圓形抗滑樁在山區高速公路滑坡處治中的應用

李耀華，葉瓊瑤，鄧勝強，宋元平

(廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

廣西區北部某高速公路通過山嶺重丘區，沿線高邊坡較多，工程地質條件復雜，施工期間邊坡滑坡等地質災害頻發，對項目施工工期、進度及造價控制影響很大。本文以其中某滑坡處治為例，對圓形抗滑樁在該類滑坡災害工程處治中的應用進行研究，分析評價其合理性。

1 工程概況

滑坡路段場地工程地質條件較復雜，屬古滑坡區，施工過程中已開挖成型準備防護的右側邊坡數次出現小規?；?；2016年10月，當地雨水頻繁，在多重誘因下，該路段在10月底發生中等規模的新生滑坡，此后滑坡處于緩慢變形狀態。

1.1 地形地貌

滑坡路段屬剝蝕丘陵地貌，地勢略高，地形起伏較大，山體自然坡較陡，坡度約10°～45°。古滑坡范圍較大，對應路段長度約80 m，地形較平緩，為灌木林地；路線自古滑坡中下部采用挖方形式通過，左側為一級挖方邊坡，坡率1∶1.5；右側為兩級挖方邊坡，滑坡期間兩級邊坡坡率均為1∶2，最大邊坡高度約21.6 m。

1.2 地層巖性

覆蓋層：包括第四系人工填土(Qme)、坡洪積第2層(Qdl+pl-2)塊石混黏性土、坡洪積第1層(Qdl+pl-1)塊石混粉質黏土、殘積層(Qel)粉質黏土等，組份雜亂，結構較松散，厚度大小不一。其中人工素填土為公路路基填土，層厚約1.5 m；塊石混黏性土為后文新生滑坡堆積體，厚0.8～15.5 m；塊石混粉質黏土為后文古滑坡堆積體，下伏于塊石混黏性土層，厚3.3～6.5 m；粉質黏土為原狀土層，分布于整個山坡，厚0.65～13.4 m。

基巖：為全～中風化泥盆系中統郁江階(D2y)泥灰巖，其中全風化層厚度1.4～7.6 m，強風化層巖體破碎，厚0.7～14.3 m；中風化層埋深較大，巖體較完整。

1.3 地質構造

滑坡路段處于附近一褶皺向斜構造的影響區，距離某區域性大逆斷層約1.5 km。受構造影響，場地基巖裂隙較發育，巖體較破碎，巖層產狀為260°∠31°。

1.4 水文地質

場地地表水體主要為山坡東側的沖溝水，水量隨季節變化較大；地下水屬潛水，為覆蓋層中孔隙水和基巖裂隙水，主要接受大氣降水補給，少量為地勢較高處沖溝水體補給，沿覆蓋層孔隙及基巖裂隙向山腳及低洼處排泄，地下水位較高。

2 滑坡特征及成因機理分析

2.1 滑坡特征

2.1.1 古滑坡

古滑坡范圍地形較平緩，在平面上呈腳掌形，后緣依地形起伏呈現出圈椅狀地形特征，后側山坡較陡，前緣斜坡平緩，滑坡舌、滑坡古丘明顯，空間上呈現出明顯的“上陡下緩”的分布特征，整個滑坡周界較清晰；滑面為紫紅色塊石土(Qdl+pl-1)與下部褐黃色粉質黏土(Qel)的接觸面，最大埋深約18.1 m，處于穩定地下水位以下；滑坡體主要由塊石混黏性土(Qdl+pl)組成，成分雜亂；原地表裂縫不明顯；剪出口位于對應路段左側邊坡外側15～23 m處，前緣呈弧形。古滑坡主滑方向長度約157 m，底部寬度約70 m，滑動面積約9 250 m2，平均厚度約12 m，已滑動體積約11.1×104m3(原始地形)，屬牽引式中型中層滑坡。

