云茂高速TJ7標(biāo)邊坡滑塌分析及抗滑樁施工

曹正

(廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 250102)

邊坡混凝土抗滑樁施工常用于對(duì)傍山險(xiǎn)路等危險(xiǎn)路段即將滑落的碎石和滑石體的控制固定，在應(yīng)對(duì)山體滑坡方面的效果顯著。相關(guān)施工的工作原理是將抗滑樁體的滑樁深入滑體和泥石流的底部，穩(wěn)定滑石結(jié)構(gòu)，阻斷滑石進(jìn)一步下滑，可有效彌補(bǔ)地基基礎(chǔ)的不足，在淺層、中厚層滑坡的應(yīng)用取得了良好的效果，因施工快捷，不會(huì)產(chǎn)生過多土方量，成為主要的抗滑處理方法。相關(guān)施工對(duì)于施工工藝的控制要求非常嚴(yán)格，對(duì)于確保工程的有序推進(jìn)意義重大。

1 工程概況

K49+065～K49+420路塹右側(cè)邊坡位于云浮羅定至茂名信宜(粵桂界)高速公路TJ07標(biāo)，邊坡全長355 m，最大坡高為35 m。線路走向240°，邊坡傾向約150°。距坡頂開挖線3 m附近有一條地方改路。工程施工開始后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)復(fù)雜多變，含砂質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖、坡殘積巖等，存在多種分質(zhì)界面，地質(zhì)復(fù)雜多變。在進(jìn)一步施工中，由于由于連續(xù)暴雨，坡體開挖至二級(jí)時(shí)，現(xiàn)場施工人員發(fā)現(xiàn)坡頂多處出現(xiàn)多條橫縱向裂縫，裂縫寬約2～8 mm，在K49+065～K49+220二級(jí)坡腳處出現(xiàn)三處涌水，K49+220處人字骨架底部漿砌片石已發(fā)生往外突出現(xiàn)象。經(jīng)監(jiān)測，地表最大水平位移點(diǎn)為G-WY-1，最大累計(jì)位移量X:-60.4 mm、Y:-85.7 mm，最大累計(jì)位移為104.8 mm。深層位移SC-12最大累計(jì)位移A向-0.62 mm、B向2.33 mm；最大累計(jì)合位移2.34 mm，最大合位移速率5.57 mm/d。邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)。

2 施工重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

2.1 滑坡成因分析

查明滑坡的類型和性質(zhì)，并分析滑動(dòng)產(chǎn)生的原因，是制定邊坡抗滑樁施工方案的重要依據(jù)。在本案例中，病害出現(xiàn)后，對(duì)發(fā)生邊坡變形地段增設(shè)了16根位移樁，用于持續(xù)監(jiān)測此高邊坡的變形。

通過對(duì)每個(gè)監(jiān)測孔進(jìn)行監(jiān)測，收集到監(jiān)測數(shù)據(jù)證實(shí)，斷面1(主滑面)監(jiān)測孔有SC-3、SC-3新、SC-4、SC-7.SC-10、SC-13.SC-14、SC-16，其中僅SC-3、SC-3新、SC4、SC-7孔數(shù)據(jù)穩(wěn)定有明顯拐點(diǎn)；斷面2監(jiān)測孔有SC-1、SC-2、SC-11，其中僅SC-1、SC-2孔數(shù)據(jù)穩(wěn)定有明顯拐點(diǎn)；斷面3監(jiān)測孔有SC-8、SC-9，其中僅SC-8孔數(shù)據(jù)穩(wěn)定有明顯拐點(diǎn)。出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)的監(jiān)測孔數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 主要監(jiān)測孔數(shù)據(jù)一覽表

根據(jù)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，較全面的了解了滑坡的基本情況，并就形成滑坡的主要原因分析如下。

地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造。本案例工程施工區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，構(gòu)成坡體的巖層，上部為第四系松散層，如殘積粉質(zhì)粘土，下部為全～強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，風(fēng)化強(qiáng)烈星半巖半土狀，強(qiáng)度極低；下部為變質(zhì)砂巖與花崗巖侵入接觸帶位置，花崗巖后期侵入，導(dǎo)致坡面巖體產(chǎn)狀復(fù)雜。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，滑面為變質(zhì)砂巖和花崗巖不整合接觸帶。

地形地貌。滑坡地處山體中前部平緩位置，坡度角約10°，其上部較陡，自然坡度角達(dá)16°～24°，中部為較緩寬平臺(tái)，易匯水，遭遇強(qiáng)雨水天氣時(shí)易形成滑坡。

