鋼管樁在滑坡應急搶險中的應用

陳建君 趙昌貴

(四川省蜀通巖土工程公司，四川 成都 610081)

鋼管樁在滑坡應急搶險中的應用

陳建君 趙昌貴

(四川省蜀通巖土工程公司，四川 成都 610081)

簡述了滑坡體應急搶險工程中的處置難點，分析了鋼管樁施工快捷、布置靈活、支護力較高的特點，依據鋼管排樁的抗滑原理，對鋼管樁在某滑坡應急處置中的運用作了詳細論述，結果表明鋼管樁的投入使用提高了滑坡體的穩定性，為滑坡治理提供了安全保障。

滑坡體，應急處置，鋼管樁，土體強度，設計

滑坡災害作為一種常見的地質災害，其發生具有突發性和不可預測性。在突發性的滑坡的搶險工作中，要求必須采取應急措施，以縮短搶險時間，減少經濟損失，保障人民群眾的生命安全[1]。滑坡應急搶險工程要求快速有效的控制坡體變形，常用的應急治理搶險手段，其運用都有較高的時間、空間和支護能力限制。鋼管樁作為一種簡易的支擋工程，在工程運用中逐漸發展出鋼管排樁組合形式，這樣減少了其長徑比過大的不利影響，同時因其施工快捷、布置靈活、支護力高的優點，在多個應急搶險工程中發揮了快速有效的支護效果，而逐漸得到工程界青睞。實際的工程效果表明，微型鋼管樁組合已經成為滑坡應急搶險工程中的一種有效措施。

1 滑坡體應急處置的難點

對于滑坡應急搶險工程來說，由于滑坡已經處于蠕滑或即將進入加速蠕滑階段，坡體穩定性平衡已經被打破，需要快速有效地采取工程措施，減少不利因素對坡體穩定的作用,并提高坡體抗滑能力，將坡體的變形控制住，為下一階段的永久工程的治理設計提供時間和空間條件。目前常用的滑坡應急處置措施包括：裂縫封填、前緣堆載、后緣減載及簡易的支擋工程。對于坡體中的裂縫都應當及時封填并控制坡體外的水體進入滑坡。當坡體變形十分強烈時，應立即采取避險措施。對于小規模的滑坡進行應急處置一般難度較小，可通過清除、砍頭壓腳等方式快速提高坡體穩定性，消除災害險情。但對于體積巨大(大中型)的滑坡，由于坡體自身穩定性已經大幅降低，其蠕滑階段的下滑力在200 kN/m以上，這需要臨時支擋工程對坡體及時提供較大的支護力方可達到暫時穩定。然而因為地形或者保護對象往往緊鄰滑坡，沒有足夠的空間在坡腳布置足夠量的壓腳工程，對滑坡上部減載的施工難度大且易誘發新的災害支擋工程。常用的滑坡支擋工程，則需要有較大的空間和時間條件，同時對坡體的擾動較大，在滑坡的應急搶險工程中不能使用或難以迅速發揮支擋作用。因此，需要有一種支擋工程能在滑坡還未進入加速蠕滑變形階段能快速有效的在較小的空間內施工完成，為坡體提供較大的支護力，同時又不對坡體造成較大的擾動。

2 鋼管樁的特點

鋼管樁屬于微型樁的一種，利用人工沖擊或回旋成孔，植入帶孔的空心鋼管，再向鋼管中進行注漿而成樁。滑坡治理中多在其頂部用剛性聯系梁將其牢固連接，形成一個超靜定的框架結構，成為排樁與樁周改良土體共同起到抗滑的作用[2]。

