微型樁群在高位滑坡應急治理中的應用分析

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(中國建筑材料工業地質勘查中心陜西總隊，陜西 西安 710003)

1 概述

所謂高位滑坡，一般指滑面剪出口高于坡腳的一類滑坡，其臨空條件好，滑坡體重心和剪出口均位于高位，具備較大的勢能，一旦滑動常表現為高速遠程、致災性強、易引發次生災害鏈等特點。近年來，國內眾多學者對高位滑坡進行了大量分析研究，主要涉及高位滑坡的分布特征、成因機理和防治措施等方面，取得了不少有價值的成果。陳自生[1]、王運生[2]以及穆鵬[3]等人對高位滑坡從成因機理方面進行定義，并對其運動形式及與坡腳的相對位置進行了歸類總結。溫銘生[4]、孫萍[5]等人通過比較分析一些典型的高位滑坡分布特征，發現高位滑坡具有明顯的分區特征，大體可分為滑源區、滑流區、堆積區。茍富剛等[6]將高位滑坡形成過程概括為“孕育→啟動加速→高速運動→停積堆積”四階段，并提出地球內外動力的耦合作用是高位滑坡形成的主要原因。王得雙等[7]提出從充分利用地形優勢、加強群眾宣傳和重視勘察監測三個方面進行高位滑坡防治。何文秀等[8]結合某高位滑坡實例，提出高位滑坡形成機制為牽引式破壞模式，應針對不同區域進行防治。

筆者結合青中村滑坡應急治理實例及工程防治效果，分析高位滑坡形成機制，在此基礎上探討采用微型樁群治理高位滑坡的技術要點，以期對類似高位滑坡防治提供實踐參考。

2 實例介紹

2.1 地質概況

青中村滑坡區域地質構造屬秦嶺—印支褶皺帶、紫陽背斜的北翼區，經勘查，滑坡區內未見有活動斷裂通過，區內抗震設防烈度為7度；地貌單元屬低中山斜坡地貌，總體地勢西高東低；地層巖性主要為第四系殘坡積含碎石粉質粘土和奧陶系風化板巖；地下水類型有變質巖裂隙水和第四系松散巖類孔隙水，補給方式主要以大氣降水及山區裂隙水的徑流補給，徑流方向沿粉質粘土與板巖接觸表面徑流，在斜坡中下部溢出。

2.2 滑坡特征

青中村滑坡長45 m(東西向)，寬約62 m(南北向)，面積約2 600 m2，滑坡體平均厚度6 m，滑體前后緣高差約30 m(高程介于795.2 m～824.7 m)。工程建設滑坡前緣開挖形成11 m高臨空面，臨空面邊坡為土巖二元邊坡，下部出露基巖為強風化～中風化板巖(土巖界面位于坡腳以上7.3 m，高程802.5 m)，上覆殘坡積粉質粘土，滑坡剪出口高于坡腳、位于土巖界面處(高程802.5 m)，屬高位滑坡。滑坡后緣平面形態呈鴨梨狀，滑坡后部張拉裂縫發育且基本貫通(裂縫寬度2 cm～5 cm)，兩側羽狀裂縫連續、發育。滑面位于土巖界面處，滑體物質為第四系含碎石粉質粘土，結構松散，含水量高，處可塑狀態；滑床為青灰色強風化板巖，變余結構，板狀構造，節理、裂隙發育，巖體較破碎，巖層產狀130°∠57°。

據現場勘查，該滑坡正處于蠕滑變形階段，剪出口處滑體擠出明顯，滑面擦痕清晰可見，滑坡變形速率0.5 cm/d～1 cm/d，嚴重威脅滑坡前部道路施工和安置房工程建設，危險性大，采用應急治理措施穩固滑坡。

2.3 應急治理方案

根據青中村滑坡變形特征及施工條件，采用微型樁群穩固滑坡的應急治理方案，可達到快速支擋滑坡、有效改良滑帶土的作用。微型樁群施工速度快，對于蠕滑型滑坡可迅速提供支撐力，控制滑坡變形；與此同時，因微型樁群的壓力注漿作用，有利于提高滑坡前緣加固段滑帶土物理力學參數。

