采用格構式微型鋼管樁處理基坑邊淺層填土滑坡設計案例

張玉鵬

中鐵大橋局集團武漢地產有限公司（430012）

采用格構式微型鋼管樁處理基坑邊淺層填土滑坡設計案例

張玉鵬

中鐵大橋局集團武漢地產有限公司（430012）

武漢市某基坑邊填土邊坡發生蠕滑，由于周邊分布有建筑物、配電房等，大型設備無法施工，采用高壓旋噴樁加固結合格構式微型鋼管樁進行應急處理，取得良好的工程效果，相關技術措施可為類似工程提供借鑒。

淺層滑坡；高壓旋噴樁；格構式鋼管樁

0 引言

基坑土方開挖誘發鄰近邊坡滑動是工程建設中經常出現的問題。一般說來，因為工程項目地處市區，滑坡往往危及周邊城市管網、建筑的安全。

目前，淺層滑坡治理的工程措施，大體上包括4個方面：地下排水工程、削坡減載、反壓工程、支擋工程、坡體內部加強[1]。胡偉等[2]在江津淺層土質滑坡坡體后沿開挖攔山堰，結合坡面植被水土保持進行治理，取得良好效果；亓兆偉等[3]基于PLAXIS有限元軟件對河北省興隆縣某滑坡工程進行治理設計分析，采取削方減載、坡腳反壓、漿砌石擋、土墻支擋相結合的措施，取得成功；陳建君等[4]介紹了利用微型鋼管樁群成功進行滑坡搶險加固的工程實例。其中，微型鋼管樁群因施工便利、布置靈活、支護力較高等優點，在滑坡治理中得到廣泛應用，取得良好的工程效果。

1 微型鋼管樁抗滑原理

微型鋼管樁一般樁徑在70～300 mm，長徑比較大，單樁承載能力較小，用于滑坡應急處理時，多采用樁群的方式。

目前，關于微型抗滑樁群的工作原理、受力模式、設計計算理論雖然有許多學者分別從理論研究、數值模擬、室內試驗（離心機試驗）、現場試驗等方面進行了大量研究，也產生了諸如參照傳統抗滑樁的設計方法、P-y曲線法、有限元或有限差分等數值分析方法，將微型樁、土視為復合整體而簡化為擋土結構進行計算，但由于問題的復雜性，還沒有出現得到廣泛認可和使用的設計理論和方法[5]，呈現出理論嚴重滯后于工程實踐的情況。

根據目前的工程經驗，一般認為微型鋼管樁在滑坡治理中的作用主要表現為[6]：

穿過滑面進入穩定地層一定深度的鋼管樁，能與滑面共同作用，抵抗滑坡體剩余下滑力；

樁體設置時一般需要進行壓力注漿，漿體與周圍的松散土層形成一個復合體，提高滑坡體的抗剪強度參數和變形能力，間接改善了滑裂面的抗滑移能力；

滑坡治理中一般采用多排微型抗滑樁，并在樁頂設置連系梁使樁群形成空間鋼架體系，樁、土形成空間復合結構共同承擔滑坡荷載，從而提高滑坡體的整體穩定性。

鑒于此，本方案設計時，主要根據工程實際情況，從滑坡治理的概念上進行整體把握，參照類似工程建設經驗進行設計。

2 工程實例

2.1 工程概況

本工程場地位于湖北省武漢市武昌區，場區地貌單元屬壟崗地帶。蠕滑邊坡位于某在建基坑的陽角上，坡腳即為在建基坑的支護樁樁頂邊線，基坑開挖深度10 m，采用鉆孔灌注樁加兩道錨索，其側壁土層主要為Q3老黏土和強風化泥巖。

該邊坡原為上世紀90年代在坡頂建筑修建住宅樓時，填土整平的院落平壩的陡坎，并砌筑有一道240磚墻為其護面。坡頂分布有一幢6層的住宅樓和一個變電箱,住宅樓為毛石混凝土墩基礎，建筑距離坡頂線最近約3.5 m,變電箱尺寸為4 m×2.7 m× 2.0 m，淺基礎，位于坡頂右側。