2.1.2 新生滑坡

新生滑坡周界清晰，后緣呈圈椅狀，前緣受路基邊坡開挖影響呈直線形；后壁處于古滑坡后壁前側3～8 m位置，兩側邊界與古滑坡邊界基本一致；滑動剪切破壞帶為原古滑坡中上層塊石混黏性土底部的黏性土，軟～可塑狀，厚0.2～0.3 m最大埋深約15.2 m，基本處于穩定地下水位之下?；麦w主要為塊石混黏性土(Qdl+pl-2)，成分雜亂，該層自滑坡體中部向后緣逐漸變薄至尖滅?；矌r性以下伏原古滑坡堆積體為主，埋深4.76～15.2 m；滑坡區剪切裂縫和拉張裂縫發育，規模大小不一；新生滑坡剪出口位于第1級邊坡坡腳位置，與路槽頂標高接近，內側邊坡坡面出現明顯滑移變形，原坡腳擋墻分縫處出現較明顯的錯開現象；新生滑坡主滑方向長度約60～80 m，底部寬度約70 m，滑動面積約5 650 m2，平均厚度約8 m，已滑動體積約4.5×104m3，為在古滑坡基礎上因坡腳被切斷、路塹邊坡失穩坍塌導致的古滑坡的局部復活，屬牽引式中型中層滑坡，如圖1所示。

圖1 場地滑坡平面圖(單位：m)

根據滑坡專項勘察期間的監測結果，新生滑坡處于緩慢發展期，而古滑坡則基本穩定狀態，未見明顯滑移。

2.2 滑坡成因機理分析

本路段古滑坡的形成是地形地貌、巖土體性質、地質構造、地下水、降雨等綜合作用的結果，其中不利的地質條件(原始陡坡地形、層間軟弱帶)為古滑坡的形成提供了物質和空間基礎；地質構造(巖體破碎、順層)是古滑坡形成的地質基礎，地下水及強降雨作用是滑坡產生的直接誘因。

在古滑坡的基礎上，因工程建設出現人工開挖邊坡形成臨空面，為新生滑坡體剪出提供了空間條件，而邊坡坡體主要由古滑坡的塊石混黏性土組成，結構疏松，成分雜亂，雨水易滲入；層間滑帶黏性土的強度低，性狀差，邊坡開挖后經歷多次強降雨，在地下水浸泡作用下黏性土層發生軟化、泥化，強度急劇降低，進而發生滑動，故其滑動機理可概括為：(1)滑坡體中堆積體成分雜亂，強度不一，特別是其中的黏性土在連續降雨等誘因下，在滯流于其中的地下水間夾浸泡作用下急劇軟化、泥化，強度降低，首先發生滑移，從而使上部巖土體失去支撐，穩定性降低，進而牽引上部土層滑動。(2)在建高速公路挖方施工后，形成人工邊坡，出現較大臨空面，破壞了原有的應力狀態。

3 圓形抗滑樁處治方案

根據前文內容，本滑坡處治時應將新生滑坡與古滑坡一同考慮，消除安全隱患和降低滑動風險，并提高路基整體安全穩定性。經綜合比選，本滑坡處治擬采用抗滑強支擋結構，同時輔以截排水、填塞地面裂縫等措施的綜合處治方案。

考慮到場地滑坡體規模較大，滑面尤其是古滑坡滑面埋深較大，估算滑坡推力也較大，滑坡體成分雜亂，結構松散，加上當時雨水較多，覆蓋層遭水浸泡，含水量較大，而地下水位也偏高，新生滑坡尚處于滑移變形期，施工工期緊和單純人工挖孔施工速度慢且存在較大風險等多方面因素，經綜合對比，初步確定采用圓形抗滑樁方案，以機械成孔方式進行施工。該方式相對于人工挖孔施工具有不需泥漿護壁、污染小、成孔速度快、安全性較高、能較好適應地下水豐富及場地復雜環境的優點，如圖2所示。

圖2 滑塌處治典型斷面圖(單位：m)

4 圓形抗滑樁處治方案合理性研究

在以往高速公路滑坡災害處治中，抗滑樁得到了充分的利用，而95%以上為矩形抗滑樁形式，采用圓形抗滑樁的案例較少。究其原因，主要是圓形抗滑樁存在受力性能相對較差、相關計算較為復雜、樁后土拱效應難以形成、樁間土體容易擠出等缺陷。但實際上，圓形抗滑樁在基坑工程、地下工程及市政工程中得到了大量的利用，不少文獻[3-5]也對圓形抗滑樁的計算及應用范圍進行了探討，包括公路工程中地形較陡、地下水位較高、松散堆積體等滑坡路段，采用矩形抗滑樁需要進行人工挖孔，施工較為困難，且存在安全風險，也容易延誤工期；而選用圓形抗滑樁進行機械成孔施工具有安全、快速、污染小等諸多優點，亦可有效發揮支擋作用。