微型樁群方案指在滑坡前部布設4排微型鋼管樁，樁長15 m，采用潛孔鉆機成孔，樁徑180 mm，內插直徑114 mm焊管(壁厚5 mm)。微型樁間距1.5 m，排間距1.0 m，呈梅花形布設。孔內灌注M25水泥砂漿，水灰比0.4，注漿壓力不小于0.6 MPa。樁頂設頂板，強度等級為C30，板寬3.2 m，厚0.3 m。

青中村滑坡經微型樁群應急治理后，蠕滑變形停止，經過后期兩個水文年的變形觀測，未發現變形跡象，滑坡穩固。微型樁群治理高位滑坡，加固機理明確，施工便捷，治理效果顯著，達到了預期的應急治理目的。

3 形成機制分析

相比典型滑坡破壞特點，高位滑坡具有復雜、高速、致災性強等特點，研究其形成機制，是高位滑坡防治的基礎和前提，有利于明確加固機理，從而快速、有效的進行高位滑坡防治。高位滑坡運動模式往往具有較為強烈的刮鏟作用，對滑坡兩側翼巖土體具有牽引帶動作用，一般按變形特點細分為流通區、刮鏟區和牽引區。有學者研究典型高位滑坡成因和滑坡運動演化模式，按其變形特征對滑坡運動演化模式總結為：形成后緣張拉裂隙→降雨作用導致張拉裂縫的擴展→動、靜水壓力作用下的軟弱帶形成→后緣拉裂槽形成→滑體前緣臨空滑動崩落、加速→刮鏟、運移→堆積停止[9]；亦有學者按滑坡運動特征分階段總結高位滑坡運動分為四個階段：孕育→啟動加速→高速運動→停積堆積[6]。

歸結起來，高位滑坡的形成是在一定的坡體結構和外界因素作用下滑帶巖土的應力—應變過程，其形成機理一般包括為：坡體應力狀態改變、滑帶孔隙水壓力增大、漸進破壞和殘余強度、高陡斜坡下的軟弱帶擠出等，概括說即：1)主滑帶剪應力增大超過主滑帶的抗剪強度；2)主滑帶巖土強度降低不能平衡剪應力；3)剪應力增大與滑帶土強度衰減同時發生；4)高陡斜坡下伏軟巖的塑性流動擠出。盡管每個滑坡的情況不盡相同，應分別分析，高位滑坡仍是內外動力作用的耦合結果，滑坡前緣的切方臨空和降水下滲是主要外動力作用，牽引區的變形加劇是帶動整個滑坡快速變形的關鍵。因此，對于高位滑坡的應急防治，關鍵在于對滑坡前部牽引區的穩固，且應急治理應在高位滑坡處于孕育—啟動加速階段進行及時加固最為有效。

4 技術要點討論

微型樁群用于高位滑坡應急治理，加固機理明確，治理效果快捷、可靠，近年來得到較為廣泛應用，筆者就其在高位滑坡應急治理中的設計施工方面的技術要點進行論述如下。

4.1 布設位置確定

高位滑坡的應急治理，分析研究其發育規律和形成機制十分關鍵，在此基礎上，研判高位滑坡運動階段和變形分區，選擇在牽引區適當位置布設微型樁群加固，起到支擋阻滑、改良加固的應急治理作用。關于布設樁群位置的確定，應同時考慮地形條件、微型樁群受力機理和施工工藝等方面因素。地形條件的考慮，是基于設樁群處應滿足滑坡推力較小、不易發生冒頂破壞、便于機械快速成孔施工等條件。由于微型樁群受力機理不同于普通抗滑樁和抗滑擋墻，其依靠多排微型樁共同受力，形成一類似于多排空間桁架的結構體系，在確定布設位置時，應充分考慮微型樁群受力特點，一般采用3排～4排微型樁共同受力效果較好，而微型樁群的懸臂段也不宜過長(一般不宜超過8 m)，對于傾斜巖面角度較大情況尚須考慮“半坡樁”嵌固段的折減影響。施工工藝方面，影響樁位布設的主要指成孔機械選擇，一般可采用履帶式潛孔鉆機成孔，其成孔效率高適用于應急治理工程，但需一定的作業面，故在確定樁位時應考慮。

