆時(shí),并通過(guò)檢測(cè)鉆渣進(jìn)行地質(zhì)情況核實(shí)。

        (4)清孔。通過(guò)檢測(cè)符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后,立即進(jìn)行清孔。清孔后的孔內(nèi)泥漿性能及孔底沉渣必須經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)滿足規(guī)范要求??變?nèi)泥漿指標(biāo)參數(shù)如表5所示。

        表5 清孔后孔內(nèi)泥漿指標(biāo)參數(shù)

        2.5 鋼筋籠制作安裝

        (1)鋼筋籠制作。鋼筋籠以鋼筋12 m定尺長(zhǎng)度分節(jié),最重為17.9 t,最長(zhǎng)為35 m。由加工車間制作完成后,由專用吊具運(yùn)輸、吊裝,防止吊運(yùn)時(shí)損壞或變形。分段鋼筋籠縱向連接,全部采用滾軋直螺紋套筒接頭。

        (2)鋼筋籠起吊。采用汽車吊機(jī)大小雙鉤起吊鋼筋籠,先將汽車吊機(jī)大鉤吊鋼筋籠上端,小鉤吊鋼筋籠下端,將鋼筋籠水平吊起后,大鉤起、小鉤落,使鋼筋籠逐步豎立。

        (3)鋼筋籠對(duì)接。鋼筋籠對(duì)接時(shí),底節(jié)鋼筋籠固定于護(hù)筒口,套筒和箍筋安裝完成后下放定位。下放過(guò)程中根據(jù)設(shè)計(jì),要求安裝保護(hù)層墊塊。

        (4)鋼筋籠定位。鋼筋籠定位需從豎向和水平兩個(gè)方面進(jìn)行。豎向定位時(shí),在孔口處設(shè)兩根“型鋼扁擔(dān)”,鋼筋籠下放至孔內(nèi)后,將2根定位鋼筋與鋼筋籠主筋聯(lián)接,然后將定位鋼筋頂部穿過(guò)型鋼扁擔(dān),整體下放至設(shè)計(jì)位置;水平定位時(shí),在鋼筋籠外側(cè)設(shè)置鋼筋籠限位,控制鋼筋籠的平面位置。

        2.6 混凝土灌注

        (1)混凝土配合比

        在施工前開(kāi)展混凝土配合比的設(shè)計(jì)和試驗(yàn),經(jīng)監(jiān)理工程師根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定好符合設(shè)計(jì)要求的混凝土配合比后,進(jìn)行抗滑樁混凝土制作,具體要求為:抗滑樁混凝土選用可泵性、和易性較好的C30水下混凝土,混凝土坍落度為18~22 cm,初凝時(shí)間不少于12 h,其中水泥成分為42.5PII硅酸鹽低堿水泥,摻合料為粉煤灰、礦粉,砂選用細(xì)度模數(shù)為2.3~3.0的中砂,碎石為壓碎值和吸水率分別小于10%、2%的石灰?guī)r,水采用檢測(cè)合格的淡水,外加劑選用的混凝土外加劑。

        (2)水下混凝土灌注

        采用垂直導(dǎo)管法和閥門(mén)+隔水栓的方式進(jìn)行樁身水下混凝土灌注施工。在混凝土到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后,第一時(shí)間做混凝土試塊,每根樁2組、6塊,放入樁基旁的試塊盒內(nèi)養(yǎng)護(hù),留存。采用φ325×8 mm導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土灌注,混凝土采用攪拌車通過(guò)便道運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),初灌時(shí)由儲(chǔ)料斗和料斗儲(chǔ)存混凝土,初灌成功后,即可移除儲(chǔ)料斗,拆除料斗,在導(dǎo)管口上安裝漏斗,進(jìn)入正常灌注過(guò)程。開(kāi)始灌注首批混凝土?xí)r,混凝土儲(chǔ)量應(yīng)滿足導(dǎo)管初次埋深1 m。在檢測(cè)符合要求后即可進(jìn)行正常灌注。灌注完畢后,要及時(shí)清洗好灌注工具。在混凝土初凝后、終凝前進(jìn)行鋼護(hù)筒拆除,為了防止孔位處土體坍塌,對(duì)樁頭造成破壞,對(duì)鋼護(hù)筒頂部1 m深度的周邊區(qū)域進(jìn)行浮土清除,然后再使用吊機(jī)設(shè)備拔出鋼護(hù)筒。

        3 結(jié) 語(yǔ)

        建筑工程邊坡抗滑坡施工的開(kāi)展,需在詳細(xì)了解施工區(qū)域的氣候和地貌、水文情況后,合理調(diào)整工序、組織施工,在施工過(guò)程中有效控制施工工藝和施工計(jì)劃,積極發(fā)現(xiàn)安全隱患并且加以控制,這樣才能保障建筑工程的社會(huì)效益。

        在開(kāi)展高速公路邊坡抗滑坡施工時(shí),其重點(diǎn)、難點(diǎn)主要體現(xiàn)在對(duì)滑坡原因分析和滑坡推力計(jì)算兩個(gè)方面?;略蚍治鰹楣こ淌┕し桨傅拇_定提供依據(jù),滑坡推力計(jì)算則用于施工技術(shù)的選擇和施工工藝的確定。

        (1)在進(jìn)行滑坡原因分析時(shí),需根據(jù)鉆探資料及結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查,查明滑坡的類型和性質(zhì),同時(shí)結(jié)合地質(zhì)與坡面產(chǎn)出關(guān)系、風(fēng)化狀態(tài)、氣候、人為因素等多個(gè)角度分析滑動(dòng)產(chǎn)生的原因。

        (2)計(jì)算滑坡推力時(shí),需注意滑坡推力的分布受滑坡類型、部位以及地質(zhì)條件等多方面因素的影響,是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。受雨水滲透影響,道路地層中存在許多液體,由此導(dǎo)致道路邊坡土質(zhì)的強(qiáng)度和密實(shí)度下降,使土層中分布的不均勻塑性滑體出現(xiàn)塌陷問(wèn)題,可結(jié)合實(shí)際情況確定抗滑樁施工技術(shù)。一般可基于極限平衡理論中的傳遞系數(shù)法采用極限平衡分析法計(jì)算滑坡推力。

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