基坑開挖前，邊坡護面墻已經有一定程度的傾斜，建設單位出于安全考慮，對該危墻進行了拆除。受此擾動，邊坡發生了蠕滑。滑動體平面上整體呈倒U型，水平橫向寬約18.4 m，縱向長約15 m，滑體出口估計在支護樁頂處，滑面深度約6.0 m。因地層蠕滑，6層建筑前的水泥道路裂縫寬度持續擴展，建筑角部地面與結構脫開，變電箱基礎與周邊地層出現裂縫。該險情直接威脅坡頂6層建筑、配電箱的安全，若發生滑坡，初步估計直接經濟損失超過1 000萬元。邊坡蠕滑現場見圖1，周邊環境示意見圖2。

圖1 邊坡蠕滑現場照片

圖2 蠕滑邊坡周邊環境圖

2.2 搶險加固方案

2.2.1 坡體填土高壓旋噴樁加固

治坡先治水是滑坡治理的基本理念[7]。本滑坡涉及的范圍較小，平面上縱橫不超過19 m，滑面深度不超過6.0 m。為了防止雨水、生活污水等入滲入邊坡，進一步降低邊坡的穩定性，提高填土的工程力學性質,對滑體整體采用高壓旋噴樁進行加固，加固深度按穿過填土進入Q3老黏土層不少于1.5 m控制。這一控制標準，可確保加固范圍將潛在滑動面包含在內，以提高邊坡的穩定性。

2.2.2 鋼管樁布置

微型樁群的設置位置，需要兼顧考慮安全性和經濟性兩方面因素。根據一般的工程經驗，將微型樁群布置在邊坡中部附近往往可以獲得較大的安全系數[8]。本工程由于滑坡總體平面面積較小，滑體輪廓復雜，周邊環境保護要求較高，最終確定在整個滑體內布置微型樁群。

微型樁群的布置需要考慮群樁效應和樁基土塑性擠出兩個問題，目前這兩個問題均無成熟的計算方法。群樁效應會限制單樁的承載能力的發揮，但是過大的樁間距也不利于微型樁和土共同發揮作用而產生最大的承載能力。Bruce研究表明，側向受力的微型樁群,當排間距在7～8倍樁徑時，可忽略排間的群樁效應,當列間距達3倍樁徑時，可忽略列間的群樁效應。排內樁間問題，主要參照滑坡抗滑樁有關設計規范的經驗或半經驗公式,即垂直于滑動方向的樁的計算寬度B0，按B0=1.5b+0.5（當樁徑b≤1 m時）和B0=b+1（當樁徑b＞1 m）時取值。本工程選用直徑114 mm、厚4 mm的微型鋼管樁，滑體內集束式成排布置，共計5排，排距2.5 m。每排由兩行鋼管樁，排內各鋼管樁間距500 mm，排距、樁間距滿足規避群樁效應和防止樁間土流動擠出的要求。詳細平面布置見圖3。需要說明，為避免鋼管樁與基坑支護錨索相碰，布置樁位時預留了下部樁錨支護的錨索施工通道。

圖3 鋼管樁群平面布置圖

2.2.3 鋼管樁的長度

微型樁群的錨固長度涉及的因素較多，如穩定地層的強度、滑坡推力、樁的剛度、樁前滑體的抗力等，目前普遍的做法基本是參照抗滑樁設計的做法進行考慮。抗滑樁設計時，是按照“傳遞到滑動面以下地層側壁應力小于地層的側向容許抗壓強度”來控制。這種做法實際上只能作為確定錨固深度及校核地基強度時的參考。從長期的工程實踐來看，對于土層或軟質巖層中，1/3～2/5樁長是比較適宜的。本項目滑動邊坡的最大高度為6.0 m，其下為基坑樁錨支護結構，因此滑面深度應該在6 m以內。考慮到基坑側壁土層為Q3老黏土及強風化泥巖，選定微型樁長為9.0 m，嵌固深度不小于3.0 m。

2.2.4 注漿

微型鋼管樁群處理滑坡,一般與注漿相結合。注漿的主要目的在于充填鋼管樁與土體的孔隙，以確保樁、土復合結構有效形成，以抵抗下滑力。此外，注漿也同時起到加固周邊土體和增強微型樁承載能力等作用。本項目采用常用M20水泥砂漿，孔底注漿壓力小于0.6 MPa，實施時依據現場情況調整。當孔口周圍出現冒漿時,采用低壓、濃漿、間歇灌漿方法進行，補注漿2次，確保注漿飽滿。

