公路路基抗滑樁施工技術(shù)的應(yīng)用研究

歐陽旭 寧夏華吉公路工程監(jiān)理咨詢有限公司

在公路施工中，抗滑樁能夠有效解決滑坡問題。通過多年實(shí)踐研究可知，抗滑樁能夠抵抗外界不良因素的影響，具有較強(qiáng)的可靠性，有著良好的應(yīng)用效果，在各種公路施工中得到廣泛應(yīng)用。但是我國幅員遼闊，各個(gè)地區(qū)的環(huán)境、地質(zhì)等條件差異明顯，雖然抗滑樁有著良好的應(yīng)用效果和較強(qiáng)的適用性，但是在具體施工細(xì)節(jié)處理方面仍然可能存在一些不足，對整體施工質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。為此，相關(guān)工作者要提高對抗滑樁施工細(xì)節(jié)的關(guān)注，提高施工技術(shù)水平，優(yōu)化施工質(zhì)量，切實(shí)發(fā)揮出抗滑樁的作用。

一、抗滑樁施工技術(shù)原理

公路路基厚層和淺層抗滑處理的關(guān)鍵技術(shù)為抗滑樁施工，其作用是為滑坡體提供支撐滑動力，加強(qiáng)路基邊坡的穩(wěn)定性。針對滑坡具體位置選取適合挖掘基槽，采用混合材料結(jié)合灌注方式形成一個(gè)圓柱形樁型結(jié)構(gòu)，以對抗基槽四周傳來的荷載作用。抗滑樁施工技術(shù)對應(yīng)的技術(shù)要求較高，同時(shí)需要專門的機(jī)械和人員來完成，在使用過程中結(jié)合施工環(huán)境以及基層原材料的不同來制作出不同結(jié)構(gòu)的柱形樁結(jié)構(gòu)，通常使用木樁、混凝土樁等，抗滑樁施工技術(shù)可有效解決高速公路中典型的滑坡問題，由于山區(qū)高速公路修建的特殊性，當(dāng)遇到降雨天氣時(shí)，公路會出現(xiàn)陡坡現(xiàn)象，降低了公路路基的整體穩(wěn)定性和安全性，長時(shí)間影響下路面則會出現(xiàn)滑坡問題。而抗滑樁施工技術(shù)可有效解決此類問題，更好地提高公路密實(shí)度和邊坡結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并可以有效延長路基壽命，減少不必要的翻修養(yǎng)護(hù)等作業(yè)。

二、公路路基抗滑樁施工技術(shù)的應(yīng)用

（一）邊坡支護(hù)方案

邊坡防護(hù)采用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁支護(hù)，該方案一般適用于巖質(zhì)滑床，主要由抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索組成樁—錨支擋體系，共同抵御滑坡體下滑，錨索應(yīng)錨固于穩(wěn)定的巖層中。這種方法已經(jīng)在道路水利等邊坡治理工程領(lǐng)域得到廣泛使用。和普通的抗滑樁受力狀態(tài)不同，它通過在樁頂施加一個(gè)拉力，改變普通抗滑樁的懸臂受狀態(tài)，受力更加合理，是一種主動抗滑結(jié)構(gòu)，其基本的力學(xué)模式可以等價(jià)為簡支梁或者其他超靜定結(jié)構(gòu)，具有樁身彎矩小，剪力相對小，樁身截面尺寸及配筋合理等特點(diǎn)。本工程為保障立雪書院結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，初步考慮抗滑樁施工方案先開挖樁頂土石方，形成工作面，然后開挖基坑，灌注樁身，待樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的 75%，再開挖樁前土石方。考慮到本工程施工條件較差，推薦采用水磨鉆法挖孔施工，抗滑樁按跳樁開挖基坑，基坑護(hù)壁采用鋼套筒，鋼套筒直徑 1.3 m，壁厚 12 mm，樁身混凝土的強(qiáng)度等級為 C35。對于有滑動跡象、順層、滑坡段或需快速施工時(shí)，宜采用速凝或早強(qiáng)混凝土，樁與樁之間設(shè)置軟式透水管。樁頂冠梁處通長設(shè)砂夾卵石反濾層，反濾層厚度為0.3 m，反濾層下部設(shè)置夯填黏土防滲層。

（二）施工關(guān)鍵點(diǎn)

