旋挖鉆孔灌注樁在高速公路滑坡治理中的應用

張 建 鵬

(寧夏公路勘察設計院有限責任公司，寧夏 銀川 750004)

福銀高速公路(G70)寧夏境同心至沿川子段于2011年建成通車，為山嶺重丘區雙向四車道高速公路，設計速度80 km/h。項目通車運營兩年后，青石嘴段出現蠕動變形，2013年7月，8月份由于連續降雨影響，坡體變形呈加速狀態，如遇強度較大的降雨或其他誘發因素，滑坡體可能產生整體劇滑，故必須對該段滑坡進行工程治理，確保高速公路的正常運營及交通安全。

1 滑坡概況

該段路線以半填半挖形式從坡體中部通過，右側挖深0 m～3 m，左側填高2 m～5 m，滑坡體前緣出現連續裂紋，并逐漸貫通，中部高速公路部位沉降及推移發育明顯，左側路肩處沉降達40 cm，路面形成寬度10 mm的弧形裂縫，其中K171+766處涵洞下游洞口的八字墻被推移超過10 cm的裂隙，排水溝處亦可見明顯的錯斷裂縫。形成的滑坡體寬66 m，縱長105 m，分布于公路里程K171+704～K171+770范圍內，滑體厚5 m～13 m，總體積大于4萬m3，為一中型牽引式滑坡?；卢F場情況見圖1。

2 工程地質條件

項目位于六盤山東麓，在區域地質構造上處于固原～涇源向斜軸部附近，同時地處六盤山東麓一條(NNW向)長期活動的逆沖斷裂段的東側(下盤)，該斷裂切割了古生代以來所有的地層，近期活動較強烈，該段主構造線方向為近南北向，與路線方向基本一致，在開挖邊坡的坡面上，發現多組與路線走向平行的構造面，傾向臨空，傾角約18°～20°，因此易產生沿構造面的滑移破壞。本區出露的地層上覆第四系黃土，下伏第三系漸新統清水營組泥巖。

②粉質黏土分布于粉土層下，該層在斜坡范圍內呈透鏡狀分布，灰黑色，飽和，軟塑，局部流塑，土質不均，結構松散，含大量腐殖質斑點和砂粒，具腥臭味。

區內相對降雨量偏多，坡體表層為粉質土，地表水極易下滲，第三系地層砂巖透水儲水，泥巖隔水，地下水較為豐富，主要由降水補給，孔隙水主要賦存于第四系松散覆蓋層和全風化砂泥巖中，裂隙水主要賦存于較松散的第三系泥巖和粉砂巖中。

3 滑坡形成條件及其誘發因素分析

1)活躍的地質構造。本區地處新構造活動活躍地區，構造斷裂十分發育，在第三系地層中形成眾多緩傾角且傾向臨空的構造面，開挖后易沿構造面產生變形滑動破壞。

2)特殊的巖土性質。滑坡范圍內上、下部所夾的第四系粉質黏土層為易滑地層。該層為飽和、軟塑狀態，局部流塑，固結程度較低，持水性強，被水浸泡易軟化，從而為滑坡創造了有利的物質條件。

3)降雨及豐富的地下水。六盤山地區降雨量較大，降雨集中，且多暴雨及連陰雨，雨水易于下滲，泥巖產狀較平緩，相對隔水，形成局部潛水層，一方面降低了巖土抗剪強度，致使抗滑力減小，另一方面受動水壓力、靜水壓力作用，增加了下滑力，導致滑坡的產生。

4)公路行車荷載的影響。高速公路位于滑坡體中部，重載車輛的頻繁作用是滑坡產生的最直接誘發因素。

4 設計參數的選取及推力計算

滑動帶巖土強度參數值的選取直接影響穩定性評價及工程處治措施，為取得滑動帶強度參數，現場布設了3組斷面共12個鉆孔，在滑體不同位置取樣進行室內剪切試驗，得出滑帶土的峰值或殘余強度室內試驗參數。根據滑坡體變形跡象及特征分析，通過極限平衡條件反算滑動面抗剪強度指標，按照受力變形過程，分下滑、阻滑、抗滑段分別賦值進行試算[1]。綜合反算分析、室內試驗及工程類比得出的參數，選取更符合工程實際的強度指標，其強度指標取值見表1。

表1 滑動面抗剪強度值

該滑坡為沿風化界面的滑動，為折線形滑動變形破壞，設計計算方法采用剩余推力傳遞系數法計算[2]，采用靜力法計算地震作用，且只考慮水平地震作用[3]。計算模型見圖2。

Ti=FsWisinαi+ψiTi-1-Wicosαitanφi-CiLi。

其中，Ti,Ti-1分別為第i和i-1滑塊剩余下滑力,kN/m；Fs為穩定安全系數；Wi為第i滑塊的自重力,kN/m；αi,αi-1分別為第i和i-1滑塊對應滑面的傾角,(°)；ψi為傳遞系數；φi為第i滑塊滑面內摩擦角,(°)；Ci為第i滑塊滑面巖土黏聚力，kN/m；Li為第i滑塊滑面長度，m。