根據鋼管樁的施工工藝和受力特點，鋼管樁與傳統抗滑結構有以下特點：1)鋼管施工機具小，工程布置靈活，適用于狹窄的施工作業區，對施工空間要求小，在一些地形條件較差的坡體上仍可以進行施工。這使得鋼管樁能與前緣堆載等工程組合應用，而擋土墻則必須布置在剪出口部位而無法與堆載工程組合應用。2)施工機具可多臺同時施工，施工簡便，成樁速度快，能在較短的時間內形成有效的支護力。目前抗滑樁每天開挖的深度僅一節護壁的長度且還要進行護壁工程施工，然而采用潛孔錘成孔，每日可達20 m，且場地中可像抗滑樁工程一樣同步施工。擋土墻的施工因開挖和澆筑，需要的時間和空間條件也很高。3)施工對坡體的擾動小，不需要大直徑抗滑樁和擋土墻一樣對坡體進行較大的擾動，不易形成人工誘發坡體失穩。鋼管樁的單孔直徑在300 mm以下，而相同支護力的抗滑樁的截面則需要1.2 m2以上，擋墻的布設還受到高度的限制，且要求滑坡前緣剪出口附近有足夠的空間可供施工。4)雖然支護力小于大直徑的鋼筋混凝土抗滑樁，但通過多排樁體的組合可形成較大的支護力，根據工程經驗三排鋼管樁的組合可以提供500 kN/m的抗力，這遠大于抗滑擋墻的抗滑能力，對坡體起到有效的支護效果。5)鋼管樁長度易調整，浪費較少。鋼管長度一般6 m～9 m，鋼管樁根據實際需要進行切割，切割部分還可應用到其他樁上，避免了浪費[1]。6)由于鋼管樁要采用注漿，利用從管體中的小孔滲出的漿體可對滑坡土體尤其是滑帶附近的土體起到加強作用。

當然，鋼管樁由于長徑比的限制和其樁體復合結構的特點，鋼管樁的長度通常在30 m以內，作為臨時工程通常適用于滑體厚度15 m以內的中層或淺層土質滑坡。在巖質滑坡中，由于滑體和滑床均可視為完整的剛體，其變形只在滑帶附近，這使得在滑面處樁身應力集中，樁體易發生滑面處剪切破壞。對于滑坡寬度大的情況，可以視保護對象的分布與其他應急搶險工程相互配合，靈活布置，從而節約工程造價。

3 鋼管排樁的抗滑原理

對于微型鋼管樁來說由于其長徑比大，直徑小，傳統的依靠嵌固段在穩定地層受壓提供反力而使樁體不發生大的彎曲而形成較大抵抗力的原理已經不再適用。為減少鋼管樁長徑比過大的問題，發揮鋼管樁強度高、彈性大、能適應發生較大的變形的優點。目前在鋼管樁的運用中通常是設置多排平行布置的樁群，并利用頂部設置的連梁(板)形成“強梁弱樁”的方式。利用小直徑本身的一定剛度和強度，以及它在巖土體內分布的空間組成樁土復合體的骨架，使巖土體構成一個有機整體，骨架有約束土體變形的作用[3]。由此坡體傳遞的荷載將由樁與樁間土體共同承受。樁與土作為一個整體來抵抗外部荷載的作用。鋼管樁承受了主要的荷載，它不僅將坡體內部分的應力傳遞到樁間土體，更重要的是利用其深埋于穩定巖土體中的嵌固段，通過樁體的應力擴散作用，將不穩定滑體中的應力傳遞到穩定的巖土體中，從而起到穩定邊坡的作用[4，5]。通過在鋼管樁外注漿或在鋼管上鉆孔而注漿可以大大提高樁體周圍土體的強度，尤其是滑動面附近的土體強度。利用注漿還可以起到對坡體中裂縫的充填作用以及擠密土體的作用，減少水對坡體的不利影響。注漿的漿液還可以對鋼管樁體起到保護作用，提高管體的抗腐蝕能力與使用年限。通過合理的施工，可以將鋼管樁由臨時的應急搶險工程起到更加長久的作用。

由此，可以將鋼管排樁、樁頂連續梁和樁間土體形成的組合結構等效成一個實體的大直徑抗滑樁來進行鋼管樁的具體結構設計。通過將鋼管、注漿體的強度等效到土體的抗剪切強度可得到滑面處等效樁體的抗剪切強度。而等效樁體發生彎曲將形成拉應力與壓應力。其中抗拉應力主要由樁體受拉區的鋼管來承受，受壓區由樁體與土體共同承受。根據等效樁體中鋼管樁的截面、強度、間距及土體的強度可得出樁體的抗彎強度。由此按照大直徑樁受到滑坡土體作用及樁前土體的抗力共同的模式可計算出等效樁體在不同截面處的剪力與彎矩。通過比較即可判定樁體是否滿足強度要求，并可由其進行樁體截面、強度、間距的設計。