雨水作用。特大暴雨期雨水透過較厚的殘積層及全風(fēng)化層下滲，滑體殘積層及全風(fēng)化層含水率增大。下伏滑床主要為強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，其界面為滯水面，長期雨水下滲作用使滑帶土體軟化、層間結(jié)合力變差、抗剪強(qiáng)度降低。

人類工程活動(dòng)。坡體開挖前處于穩(wěn)定狀態(tài)，坡體開挖后，破壞了原巖土體平衡條件，為邊坡滑移提供了剪出空間。

受以上因素影響，在邊坡施工過程中，原巖土體的平衡條件被打破，在雨水下滲作用下變質(zhì)砂巖與花崗巖侵入接觸帶不斷軟化、導(dǎo)致巖土體抗剪強(qiáng)度降低，當(dāng)滑體下滑力大于滑面的粘阻力時(shí)，逐漸形成工程滑坡。

2.2 工程方案設(shè)計(jì)參數(shù)選取及計(jì)算

(1)滑動(dòng)面確定

依據(jù)16個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果，明確了CX-3孔下20 m處出現(xiàn)拐點(diǎn)，位移曲線發(fā)生突變點(diǎn)深度為滑面控制點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查邊坡形成剪出口位置及后緣裂縫位置分布特征，以及坡體巖士體特殊的結(jié)構(gòu)分布和變質(zhì)砂巖與花崗巖不整合接觸帶位置，淺部高阻層可解釋為松散層覆蓋土，中部為相對(duì)低陽區(qū)為變質(zhì)砂巖、花崗巖不整合接觸面，后緣松散層面角度約25°。

(2)參數(shù)選取及計(jì)算

通過現(xiàn)場勘測，對(duì)巖土C、φ值及重度等數(shù)據(jù)進(jìn)行選取。因坡體現(xiàn)狀已基本形成滑面，關(guān)于滑面強(qiáng)度參數(shù)的選取不能按巖土體強(qiáng)度計(jì)算，根據(jù)對(duì)K49+280主滑斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)和變形情況的分析，最深開挖處的邊坡穩(wěn)定系數(shù)取值為1.05，重度取1 KV/m'，滑面傾角為6°，由此反算得出滑面內(nèi)聚力8 KPa，內(nèi)摩擦角取9.5°。

根據(jù)滑坡病害的具體情況，為防止滑坡進(jìn)一步發(fā)展而造成對(duì)高速公路正常營運(yùn)的影響，利用反演分析法確定滑面力學(xué)指標(biāo)及下滑力，取安全穩(wěn)定系數(shù)K=1.2，按原設(shè)計(jì)坡形坡率，剩余下滑力為3 309.65 KN；按卸載后坡形坡率，剩余下滑力為2 745.96 KN。

并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù)，重新調(diào)整邊坡抗滑樁施工方案。按照處理方案，抗滑樁設(shè)計(jì)情況如下:卸載原第三、四級(jí)邊坡，在二級(jí)平臺(tái)上采用雙排圓柱設(shè)計(jì)，一級(jí)平臺(tái)上采用單排圓柱設(shè)計(jì)，前后排樁凈間距6 m，柱縱向間距5 m，樁基尺寸采用2 m，單排抗滑樁采用冠梁連接在一起，雙排樁采用連梁連接在一起。

3 施工方案

根據(jù)施工現(xiàn)場情況，確定抗滑樁施工方案：K49+065～K49+420路塹邊坡處置范圍內(nèi)的抗滑樁共有129根，樁徑均為2 m，其中Z1～Z34號(hào)樁長25 m，Z43～Z50號(hào)樁長30 m，Z35～Z42、Z51～Z129號(hào)樁長35 m，樁基混凝土為C30。單排樁無錨索時(shí)，冠梁截面為矩形；有錨索時(shí)，為五邊形。雙排樁：靠近路基一側(cè)樁，平臺(tái)面以下鉆孔深度為36 m，澆筑35 m；遠(yuǎn)離路基一側(cè)樁，平臺(tái)面以下鉆孔深度35 m，澆筑34 m，冠梁上預(yù)留兩孔錨索。樁中心間距5 m，雙排樁凈間距6 m；表中樁號(hào)為K49+200相對(duì)樁號(hào)，樁位以坐標(biāo)為準(zhǔn)。施工前，復(fù)核樁位。根據(jù)地質(zhì)條件、樁基礎(chǔ)根數(shù)、施工安全、工期目標(biāo)等綜合考慮，采用旋挖鉆鉆進(jìn)成孔。混凝土灌注采用垂直導(dǎo)管法利用Φ325×8 mm導(dǎo)管灌注水下混凝土，施工工期為6個(gè)月。施工計(jì)劃如表2所示。