Ehsi=CiCzAhψjGsi/g。

其中，Ehsi為土體重心處的水平地震作用,kN；Ci為抗震重要性修正系數；Cz為綜合影響系數；ψj為水平地震作用高度增大系數；Ah為水平向設計基本地震動峰值加速度；Gsi為土體重力,kN。

高速公路滑坡設計穩定安全系數正常工況取Fs=1.25，非正常工況取Fs=1.15，區域地震動峰值加速度為0.20g，地震動反應譜特征周期為0.40,相應的地震基本烈度為8度，抗震重要性修正系數取Ci=1.7，綜合影響系數取Cz=0.25。采用理正軟件分三種工況(天然狀態下的工況、暴雨或連續降雨狀態下的工況、地震作用下的工況)分別進行計算，以滑坡推力最大的地震作用狀態下的工況進行抗滑設計，滑坡推力見表2。

表2 滑坡推力計算結果

5 工程處治方案

滑坡體上部較平緩且坡體較高，從滑坡推力計算結果分析，上部1號、2號塊剩余下滑力僅占總下滑力的22%，削方卸載起不到根治滑動作用且有可能引起后緣以上部分的次生滑動?；麦w前緣位于自然坡體中部，無堆載反壓條件。考慮到滑坡體推力最大處位于3號塊端部，結合地形地質情況，在填方坡腳(3號、4號塊結合部)采用抗滑樁或框架錨索最經濟合理?；瑒用嬉韵氯L化泥巖性狀軟弱，強度較低，不利于作為錨固層，如錨固于其下部的強風化泥巖層，所需的錨索長度超過50 m，施工工藝復雜且質量難于控制。經綜合分析比較各種處理措施，采用抗滑樁處理該段滑坡最為適宜。

6 抗滑樁設計

福銀高速公路(G70)為國家高速主干線，處于通車運營中且交通量大，傳統的人工挖孔方樁施工周期長、施工效率低、安全性差，挖孔長時間的暴露容易引起滑體加速變形及塌孔等情況的發生，設計采用施工速度快、成孔安全的旋挖鉆孔灌注圓樁。根據滑坡體下滑力計算結果，在下滑力最大處(3號、4號結合處)填筑施工平臺，沿下滑力垂直方向設置兩排抗滑樁形成復合土拱效應[4]，按梅花形布設，樁徑2 m，樁間距4 m，樁長20 m，共設置34根?？够瑯镀矫娌贾靡妶D3，橫斷面布置見圖4。

計算中假定荷載按矩形分布，樁底支承條件為鉸接，樁體嵌入滑動面以下10 m，采用GB 50010—2002混凝土結構設計規范中推薦的M法進行計算[5]，擋土側最大彎矩20 793 kN·m，距離樁頂12.4 m，最大剪力3 771 kN,距離樁頂15.6 m，樁頂最大位移83 mm。樁體內力計算結果見圖5。

根據樁體內力計算結果，抗滑樁主筋采用非對稱布置，樁背側(靠山體受拉側)主筋加密，受拉側120°范圍內主筋間距136 mm，其余范圍主筋間距272 mm。樁身長度范圍內主筋非等長布設，1號主筋通長布設；1′加強筋自樁頂起向下5.5 m處開始對縱向主筋加密，加密長度12.5 m；1″加強筋自樁頂起向下 8 m處開始對縱向主筋加密，加密長度8 m。樁體配筋見圖6。

7 方案合理性對比分析

同樣的工況下，如采用抗彎剛度大的人工挖孔樁，需設置2×3 m矩形樁13根，樁間距6.0 m。人工挖孔方樁較旋挖鉆孔圓樁工程費用低12%，但施工工期卻增加了3倍。對于新建工程，人工挖孔方樁經濟優勢明顯，但對于運營中的公路及搶險工程，旋挖鉆孔圓樁施工工期短、對滑體蠕變影響小、施工方便、安全性好，大大減小了封閉及繞行對交通的影響，雖然造價較高，但綜合分析看，采用旋挖鉆孔圓樁是合理的。

8 結語

目前國內抗滑樁絕大多數以人工挖孔矩形樁為主，圓樁工程實踐較少，缺少相關研究，究其原因，主要是圓樁樁后土拱效應難以形成，有效截面慣性距較小，計算較為復雜。工程中可以通過梅花形布樁，非均勻布筋等措施予以優化，從而充分發揮機械化快速施工，安全高效的優勢。該項目滑坡治理后，通過連續2年多的變形和應力監測，結果顯示滑坡體已處于穩定狀態，表明旋挖鉆孔圓樁在治理運營中的公路及搶險工程滑坡是適宜的。