捆綁式抗滑樁在治理堆積體滑坡中的應用分析

任友云

（紅河公路局，云南紅河661100）

0 引言

堆積體滑坡為地質災害通常的表現形式之一，其發生的誘因較多，山區公路上一旦發生此類災害，就會造成交通中斷，對地方的社會經濟影響較大，故需要采取一種快捷、安全的處理方式來解決這一問題[1]。捆綁式抗滑樁在治理堆積體滑坡，特別在臨水路段具有獨特的優勢。捆綁式抗滑樁應用旋挖鉆機成孔，避免了雨季的干擾、地下滲水大等人工挖孔難以解決的問題，其借助于可靠的力學計算模式，使得抗滑坡推力的力學機理得以掌握，隨之應用到工程實踐中，并取得良好效果。

1 項目概況

云南省某二級公路修建在已穩定多年的老滑坡堆積體中下部，以半幅高填、半幅淺挖形式從電站庫區的山腰穿行通過，地面橫坡陡峻、高山地貌、植被茂密。公路現狀為左側設樁基擋土墻，瀝青混凝土路面，路段位于曲線上，其中有100m 為臨水路段。由于填方側臨水，原設計采用樁基擋土墻支擋，當電站庫區水位蓄水時，能淹沒部分墻身，2018年6月下旬該路段因遭遇連續強降雨，電站庫區水位快速上升，反浸路基后誘發堆積體在地層分界處形成滑動，導致公路左側樁基擋墻墻身傾覆，下部樁基、承臺在滑推力作用下位移變形破損，致使該段路基坍落，交通中斷，為恢復公路安全運行，需要進行快捷處治。

2 捆綁式抗滑樁的結構及效果分析

2.1 一般結構形式

捆綁式抗滑樁重點是將緊靠的兩根及兩根以上的圓形截面樁合理的組合到一起，樁底適當嵌入穩定巖體，樁頂使用冠梁連接，使截面抗彎性能得到明顯改善，此類結構被視為數根圓樁于頂及底端捆綁連接的整體式抗滑支擋結構。

這些樁可以根據堆積體下滑力的大小，數量上采用雙樁組合或多樁組合，截面上分為矩形組合或T 形組合，如圖1所示。樁徑上分為相等樁徑組合或不等樁徑組合。根據現場地勘等情況，通過計算來選擇不同的、能夠充分利用材料的橫截面形態的組合形式。

2.2 效果

通過將數根樁合理地組合到一起，能夠實現頂部和底部的合理聯結，從最大程度地維護好樁的受力狀態，促使著整體受力模式更加貼近矩形樁受力特征，體現出理想化的抗彎效果[3]。捆綁式抗滑樁因樁間貼合緊實，為合理的減小互擾的概率，工藝上考慮到樁受力狀態的差異，一般采取先施工受壓樁，當其強度達到60%以上之后，再施工受拉樁，最大程度地降低施工干擾，確保抗滑效果更加的理想。

2.3 與矩形樁的抗彎性能理論分析對比

采用橫截面積相近的1.25m×1.5m 矩形樁與2×Φ1.0m 捆綁式抗滑樁，進行不同樁型的對比分析。

利用材料力學的分析方法，假定為純彎曲，彎曲正應力在橫截面上離中性軸距離越遠處，正應力越大，則最遠端正應力最大σ max=MУ max/Iz=M/Wz。Wz稱為抗彎截面系數，其值與橫截面的形態和尺寸有關。當σ max一定時，Wz越大，截面承受的彎矩M越大。因此，可以通過比較Wz來判斷截面抗彎性能。

矩形截面：

捆綁樁：

采用單位截面材料的抗彎截面系數進行對比和材料抗彎效能系數：e=Wz/A對比，將兩種樁型截面代入上述公式，計算結果見表1。

表1 兩種樁型抗彎性能比對表

由表1 可見，顯然捆綁樁抗彎效能高于矩形樁，但在實踐中，考慮捆綁樁兩樁相切處兩邊所夾土在成孔時會掉落，仍然要用混凝土填充，那么實際截面變為2m2左右，故在面積相近的截面條件下，捆綁樁的抗彎效能稍遜于矩形樁。

3 捆綁式抗滑樁在治理堆積體滑坡中的應用

3.1 方案設計

3.1.1 滑坡形態及規模

該項目堆積體滑坡平面形態呈圈椅形，滑坡體主要為第四系填土及全風化花崗巖，滑坡變形運動模式為牽引—推移復合式，滑坡類型為淺層小型滑坡。

3.1.2 滑體穩定狀態及發展趨勢

據地勘鉆探揭露，滑坡體主要為原堆積體及路基填方上的礫質黏性土，顏色為黑色，松散、潮濕。滑床主要為全風花崗片麻巖。根據計算，滑坡在不利工況下處于不穩定狀態，滑坡體仍然向前緣滑動，處于蠕動變形中，對公路上過往車輛及行人安全構成危害，需及時進行處治。

