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圆形和矩形抗滑组合桩在某高速公路高边坡中应用研究黎晗

发表时间：2020/6/19 来源：《基层建设》2020年第5期作者：黎晗

[导读] 摘要：某高速公路边坡失稳成因进行综合分析，通过方案比选，采用一种坡体内采用圆形抗滑桩，外露部分采用矩形抗滑桩的边坡加固方案。

        湖南省湘钧建设有限公司湖南长沙 410000
        摘要：某高速公路边坡失稳成因进行综合分析，通过方案比选，采用一种坡体内采用圆形抗滑桩，外露部分采用矩形抗滑桩的边坡加固方案。治理方案避免了边坡变形对坡顶房屋产生影响；同时，施工方便、经济有效的特点契合了抢险工程的要求。本文简要分析了高速公路高边坡圆形和矩形抗滑组合桩的应用优势，并对抗滑桩加固施工技术的科学应用进行了分析和探讨。
        关键词：高速公路；滑坡；稳定性分析；抗滑
        引言
        滑坡是一种常见的地质灾害现象，我国每年发生大量的滑坡灾害现象，造成巨大经济损失的同时也给人民的生命安全造成威胁[1]。滑坡成因分析与治理是工程界关心的两大主要问题，业内研究人员结合工程实例对这两个方面的问题做过许多有益的探索[2]，并取得了大量宝贵的实践成果。
        高速公路边坡一旦滑塌往往会造成交通中断，因此，在选择处治方法时往往要充分考虑抢险工程的特点，要求治理方案既能有效处理好边坡稳定性的问题，又能够方便快速施工，尽快恢复交通。本文是某高速公路滑坡抢险工程的治理设计。基于工程需要采用了一种圆形与方形抗滑桩相结合的新型桩体，以供今后同类工程问题的处置参考。
        1 工程概况
        某高速公路K1+693～K2+020右侧边坡塌方位于常德市境内。K1+708～+786右侧在施工过程中发生开裂，次日发生了大面积的塌方，危及坡顶上方民房的安全。工程人员通过现场踏勘及地质勘察资料的详细分析，从工程安全、造价等方面进行了多方案比选，经稳定性分析计算，根据不同路段情况分别采用桩板式挡土墙、土钉墙、重力式挡土墙的加固方案。
        根据地质勘察资料，地层主要由第四系更新统黏性土及白垩～第三系砂岩组成。其中，亚黏土：黄褐、褐红色，层厚16.6～17.5 m，含铁锰质结核及灰白色团块状高岭土，硬塑～坚硬状，表层为1.0～2.0 m厚的人工填土；强风化泥质粉砂岩：灰红、紫红色，层厚2.0～8.1 m，原岩结构清晰可见，母岩风化强烈，节理裂隙发育，裂隙面黑，岩石破碎，岩芯呈半岩半土的砂土状；弱风化泥质粉砂岩：灰红、紫红色，最大揭露厚度厚20.5m，泥质、粉砂质结构，中～厚层状，泥质胶结，裂隙面黑褐色，岩质软，较完整，岩芯呈柱状、短柱状。本段上部土层具有弱膨胀性，自由膨胀率为38%～54%、塑性指数Ip为14.8～22.8。
        2 边坡滑塌原因分析
        造成边坡滑塌的原因有很多，降雨入渗、坡顶堆载、节理裂缝等往往是导致滑坡灾害的主要诱因[3-4]。结合本工程的实际情况，分析造成此次滑坡的主要原因如下：
        （1）本段边坡原设计坡率1:1，边坡最大高度约15.0 m，边坡分级高度8.0 m，平台宽2.0 m，采用骨架防护，边坡开挖后未及时防护。坡顶上方存在居民房屋及高压电塔，距离坡顶距离1.9～5.0 m，坡顶裂缝紧靠房屋基础，对房屋危害极大。
        （2）因边坡刷坡，形成临空面，使边坡土体松弛开裂变形，加上路床超挖80 cm，边沟拉槽，未及时施工边沟，且受降雨影响，边坡坡脚积水严重，坡面土体受降雨及松弛变形影响，地表水不断下渗，含灰白色团块状高岭土吸水软化，抗剪强度显著降低，加上土体饱水，自重加大，坡脚软化，形成近似圆弧状滑塌破坏。
        （3）地下水的渗流产生一定的动水压力，土体竖向裂缝中的积水产生侧向静水压力，地表生活用水冲刷坡面，坡顶存在房屋等荷载，对边坡稳定性产生不利影响，加速了边坡的失稳。
        3 边坡治理方案
        3.1 稳定性计算
        由于塌方路段为土质边坡(具有弱膨胀性)，边坡最大高度13.17 m，边坡坡率较陡(1∶0.7～1∶1.0)，在综合考虑岩土性质、边坡现状的情况下，根据坡顶裂缝及位于坡脚剪出口位置，坡顶房屋荷载取均布荷载52.40 kPa，选取最不利断面位置，采用简化Bishop法对边坡稳定性进行了计算。
        按目前边坡实际情况，安全系数Fs=0.98时，土体重度取20 kN/m3，反算参数c=20 kPa，φ=20°。考虑坡顶为居民房屋，危害较大，处理后安全系数Fs=1.30，土体重度取20 kN/m3，c=20kPa，φ=20°，剩余下滑力F=310 kN/m。
        3.2 边坡处治方案比选
        根据坡顶房屋分布的范围，坡面滑塌情况及边坡高度，考虑到施工方案、施工组织的要求，提出以下四种比选方案。
        方案一：微型桩加固，采用直径108 mm钢花管，管内设置3根直径28 mm钢筋，注浆采用M30水泥浆，钻孔采用150 mm，该加固方案可以采用机械成孔，快速施工，达到抢险工程的目的，但微型桩提供的抗滑力有限，难以达到根治的目的。
        方案二：钢轨桩加固，采用两排钢轨桩，间距为1.0 m，中间采用钢筋混凝土连接，钢轨桩成孔直径采用300 mm，内部放置2根43钢轨，采用C25混凝土浇筑，见图4。
        方案三：矩形抗滑桩方案，可以提供较大的抗弯刚度，抗滑效果好，边坡长期稳定性较好，但抗滑桩基坑需采用人工开挖，施工风险大，施工周期长，可引起边坡进一步变形，对坡顶房屋安全隐患大。
        方案四：坡体内采用圆形抗滑桩，外露部分采用矩形桩，为挡土板设置提供有利条件，圆形抗滑桩基坑采用旋挖机械成孔，回填反压为机械施工提供了有利的施工平台，地质条件较为合适采用旋挖机械成孔，施工速度较快，有效降低施工风险，该方案可靠性高。
        根据现场实际情况及施工要求，最终采纳方案四。边坡处治典型断面设计，见图1。