表2 抗滑樁施工計(jì)劃

根據(jù)施工方案要求，制定施工工藝流程，如圖1所示。

圖1 抗滑樁施工工藝流程

3.1 施工準(zhǔn)備

開始施工前，對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行清理，將雜物、積水等影響施工的因素進(jìn)行排除。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場場地情況，以兩根樁共用一套泥漿循環(huán)系統(tǒng)的原則設(shè)置泥漿池。泥漿池與泥漿泵、沉淀池以及進(jìn)出泥漿槽等共同組成泥漿循環(huán)系統(tǒng)。

3.2 護(hù)筒制作、埋設(shè)

鋼護(hù)筒采用Q235板材卷制，在工廠內(nèi)制造。鋼護(hù)筒制造施工流程為:板材定制、采購→劃線、號(hào)料和切割→將板材沿長度方向接長，拼縫開V形坡口→接縫處磨光整平→卷制鋼護(hù)筒短節(jié)→將短節(jié)組焊成吊裝節(jié)。

鋼護(hù)筒埋設(shè)采用挖埋配合機(jī)械下壓的方法施工。鋼護(hù)筒埋設(shè)后各方向傾斜度不超過1%，平面偏差不超過50 mm，具體參數(shù)如表3所示。

表3 鋼護(hù)筒參數(shù)表

3.3 泥漿備制及循環(huán)系統(tǒng)

選擇用于制作泥漿的粘土塊并將其打碎，采用鉆具沖擊成孔將粘土原料投入孔底，利用沖擊鉆頭上下沖擊，攪拌成泥漿。泥漿性能指標(biāo)如表4所示。

表4 泥漿性能指標(biāo)

新鮮泥漿由泥漿泵從泥漿池泵送孔底，孔底的鉆渣被泥漿懸浮至孔口后，沿泥漿槽順流至沉淀池，砂石靜置沉淀后，通過泥漿泵抽入泥漿池形成循環(huán)。

粗顆粒鉆渣清理干凈后，在護(hù)筒口架設(shè)一臺(tái)泥漿泵，經(jīng)濾砂器去除泥漿中細(xì)粉砂后，直接排入泥漿池形成新的泥漿循環(huán)，直至含砂率滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 抗滑樁鉆進(jìn)施工

(1)鉆孔。采用泥漿護(hù)壁成孔工藝進(jìn)行鉆孔，泥漿在鉆孔過程中可起到護(hù)壁作用，泥漿采用膨潤土、火堿以及纖維素的混合材料，用攪漿機(jī)在泥漿池中攪拌好泥漿后，由泥漿泵入孔內(nèi)，旋挖鉆均勻緩慢鉆進(jìn)。

(2)鉆進(jìn)。進(jìn)行抗滑樁鉆進(jìn)施工時(shí)，鉆進(jìn)開始階段就采用低速鉆進(jìn)，主卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩承擔(dān)不低于鉆桿、鉆具重量之和的20%，以保證孔位不產(chǎn)生偏差。當(dāng)鉆進(jìn)位置到達(dá)護(hù)筒底以下3 m后，可以提高鉆速采用高速鉆進(jìn)，鉆進(jìn)速度與壓力有關(guān)，采用鉆頭與鉆桿自重摩擦加壓，150 MPa壓力下，進(jìn)尺速度為20 cm/min；200 MPa壓力下，進(jìn)尺速度為30 cm/min；260 MPa壓力下，進(jìn)尺速度為50 cm/min。

(3)終孔。當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)高程后，停止鉆時(shí)，并通過檢測鉆渣進(jìn)行地質(zhì)情況核實(shí)。

(4)清孔。通過檢測符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后，立即進(jìn)行清孔。清孔后的孔內(nèi)泥漿性能及孔底沉渣必須經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)滿足規(guī)范要求。孔內(nèi)泥漿指標(biāo)參數(shù)如表5所示。

表5 清孔后孔內(nèi)泥漿指標(biāo)參數(shù)

3.5 鋼筋籠制作安裝

(1)鋼筋籠制作。鋼筋籠以鋼筋12 m定尺長度分節(jié)，最重為17.9 t，最長為35 m。由加工車間制作完成后，由專用吊具運(yùn)輸、吊裝，防止吊運(yùn)時(shí)損壞或變形。分段鋼筋籠縱向連接，全部采用滾軋直螺紋套筒接頭。

(2)鋼筋籠起吊。采用汽車吊機(jī)大小雙鉤起吊鋼筋籠，先將汽車吊機(jī)大鉤吊鋼筋籠上端，小鉤吊鋼筋籠下端，將鋼筋籠水平吊起后，大鉤起、小鉤落，使鋼筋籠逐步豎立。