在具體施工中要保證按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)控制混凝土厚度、混凝土的強(qiáng)度和鋼筋的實(shí)際用量。如果存在較多的地下水或者遇到強(qiáng)降雨，可以采用排水或者攔截措施避免水體嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。具體施工中，要注意嚴(yán)格遵守施工流程。第一，施工單位要全面清理施工現(xiàn)場，確保現(xiàn)場干凈整潔。在清理前要封閉交通，對該路段進(jìn)行徹底清掃，避免存在垃圾，然后由專業(yè)的人員利用測量設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場測量，將路面基槽的具體挖掘位置確定。第二，測量放樣。測量人員要合理調(diào)試設(shè)備，明確設(shè)計(jì)圖紙要求，明確設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，測定相關(guān)數(shù)據(jù)，然后做好相關(guān)數(shù)據(jù)的修改，為施工質(zhì)量的優(yōu)化提供保障。第三，挖掘。整體挖掘工作要在數(shù)據(jù)確認(rèn)無誤后方可開展，在挖掘前，要合理設(shè)置每個(gè)孔洞之間的距離。在完成挖掘后要徹底清理干凈每個(gè)孔洞，將清理的碎石塊和土塊運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)，避免和抗滑樁材料混合對施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。第四，做好支護(hù)工作。通常采用鋼板作為支護(hù)材料，通過科學(xué)設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)可以將孔洞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提高，有助于孔洞抗拉能力的提升。第五，混合制作和澆筑柱形樁，用機(jī)械設(shè)備完成這項(xiàng)工作，同時(shí)要用測量儀器精準(zhǔn)地測量澆筑過程，做好偏差的控制。可以采用分層、分段澆筑的方式，在壓實(shí)地層澆筑材料后方可進(jìn)行下一段澆筑作業(yè)。

（三）樁孔開挖

首先平整樁位場地，沿1m間隔設(shè)定排水溝，保證排水通暢。利用挖掘機(jī)結(jié)合人工進(jìn)行綜合開挖，產(chǎn)生坑壁時(shí)應(yīng)及時(shí)人工修整，鎖扣規(guī)定為樁孔上端2m處，開挖樁孔后立即進(jìn)行護(hù)壁和鎖口處理。鎖口通常高出平臺15～20cm，其制作質(zhì)量直接影響著抗滑樁施工的整體質(zhì)量，鎖口具有擋水、擋土、防坍塌等作用，結(jié)合鎖口的高程來控制樁孔的開挖深度。采用C25型鋼筋混凝土作為護(hù)壁，按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置護(hù)壁鋼筋，并及時(shí)對鋼筋質(zhì)量進(jìn)行檢查，護(hù)壁模板安裝完畢后采用孔位中心位置來校正模板固定，確保護(hù)壁的垂直度、厚度以及孔徑符合設(shè)計(jì)要求。對混凝土進(jìn)行對稱澆筑，再四周振搗，避免模板偏移，確保護(hù)壁構(gòu)成為整體，等混凝土強(qiáng)度成型后即可開始拆模。

（四）模型中的接觸作用

不同的兩物體進(jìn)行接觸，其接觸面必定存在著接觸的作用。根據(jù)有關(guān)研究表明，抗滑樁在外荷載作用下會產(chǎn)生樁-土之間的相對滑動和脫開，樁-土之間接觸面的不連續(xù)變形；樁-土之間的接觸應(yīng)力包括垂直于接觸面的正壓力以及沿切線方向和環(huán)向的剪應(yīng)力。在本文當(dāng)中，對樁-土之間的接觸采用Coulomb摩擦模型給表征，其接觸面間的接觸壓應(yīng)力為p，則摩擦模型中的極限摩擦力值為τ crit =μp，其中μ為土體與樁間的界面摩擦值，通常取值為μ=0.4。

（五）混凝土灌注

混凝土灌注質(zhì)量需嚴(yán)格控制，合理設(shè)計(jì)混凝土配合比，樁身混凝土強(qiáng)度等級選為C30，坍塌度不得小于6cm，準(zhǔn)備多項(xiàng)設(shè)計(jì)方案來保證大滲水澆筑，以便確定最佳方案。混凝土拌和均勻后運(yùn)至施工現(xiàn)場，串筒下料前及時(shí)清理孔底多余水分，快速下料并保證混凝土和串筒間距不超過2m。采用振搗棒進(jìn)行分層振搗，邊澆筑邊振搗，以浮漿厚度確定混凝土澆筑標(biāo)高，澆筑完畢后將多余浮漿清理干凈并進(jìn)行整平。

（六）錨索抗滑樁設(shè)計(jì)參數(shù)