3.1.3 方案擬定

此次處治結合旋挖鉆機等施工設備，施工工藝較成熟，施工效率高。根據現場實際情況，擬采用捆綁式抗滑樁和樁板墻結合方案進行該段路基滑坡的治理。其中滑動面以上樁體自由段長度17m，樁頂以上路基填方高2m，滑動面以下錨固段長度11m，錨固層巖性為底部4.6m 中風化片麻花崗巖（③3 層）和10m強風化片麻花崗巖（③2 層）。抗滑樁擬采用3×Φ 1.5m 捆綁樁，內側距離路肩3m 布置，樁束間距6m。

3.2 下滑推力的計算

對該段滑坡按條分法，條寬10m 左右，算法按《公路路基設計規范》（JT GD30—2015）要求的傳遞系數法計算。依據地勘資料，②層（滑坡堆積體）滑動殘余剪切試驗C=18.8kPa，Φ=14.5o，根據現場容重測試和鉆孔中取樣室內試驗結果綜合確定滑體巖土天然重度取18kN/m3。

在自重工況和自重＋地震工況下，傳遞至樁板墻的邊坡的剩余下滑力分別為1546.93kN/m 和1305.63kN/m，土壓力作用模式為三角形分布，故間距為6m 捆綁式抗滑樁，單根捆綁樁分擔的作用力kNEx= 1546.93×6 = 9281.58kN，樁板墻和捆綁樁及帽梁豎向高度合計19m，則對應三角形分布的底部線集度為2×9281.58/19＝977.01kN/m。

3.3 樁身內力及變形計算

捆綁樁目前還處在探索階段，準確的空間受力模式有待實踐認知。本計算采用“m”法，建立捆綁樁的空間計算模型，見圖2、圖3、圖4、圖5。

圖2 模型圖

圖3 邊界條件

圖4 樁間接觸

圖5 土壓力加載圖

圖2 為Midas Civil 軟件建立的捆綁樁模型，圖3為抗滑樁嵌入段的土彈簧，圖4 為模擬抗滑樁之間無相對滑動的控制連接。地勘中滑動面以上成分為路基填筑土，滑動面以下為強風化片麻花崗巖（③2 層），取m＝60000kPa/m2。由于精確的捆綁樁受力模式目前尚在探索，此次考慮土彈簧的空間作用，按照所有水平推力F 由最后面兩根樁承擔，然后通過樁土接觸，傳給前一根樁，以此計算各樁的內力及變形，如圖5所示，樁頂通過冠梁固接聯系。水平推力按三角形分布加載于滑動面以上的樁身，見圖6。

圖6 傳力模式圖

在滑坡推力作用下，各樁身彎矩見圖7，圖中數據示出最大值的10% 數值。其中1 號樁的樁身彎矩最大，最大位置約為滑動面位置，最大彎矩值為9729.8kN/m。

圖7 三根樁彎矩圖

樁身縱向主鋼筋52Φ32 配筋非均勻配置，采用Midas 程序的彎矩曲率功能計算該非均勻配筋截面的屈服彎矩，經計算，圓形截面屈服彎矩為10302kN/m，大于下滑推力作用下的樁身最大彎矩9729.8kN/m，樁身強度設計滿足使用要求。在滑坡推力作用下，各樁身變形如圖8所示，數據顯示出所有節點位移數值，其中捆綁樁樁頂位移0.059m，小于捆綁樁懸臂長度10m 的1/100（10cm）；樁板墻頂部位移0.094m 小于整體懸臂長度18m 的1/100（18cm）；滑動面處的位移值為0.004m，滿足采用“m”法計算樁身內力的變形要求(6mm)，故樁身位移滿足規范要求。經以上計算，捆綁樁在計算土壓力作用下，樁身強度和剛度均滿足規范要求。

圖8 三根變形圖(單位：m)

3.4 治理階段

3.4.1 總體施工步驟

施工準備—施工放樣—捆綁樁—冠梁—樁板墻—回填—鋪筑路面—驗收。

3.4.2 捆綁樁施工工序

確定樁位和排漿措施—測量放樣—埋置護筒—鉆機就位—挖泥漿池和清水池—調試機械設備—開機鉆進—終孔報檢—吊放鋼筋籠安裝聲測管—檢驗導管和安裝導管—二次清孔—報檢—灌樁體水下混凝土—破樁頭—樁基檢測—進行下道工序。

3.4.3 捆綁樁重點工藝施工說明

該捆綁式抗滑樁是將緊靠的三棵圓形截面的鉆孔灌注樁組合而成，樁底一般嵌入巖體，樁頂用冠梁連接而成，使其截面抗彎性能改善，該結構可看作是數根圓樁在頂和底端都被捆綁連接的一種整體式抗滑支擋結構，采用旋挖鉆孔施工，其施工工藝與灌注樁一致，成孔時應隔樁開挖，避免震動對相鄰未達強度的樁體造成損傷。

4 結語

目前，抗滑樁作為滑坡治理工程中被廣泛應用的抗滑支擋結構，其抗滑效果在工程中是得到認可的，鑒于捆綁式抗滑樁作為一種新型的抗滑支擋結構，其還沒有在工程當中被廣泛地采用。通過概述，基本了解了捆綁式抗滑樁的結構形式及效果分析，依照相關項目的實踐情況，認識到具體的施工方案以及在堆積體滑坡中捆綁式抗滑樁的實際利用成效，旨在為同類型工程的開展提供借鑒。