4 鋼管樁的設計案例

下邊以某應急處理滑坡為例，介紹鋼管樁在滑坡應急處置中的運用。

4.1 工程概況

該滑坡平面上呈倒“U”形，水平橫向寬約140 m，縱向長約150 m。后緣及左右側裂縫貫通，前緣坡腳老擋墻變形明顯，邊界清晰。根據最不利滑面搜索，滑體推測厚約15 m～25 m,平均厚度約20 m，滑體體積約45×104m3,屬中型中層土質滑坡。自2011年3月發現距滑坡體后緣約2 m陡坎處長約60 m、最寬約30 cm、最深約100 cm的裂縫以來，滑體蠕滑變形加劇，險情危急。直接威脅坡上坡下民居50余戶、約200名居民的人身安全，若滑坡體發生整體下滑，將中斷交通，堵塞河道，帶來不可估量的損失。另外，考慮汛期臨近時間緊迫，居民長期搬遷避險社會安定問題，開展應急搶險治理工作十分必要。災情發生后，第一時間緊急實施了5 000 m3坡腳堆載反壓措施。根據現場地面巡查、裂縫監測以及位移監測結果分析，堆載工程雖然達到滑坡變形減緩不至于產生大面積滑動的目的，但是由于坡體穩定性仍不足，需要在前期實施的堆載反壓的效果基礎上，在滑體上設置支擋工程，達到滑坡基本穩定和為后續綜合治理時前緣抗滑支擋工程施工提供安全保障的目的。設計在滑坡強變形體上設置鋼管樁予以支護，為后期施加更有力的支護措施提供安全和時間保證。

4.2 鋼管樁布置

鋼管樁布設于滑坡前部，平面延長約50 m，共100根，樁長20 m,23 m，見圖1。根據計算，可提供約500 kN/m滑坡推力設計，設計樁徑250 mm，內置159 mm鋼管，壁厚8 mm，三排，間距1.5 m,梅花形布設。管內高壓注入水泥砂漿，砂漿體強度30 MPa。樁頂設置連梁，連梁為鋼筋混凝土梁，單排并以格構相連。樁身鋼管嵌入梁內0.3 m，鋼筋混凝土保護層厚度不小于35 mm。

4.3 鋼管樁的成孔

鋼管樁采用潛孔錘跟管鉆進，干鉆，結合空壓機成孔，孔徑250 mm。

根據場地地層及施工現場條件，采用潛孔錘跟管鉆進成孔，選用阿特拉斯DHD380型沖擊器及配套套管，配套空壓機風量不小于25 m3。鉆進終孔后，進行孔深測量，使孔底沉淀物不大于100 mm，若未達到，繼續清孔達到設計要求為止。清孔后，及時吊放鋼管。鉆孔達到設計深度、驗收合格后進入下道工序。成孔質量：孔徑偏差：-20 mm≤d≤20 mm；孔深：0≤h≤-100 mm；垂直度偏差：<1%；沉渣厚度：≤100 mm。

4.4 鋼管制安

鋼管采用一般結構用無縫鋼管，鋼管外徑159 mm,管壁厚8 mm。鋼管下孔前，應先在管壁上開孔，以便灌漿時砂漿能進入管壁與孔壁的間隙。用臺鉆鉆眼，孔徑10 mm，豎向四個方位均勻布設，豎向間距300 mm。鋼管定制長度單節不小于6 m。要滿足設計長度，需進行鋼管的對接。接長方式采用將1.0 m長，φ140×7 mm的鋼管插入φ159×8 mm鋼管內0.5 m后焊接牢靠，外露0.5 m以便下孔施工過程中進行接長。在下孔鋼管接長時，上下兩段φ159×8 mm鋼管端頭連接時也應焊接牢靠。5根5×20 mm的扁鐵進行幫焊加強連接，扁鐵沿接口圓周均勻布置，焊接長度30 cm。套管和扁鐵的焊接要求無虛焊、漏焊、裂紋，按照相關規范執行，焊工必須持證上崗。鋼管樁的防腐，根據經驗，對建筑腐蝕量的限制，未試驗的直接采用2 mm控制。鋼管樁的防腐，對于永臨結合工程很重要，參考橋墩防腐經驗這里采用涂裝法，常用焦油環氧涂料。鋼管的吊放安裝：吊裝采用鉆機卷揚進行。同時采取措施確保鋼管標高準確。