抗滑樁的橫截面可以是矩形，也可以為圓形，尺寸的大小根據(jù)滑坡推力的大小、樁間距、地基承載力等綜合確定。工程中，抗滑樁的截面按圓形設(shè)計(jì)，直徑取 1300 mm。抗滑樁的間距既不能太大也不能太小，太大無法形成土拱效應(yīng)，太小會發(fā)生群樁效應(yīng)。樁間距的大小除了與樁受到的滑推力有關(guān)，還與樁后土體的 c、準(zhǔn)值有關(guān)，參考國內(nèi)外相關(guān)資料，對于圓形樁而言，最小間距可以取其直徑的 2.5 倍，本工程中圓形截面抗滑樁間距近似取3000mm。抗滑樁的錨索可以是單錨，也可以是多錨，為避免發(fā)生群錨效應(yīng)，錨索的間距根據(jù)設(shè)計(jì)錨固力和錨固段的錨固能力確定，錨固段間距宜取 3～6 m，最小間距不得小于 1.5 m。本工程采用單樁單錨體系，錨索間距取決于抗滑樁的間距。抗滑樁的埋置深度，對于普通懸臂樁而言，錨固深度既要滿足樁周土承載力的要求，還要滿足承載滑坡推力及樁頂允許位移要求；對于錨索抗滑樁，滑坡推力大部分由錨索承擔(dān)，樁的錨固深度只需滿足地基承載力即可，本工程中錨固樁的錨固深度取 8 m。抗滑樁樁身采用水泥混凝土澆筑，縱向受力鋼筋采用 28 根 HRB400，直徑采用 25 mm，保護(hù)層厚度取 70 mm。

（七）填筑施工引起樁板墻水平位移的變化分析

路基填筑施工的過程中，樁板墻主要受自路基向的主動土壓力作用，而發(fā)生水平向的水平位移。為了解路基填筑施工對樁板墻的影響變化影響，分別提取路基每層填筑后對應(yīng)的樁板墻水平位移值，當(dāng)路基分層填筑時(shí)，樁板墻的水平位移隨著埋筑深度的增大而逐漸減小，呈現(xiàn)曲線的變化規(guī)律；隨著路基填筑高度的增加，樁板墻的最大水平位移也逐漸增大，該現(xiàn)象主要源于樁板墻承受的土體主動土壓力和被動土壓力，樁板墻承受的主動土壓力也隨之增加，因此，其水平向位移也逐漸增大。路基每層填筑作用下的樁板墻最大側(cè)向位移位于樁頂處，其最大的側(cè)向位移值分別為5.29 mm、8.03 mm、10.14 mm、11.45 mm、12.43 mm和13.01 mm，其路基每層填筑下樁頂部的水平位移值增長率分別為 51.8%、26.3%、12.9%、8.6%和4.7%，隨著路基填筑高度的增加，樁板墻頂部的水平位移也逐漸增加，但是增長率逐漸減小，逐漸趨于穩(wěn)定。該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是：隨著路基填筑高度增加，樁板墻承受的土壓力也增大，而樁板墻頂后的被動土壓力值無變化，最終導(dǎo)致其水平位移也會增大，隨著填筑次數(shù)的逐漸增加，樁頂?shù)乃轿灰埔仓饾u趨于穩(wěn)定。

（八）樁身內(nèi)力及變形計(jì)算

對于普通抗滑樁可以根據(jù)樁的錨固深度 h 和變形系數(shù)α確定采用剛性樁或彈性樁計(jì)算模型。對于錨索抗滑樁而言，由于預(yù)拉力的存在，樁的截面尺寸及剛度較小，一般按彈性樁計(jì)算。根據(jù)滑坡體的工程性質(zhì)和厚度，推力分布圖形按矩形布置，剩余下滑力按200kN/m考慮，每根抗滑樁所受的推力按樁間距3m計(jì)算，抗滑樁總長度取20m，錨固段長度取8m，錨固段以上的樁體按受靜載作用的懸臂梁計(jì)算。錨固段以下的樁身內(nèi)力及變形計(jì)算，采用彈性地基梁模型計(jì)算。根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，對于較完整巖層和硬黏土的地基系數(shù)取常數(shù) K，風(fēng)化破碎的巖塊，樁前滑動面無超載，地基系數(shù)采用三角形分布，有超載時(shí)采用梯形分布。本工程中抗滑樁的錨固段土層為中風(fēng)化凝灰熔巖，地基系數(shù)采用“m”法。

（九）準(zhǔn)備工作

在正式施工前施工技術(shù)人員對施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地勘測，合理設(shè)計(jì)施工圖，施工技術(shù)人員均持證上崗，各項(xiàng)施工機(jī)械提前調(diào)試完畢。邊坡開挖前全面封閉各裂縫，減少滲透積水影響。挖孔前對坡面進(jìn)行開挖卸載，防止坡面滑塌加快，將土石方卸載回填至外側(cè)，并確保外側(cè)土體穩(wěn)定。整平樁位，將樁頂標(biāo)高作為基準(zhǔn)，為后續(xù)施工提供便利。施工前在相應(yīng)位置布設(shè)安全標(biāo)識，禁止外界人員和車輛進(jìn)入現(xiàn)場，做好施工防護(hù)。

三、結(jié)語

抗滑樁被廣泛應(yīng)用于高速公路滑坡治理過程中，針對特定的滑坡病害，需要應(yīng)用科學(xué)合理的治理技術(shù)獲得良好的治理效果。在施工過程中，需要掌握實(shí)際工程地質(zhì)特點(diǎn)，明確施工步驟，控制施工質(zhì)量。