(3)鋼筋籠對(duì)接。鋼筋籠對(duì)接時(shí)，底節(jié)鋼筋籠固定于護(hù)筒口，套筒和箍筋安裝完成后下放定位。下放過程中根據(jù)設(shè)計(jì)，要求安裝保護(hù)層墊塊。

(4)鋼筋籠定位。鋼筋籠定位需從豎向和水平兩個(gè)方面進(jìn)行。豎向定位時(shí)，在孔口處設(shè)兩根“型鋼扁擔(dān)”，鋼筋籠下放至孔內(nèi)后，將2根定位鋼筋與鋼筋籠主筋聯(lián)接，然后將定位鋼筋頂部穿過型鋼扁擔(dān)，整體下放至設(shè)計(jì)位置；水平定位時(shí)，在鋼筋籠外側(cè)設(shè)置鋼筋籠限位，控制鋼筋籠的平面位置。

3.6 混凝土灌注

(1)混凝土配合比

在施工前開展混凝土配合比的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，經(jīng)監(jiān)理工程師根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定好符合設(shè)計(jì)要求的混凝土配合比后，進(jìn)行抗滑樁混凝土制作，具體要求為:抗滑樁混凝土選用可泵性、和易性較好的C30水下混凝土，混凝土坍落度為18～22 cm，初凝時(shí)間不少于12 h，其中水泥成分為42.5PII硅酸鹽低堿水泥，摻合料為粉煤灰、礦粉，砂選用細(xì)度模數(shù)為2.3～3.0的中砂，碎石為壓碎值和吸水率分別小于10%、2%的石灰?guī)r，水采用檢測合格的淡水，外加劑選用的混凝土外加劑。

(2)水下混凝土灌注

采用垂直導(dǎo)管法和閥門+隔水栓的方式進(jìn)行樁身水下混凝土灌注施工。在混凝土到達(dá)現(xiàn)場后，第一時(shí)間做混凝土試塊，每根樁2組、6塊，放入樁基旁的試塊盒內(nèi)養(yǎng)護(hù)，留存。采用φ325×8 mm導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土灌注，混凝土采用攪拌車通過便道運(yùn)至現(xiàn)場，初灌時(shí)由儲(chǔ)料斗和料斗儲(chǔ)存混凝土，初灌成功后，即可移除儲(chǔ)料斗，拆除料斗，在導(dǎo)管口上安裝漏斗，進(jìn)入正常灌注過程。開始灌注首批混凝土?xí)r，混凝土儲(chǔ)量應(yīng)滿足導(dǎo)管初次埋深1 m。在檢測符合要求后即可進(jìn)行正常灌注。灌注完畢后，要及時(shí)清洗好灌注工具。在混凝土初凝后、終凝前進(jìn)行鋼護(hù)筒拆除，為了防止孔位處土體坍塌，對(duì)樁頭造成破壞，對(duì)鋼護(hù)筒頂部1 m深度的周邊區(qū)域進(jìn)行浮土清除，然后再使用吊機(jī)設(shè)備拔出鋼護(hù)筒。

4 結(jié) 語

建筑工程邊坡抗滑坡施工的開展，需在詳細(xì)了解施工區(qū)域的氣候和地貌、水文情況后，合理調(diào)整工序、組織施工，在施工過程中有效控制施工工藝和施工計(jì)劃，積極發(fā)現(xiàn)安全隱患并且加以控制，這樣才能保障建筑工程的社會(huì)效益。

在開展高速公路邊坡抗滑坡施工時(shí)，其重點(diǎn)、難點(diǎn)主要體現(xiàn)在對(duì)滑坡原因分析和滑坡推力計(jì)算兩個(gè)方面。滑坡原因分析為工程施工方案的確定提供依據(jù)，滑坡推力計(jì)算則用于施工技術(shù)的選擇和施工工藝的確定。

(1)在進(jìn)行滑坡原因分析時(shí)，需根據(jù)鉆探資料及結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查，查明滑坡的類型和性質(zhì)，同時(shí)結(jié)合地質(zhì)與坡面產(chǎn)出關(guān)系、風(fēng)化狀態(tài)、氣候、人為因素等多個(gè)角度分析滑動(dòng)產(chǎn)生的原因。

(2)計(jì)算滑坡推力時(shí)，需注意滑坡推力的分布受滑坡類型、部位以及地質(zhì)條件等多方面因素的影響，是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。受雨水滲透影響，道路地層中存在許多液體，由此導(dǎo)致道路邊坡土質(zhì)的強(qiáng)度和密實(shí)度下降，使土層中分布的不均勻塑性滑體出現(xiàn)塌陷問題，可結(jié)合實(shí)際情況確定抗滑樁施工技術(shù)。一般可基于極限平衡理論中的傳遞系數(shù)法采用極限平衡分析法計(jì)算滑坡推力。