4.5 注漿成樁

注漿液采用水泥砂漿，水泥標號525號，普通硅酸鹽水泥。水灰比0.4～0.5，灰砂比3∶1；砂漿體強度為30 MPa。鉆孔完成后將鋼花管緩慢送入孔中設計位置，同時在鋼花管內安裝φ30 PVC高壓注漿管，注漿管伸入鋼管底部，距孔底0.5 m，保持管路暢通。利用高壓灌漿管輸漿，注漿壓力在0.6 MPa～1 MPa之間，依據現場注漿情況調整。注漿漿液采用專用攪拌機攪拌，攪拌時間不少于3 min，漿液自制備至用完的時間不超過2 h。在配制漿液時，應先開動攪拌機，加水到一定程度時方可向攪拌桶內依次加入水泥砂漿充分攪拌。注漿過程是先快后慢，當漿液從排氣孔中溢出時關閉排氣閥門，進行加壓注漿。當孔口周圍出現冒漿時，采用低壓、濃漿、間歇灌漿的方法進行，補注2次后應停止注漿。注漿必須飽滿。

4.6 冠梁施工

鋼管排樁采取“強梁弱樁”的原理，在樁頂設置連梁，連梁為鋼筋混凝土梁，單排并以格構相連，梁寬0.3 m，高0.4 m，C25混凝土澆筑，樁身鋼管嵌入梁內0.3 m，鋼筋混凝土保護層厚度不小于35 mm，見圖2。

4.7 治理效果

經過一個月的施工后，鋼管樁即投入使用。通過鋼管樁和最初的堆載反壓工程的相互配合，滑坡的變形得到有效控制，已有的變形不再繼續發展。在順利通過汛期后，在滑坡前緣強變形體的鋼管樁之前布設了一排大直徑鋼筋混凝土抗滑樁對滑坡進行了永久支護。鋼管樁工程迅速的施工和發揮效果，這為該滑坡應急搶險工程發揮了重大功效，為永久治理提供了充分的時間和安全保障。

5 結語

1)鋼管樁作為一種抗滑支擋工程，由于其靈活、有效、及時、施工方便、對坡體擾動小且可以提供較大的支護力，能實現對變形中滑坡快速有效的支擋作用，能提高滑坡穩定，為滑坡永久治理工程提供時間。

2)鋼管樁可以同堆載等工程手段配合使用，在控制長徑比的條件下布設在滑坡前緣可以提供大于擋土墻和接近小直徑抗滑樁的支擋力，可以作為臨時工程支擋正在發生蠕動變形的中下型的土質滑坡。

3)鋼管排樁的抗滑支擋的機理為樁土復合結構抗滑作用和注漿加固作用，起到類似抗滑樁的作用，并可對滑帶土起到一定的加固作用。

4)鋼管排樁設計采取的是強梁弱樁的原理，利用樁頂聯系梁可將小直徑樁連接成支護體系。

5)從目前看，鋼管排樁在滑坡應急治理起到了良好的社會和經濟效益。作為一種臨時支護工程手段，其應用還將日益廣泛。

[1] 嚴君鳳.小口徑鋼管組合樁在滑坡應急搶險中的應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2008(7):41-43.

[2] 劉永明.小直徑鋼管排樁抗滑機理分析及計算理論[D].成都：西南交通大學，2008.

[3] 米志健.小直徑鋼管排樁在滑坡治理中的應用與研究[J].工程與建設，2011,25(5):670-673.

[4] 張建明.滑坡治理方法優選分析[J].山西建筑，2013，39(20)：54-55.

[5] 黃曉華.公路邊坡病害治理的輕型支擋結構[J].重慶交通大學學報，1999,18(3):90-94.

[6] 張 琦，杜 毅.巢湖市北外環滑坡破壞機理分析及防治措施[J].巖土工程學報，1992,14(3):9-13.

The application of steel pipe pile in landslide emergency rescue

CHEN Jian-jun ZHAO Chang-gui

(SichuanShutongGeotechnicalEngineeringCompany,Chengdu610081,China)

This paper simply described the treatment difficulties of landslide emergency rescue engineering, analyzed the features of steel pipe pile fast construction, flexible layout, higher supporting and protecting force, according to the anti sliding principle of pipe pile, discussed in detail the application of steel pipe pile in a landslide emergency rescue, the result showed that the put into use of steel pipe pile improved the landslide stability, provided security safeguard for landslide treatment.

landslide, emergency disposal, steel pipe pile, soil strength, design

1009-6825(2014)30-0086-03

2014-08-04

陳建君(1983- )，男，碩士，工程師； 趙昌貴(1983- )，男，碩士，工程師

TU473.13

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