        图1 典型断面设计(单位:m)
        3.2 边坡治理效果
        经过近8年的运营期，边坡依然保持良好的稳定性。边坡位移基本收敛，无继续发展的迹象；建筑物周边未出现新的明显裂缝；支挡结构未出现明显损坏与较大位移，对边坡仍保持较好的加固效果。
        4 结论
        对某高速公路K1+693～K2+020右侧边坡滑塌成因进行了综合分析，得到以下几点结论：
        （1）公路滑坡治理往往时间紧，勘察资料有限，具有鲜明的抢险工程的特点；滑坡处治方案既要能有效治理边坡，又要能方便快速施工。
        （2）圆形抗滑桩可使用旋挖钻施工，成桩速度快，效果好，但不方便布置挡土板；方形抗滑桩成桩速度相对较慢，但有利于挡土板的设置。
        （3）圆形与方形抗滑桩的结合产生的新型式加固方式能有效兼顾施工速度与挡土板的设置，治理效果好，边坡稳定。
        参考文献（References）：
        [1]贾学斌,廖安杰.会东县狮子山滑坡成因和稳定性分析[J].路基工程,2016(2):197-200.
        [2]吴红刚,马惠民,侯殿英,等.青海高原龙穆尔沟红层滑坡变形机制的地质分析与模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(10):2094-2102.
        [3]夏炎,刘海笑,刘军.膨胀土地区土工膜结合抗滑桩结构在滑坡治理与桥梁桩基防护中的应用[J].岩土工程学报,2016,38(增刊1):248-252.
        [4]李小雷,张泽坤,罗威,等.H型抗滑桩加固膨胀土滑坡的有限元分析及优化设计[J].路基工程,2016(6):16-21.
        作者简介
        黎晗，1987年生，男，汉族，湖南省长沙市，大学本科，工程师，从事路基路面设计施工工作。联系地址：湖南省长沙市雨花区牛顿企业中心5楼，邮编：410000，联系电话：15972926470。