4.2 計算方法選擇

微型樁計算方法，歸結起來大致可分為三類：基于普通抗滑樁設計理論的計算方法、等效計算方法和數值分析計算方法[10]。第一類的計算方法，一般適用于稀疏布設的微型樁，滑坡推力由微型樁承擔，不考慮樁、土形成整體作用，基于普通抗滑樁計算理論進行設計。由于微型樁樁徑小且一般布設多排，對于稀疏布樁而言，樁與樁間難以形成有效土拱作用，而高位滑坡應急治理中往往采用密布微型樁群進行支擋，二者受力機制不同，故采用普通抗滑樁設計計算方法進行微型樁設計計算不適宜。第二類等效計算方法是基于微型樁密布形式，將微型樁群與其包裹土體視為一整體結構體，并等效為常規擋土構件進行受力分析計算，常見等效計算方法有：等效鋼筋混凝土梁法[11]、等效加筋土柔性擋墻法[12]和等效剛度地下連續墻法[13,14]等。采用等效方法進行設計微型樁群，充分考慮其受荷機制為樁—土共同作用，而非單樁受力，更符合微型樁群的實際受力特點，特別是采用等效抗彎剛度的地下連續墻方法，計算值與實際情況較為吻合。第三類數值分析計算方法是近年來廣受青睞的計算機計算方法，主要包括有限差分法和有限單元法等，有限差分法可以小變形本構模型關系求解實際工程中的大變形問題，可跟蹤演化過程、解決復雜工程問題；而有限單元法可進行不同巖性、不同載荷條件以及各種邊界條件下復雜結構計算，二者具有傳統計算方法無法比擬的諸多優點，但因工程實際情況復雜，本構模型以及模型參數的選取適當與否對結算結果影響較大。

4.3 設計注意事項

1)微型樁結構主材的選用多樣，常見有樁孔內插鋼筋籠、型鋼、鋼管、鋼筋束等形式，亦有組合形式如鋼管內插鋼筋束或鋼管外綁焊鋼筋等。樁體結構主材的選用應考慮現場施工條件難易和施工便捷、施工質量可靠等因素，如選用鋼筋籠制作工藝繁雜、選用型鋼對接時焊接工藝要求高。另外，還應考慮微型樁受力變形破壞模式的不同，微型樁樁周配筋防治效果優于樁心配筋(鋼筋束)[15]，樁周配筋應加強滑動面附近配筋量，以提高樁身抗彎剪能力。

2)注漿設計，采用二次壓力注漿，在微型樁樁體主材四周綁扎2根～4根注漿管，一次注漿采用重力注漿方式(水灰比0.5水泥漿)，待孔口冒漿、初凝后終凝前進行二次壓力劈裂注漿(注漿壓力不小于2.5 MPa)。對于鋼管微型樁，不建議采用下部制成花管狀，避免構件存在軟弱面，可通過鋼管內外雙注漿管注漿達到注漿效果密實的目的。

3)設置樁頂聯系梁，可使微型樁群整體剛度提高，有利于控制樁群體系頂部位移變形，并調整微型樁群各排樁受力情況，提高抗滑安全系數[16]。工程設計時應考慮連梁在滑坡加固中的有利作用并兼顧施工便捷性，可采用整體梁板結構代替網狀聯系梁，減少支模、拆模等作業工序。梁板可按10 m～15 m設置伸縮縫斷開，為保證梁板具有足夠剛度，其厚度建議不小于0.5 m。

5 結語

結合青中村高位滑坡實例，分析高位滑坡成因機制，提出高位滑坡的應急防治應在滑坡的孕育—啟動加速運動階段，充分考慮其變形分區特征和形成機理，在牽引區的適當位置布設微型樁群進行治理。同時對微型樁群設計施工中的關鍵技術要點進行討論，分析微型樁群布設位置、計算方法以及設計中的注意事項，以期為類似工程實踐提供參考。