相對于矩形抗滑樁，圓形抗滑樁受整體截面和裝配等條件限制，配筋空間有限，所配置鋼筋提供的有效截面慣性矩較小，整體受力性能較差是不爭的事實。在此基礎上，我們可適當轉變思路，在滑坡滑動方向已明確的條件下，通過加強樁身的不均勻配筋來改善其整體和針對性受力，即將受拉鋼筋、受壓鋼筋配置在滑坡滑動方向原中性面的前后兩側，接近垂直于中性面兩側采用構造配筋即可，該方法既能充分利用鋼筋混凝土強度又可節約鋼筋。

在以往規范中，關于圓形受彎構件正截面承載力驗算中均局限于均勻配筋，部分文獻[4-6]對圓形抗滑樁非均勻配筋的計算進行了較深入的研究，計算過程較為復雜，不便于手算，故本次計算采用理正巖土軟件中的抗滑樁模塊進行非均布配筋的方法進行，即在圓截面梁受拉區180°范圍與受壓局部120°范圍采用非均勻配筋的方式，此兩范圍以外配置構造鋼筋，如圖3所示。

圖3 圓形抗滑樁截面配筋圖

圖3中1區配置57根φ32 mm的受拉主筋，3根1束，共19束；2區配置38根φ32 mm的受壓鋼筋，2根1束，共19束；3區為12根φ32 mm的構造鋼筋。與矩形抗滑樁配筋不同的是，圓形抗滑樁受壓側也配置較多的鋼筋，這是充分利用受壓區鋼筋的抗壓作用，減小受壓區截面高度，從而可以減少受拉區配筋，否則受拉區配筋過多，鋼筋的凈距難以滿足規范要求，這類似于雙筋矩形截面梁的計算。

本次計算重點與目標為滑坡推力、抗滑樁穩定性(包括截面尺寸、長度、間距等)，其他各巖土層及滑(帶)面的物理力學基礎參數按勘察報告所推薦參數采用，計算軟件為理正巖土計算軟件中的抗滑樁模塊，計算方法采用“K”法；圓形抗滑樁初擬為全埋入式，樁身采用C30混凝土，樁長按24 m、26 m考慮，樁徑2.0 m，并采用φ16 mm的HBR400箍筋進行抗剪，箍筋間距15 cm，抗滑樁錨固段為強～中風化層泥灰巖，要求嵌入中風化巖層2～3 m，主要布設于滑坡范圍路中線右側24 m位置并往兩側適當延長一定距離，樁中心間距取4.0 m，共16根；樁頂設高度1 m的樁間系梁，以增強抗滑樁整體抗滑剛度，計算結果如表1、表2所示。

表1 滑坡推力計算表

表2 圓形抗滑樁配筋驗算結果表

注：A類情況為抗滑樁于新生滑坡在非正常工況Ⅰ下K=1.15剩余下滑力情況的驗算結果；B類情況為抗滑樁于滑坡按古滑坡滑面在非正常工況Ⅰ下K=1.10剩余下滑力情況的驗算結果

計算結果表明，圓形抗滑樁方案的樁徑、樁間距、樁長選取合理，鋼筋配置經濟適宜，整體滿足規范要求，是合理可行的。

5 結語

本滑坡處治中圓形抗滑樁共16根，施工完所有

抗滑樁僅用時22 d，時效性十分明顯。圓形抗滑樁施工完畢后的監測表明，滑坡已處于穩定狀態。截至目前，該路段滑坡綜合處治施工已完工近一年時間，期間不但經歷了雨季的考驗，更是經受了廣西百年一遇的降雨考驗，現狀穩定，表明本套圓形抗滑樁工程處治技術切實可行，其采用非均勻配筋也是科學合理的。本工程實踐為今后類似公路邊坡滑坡等地質災害的處治設計提供參考借鑒。

[1]JTG C20-2011，公路工程地質勘察規范[S].

[2]GB50010-2010，混凝土結構設計規范[S].

[3]趙明華.圓形與喚醒擋土樁的配筋計算[J].湖南大學學報，1998(2)：78-82.

[4]陳浩軍.鋼筋混凝土圓形截面受彎構件正截面配筋計算[J].中南公路工程，2001(3)：41-45.

[5]陳富堅.圓形與環形截面抗滑樁的非均勻配筋計算方法[J].公路交通科技，2006(9)：32-35.

[6]舒海明，王曙光，喻邦江，等.圓形抗滑樁在某煤系地層滑坡治理中的應用[J].交通科技，2013(2)：71-73.