2.2.5 樁頂連梁

在微型鋼管樁群頂部設置鋼筋混凝土聯系梁，將分散的單根樁連接成一個具有水平剛度的整體，形成空間框架結構。這種強梁弱樁的措施，能夠協調邊坡下滑力在個各樁內的分配，最大限度地發揮承載能力。本項目在樁頂設置格構式聯系梁，梁寬截面尺寸0.75 m×0.5 m，C30混凝土，鋼管樁錨入梁深度0.4 m，鋼筋混凝土保護層厚度不小于35 mm。典型的加固剖面如圖4。

設計中，采用Madis有限元軟件對加固前后邊坡的穩定性進行計算驗證。結果表明，加固前邊坡抗滑安全系數為0.86，加固后提高到1.37。

圖4 微型樁加固治理剖面圖

圖5 加固前最大剪應變云圖

圖6 加固后最大剪應變云圖

3 治理效果

加固結構支護施工完成后，坡頂水平位移監測速率穩定在1 mm/d以內，18天左右邊坡水平位移即完成收斂，最終水平位移累計值為12 mm，說明治理效果良好。6層建筑邊水泥地面裂縫寬度大約經歷40余天才停止增加，這說明微型鋼管樁群支護屬于柔性支護，蠕滑邊坡內部新的平衡的建立，在坡體內部不同區域之間并不同步，是一個漸進的過程。

4 結語

基坑開挖誘發周邊淺層滑坡，是工程建設中常見的問題。由于基坑周邊環境條件的限制,傳統的抗滑處理方式對這類問題的適用性較差。微型抗滑樁作為一種新型抗滑支擋結構，其施工簡便，施工場地要求低,布置靈活,對邊坡擾動小,能有效增加滑坡的穩定性，成為處理這類問題的一種良好的方式。

由于目前缺乏微型抗滑樁的工作原理、受力模式、設計計算理論的研究與探討，該類項目的設計應從概念上進行把握，結合已有的建設經驗進行設計，是一種可行的方式。

水是滑坡處理的重點，需要結合具體項目的特點，采取可靠的措施避免水對土體的浸泡、軟化。

微型鋼管樁群與土體形式樁、土復合結構共同承擔下滑力，是目前得到普遍認可的觀點。因此，微型鋼管樁群設計既要避免群樁效應，又要通過樁頂連梁使其成為具有空間結構的整體，以求最大限度地發揮樁群的承載能力。

微型樁支擋結構屬于柔性支擋，滑動邊坡新平衡的建立，是一個邊坡內部不同部分樁、土變形逐步發展，受力平衡逐步建立的過程，并非各區域同步完成。

[1]王恭先.滑坡防治中的關鍵技術及其處理方法[J].巖石力學與工程學報,2005,24（21）：3818-3827.

[2]胡偉,呂玉香,等.江津淺層土質滑坡失穩分析與治理[J].地下空間與工程學報,2010,6（增2）：1559-1561.

[3]亓兆偉,付茂盛.某淺層碎石土滑坡穩定性分析及治理措施研究[J].山西建筑,2016,42（13）：77-79.

[4]陳建君,趙昌貴.鋼管樁在滑坡應急搶險中的應用[J].山西建筑,2014,40(30)：86-88.

[5]劉凱,劉小麗,蘇媛媛.微型抗滑樁的應用發展研究現狀[J].巖土力學,2008,28(增刊)：675-679.

[6]賀永強,楊仕教,羅輝,等.基坑滑坡治理中鋼管微型樁簡化計算方法研究[J].巖土工程學報,2014,36(增2)：174-179.

[7]羅麗娟,趙法鎖.滑坡防治工程措施研究現狀與應用綜述[J].自然災害學報,2009,18(4)：158-164.

[8]CAI F,UGAI K.Numerical analysisofthe stability ofa slope reinforced with piles[J].Soilsand foundations,2000,40(1)：73 84.