旋挖樁在煤系地層滑坡處理中的應用研究

宋 威

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢 430000）

同尺寸矩形抗滑樁抗滑性能優于圓樁，一般建議采用矩形抗滑樁加固邊坡。矩形抗滑樁大多采用人工分節開挖方，在不良地層中存在施工安全性差、工期長等缺點，因此旋挖圓形抗滑樁在滑坡治理中也較為常用。

1 工程概況

水官高速為龍崗區連接深圳市區的主要交通快速干道，于2001年12月30日建成通車，2011年7月拓寬至10車道。

運營至2018年9月5日，在持續近90 d的降雨條件下，K13+320～K13+480左側邊坡出現險情，表現為滑坡后緣下錯1 m以上，各級邊坡出現大變形，坡面隆起，平臺排水溝開裂，格構梁變形嚴重、斷裂、翹起，嚴重威脅水官高速及廈深高鐵的安全。現場勘察，滑坡段沿線長約140 m，坡向縱深長約115 m，坡高約50 m，滑坡體厚6～15 m，滑動面積約12 000 m2。

2 工程地質及水文地質

2.1 工程地質

滑坡勘察場地位于NE向構造F1321南東翼以及草塘背斜南東翼。

草塘背斜兩翼對稱，軸面直立，南東翼巖層傾向為南東120°，傾角25～30°。發育次級褶皺，形態各異，常見倒轉、平臥褶曲，單個寬度約5～10 m。受F1321影響，場區發育兩個次生斷層，分別為F1、F2，F1張性斷層，表現為張性角礫巖、地下水活動形成的黃色疏松充填性黏土。

地層主要為人工填土層、第四系坡殘積土、石炭系砂巖、石炭系炭質泥頁巖以及滑帶土。滑帶土淺部主要表現為褐黃色疏松粉質黏土，深部主要為含炭、炭質泥頁巖，泥質粉砂巖及煤線，土質疏松，遇水濕滑、軟化，摩擦力迅速降低。

2.2 水文地質

本場地地下水主要為賦存于第四系覆蓋層中的孔隙水及下伏基巖的裂隙水，其透水性弱，屬弱透水層。勘探期間，未測得鉆孔地下水水位，地下水埋藏較深，地下水接受大氣降水和周邊地下水的補給，地下水位年變化幅度約1～3 m，水位及水量隨季節變化，地下水水量總體較貧乏。

3 滑坡原因分析

邊坡區構造十分發育，地層破碎，在持續強降雨的條件下，地表水入滲加載和軟化的雙重作用下，導致邊坡沿滑床發生自上而下的推擠，并將推力自頂級而下分別傳遞至各級錨索，由于坡面風化成土，在錨索受力壓載作用下坡表承載力不足，出現塑性變形破壞，導致各級錨索由上而下出現脫空、失效。后緣出現大幅度變形，前緣不同程度出現隆起，此時，除第一級邊坡錨索（1、2排）尚發揮部分抗滑力作用外，其他錨索近乎失效（僅可視為土體加筋作用），達到極限平衡狀態。

4 滑坡治理方案

4.1 應急搶險方案

滑坡出現后立即展開了頂部卸載和坡腳反壓施工，在增加坡腳抗滑作用的同時，大幅削減了邊坡頂部形成主要破壞力的物質來源，并對頂部邊坡進行了加固處理，未受到臺風破壞，有效保證了邊坡未出現進一步破壞，達到穩定狀態。

4.2 參數反演

以該項目中3-3′斷面作為典型斷面對主滑區進行分析，并對2-2′、4-4′斷面進行驗算。令邊坡飽水推移，由上而下導致坡面錨索失效，直至第一級邊坡時變形停止為極限平衡狀態，即為狀態1。令應急搶險第一階段的削頂反壓為狀態2，未受到臺風破壞，判斷其為穩定狀態。

為保守起見，令狀態1下坡體坡全安全系數為0.95，建模反算滑帶土殘余強度c=12 kPa，Φ=12°。采用反算指標計算狀態2下安全系數為1.292>1.1，與實際情況相吻合。

分別采用反算指標驗算1-1′、2-2′、3-3′、4-4′斷面在狀態1、狀態2下的安全系數，如表1所示。

表1 斷面在狀態1、狀態2下的安全系數

4.3 設計方案

原邊坡滑動后，坡體內沿滑帶土形成滑動面，計算剩余下滑力1 287 kN，建議采用抗滑樁+錨索格梁+注漿鋼錨管格梁支護。

由于旋挖樁具有施工安全、成孔快等特點，適用于營運高速公路搶險工程，因此本項目設計采用旋挖抗滑樁支護，主要采用放緩坡率、增加寬平臺和適當加固措施方案。

（1）加寬1、3、5、6級平臺寬度；

（2）1、4、6級邊坡采用錨桿框架防護；

（3）2、5級邊坡采用預應力錨索框架防護；

（4）3級邊坡采用注漿鋼錨管框架防護；

（5）2級平臺和3級部分段落采用Φ2 m圓形抗滑樁支護。

抗滑樁頂部采用冠梁連接成整體，共同發揮抗滑作用，圓形抗滑樁典型斷面如圖1所示。

圖1 圓形抗滑樁典型斷面（單位：cm）

4.4 圓形抗滑樁設計

作用于抗滑樁的外力，應計算滑坡推力（傳遞系數法計算）、樁前滑體抗力（滑動面以上樁前滑體對樁的反力）和錨固段地層的抗力。

滑動面以上樁前的滑體抗力，可通過極限平衡時滑坡推力曲線或樁前被動土壓力確定，選用其中小值。經計算，本項目3-3′截面滑動面以上樁前的滑體抗力861 kN。

滑動面以下的地基系數呈梯形分布，將樁分成若干小段，每小段內采用常數分布近似計算。

樁的變形系數計算：

式中：d——圓樁直徑，本項目取2 m；K——錨固段地基系數，取0.1×106kPa/m；E——樁的鋼筋混凝土彈性模量（kPa），且E=0.8Ec；B——樁的計算寬度（m）；Ec——混凝土彈性模量（kPa）；I——樁的截面慣性矩（m4）。

滑動面以下橫向壓應力應小于或等于地基的橫向容許承載力：

式中：i——地面橫坡（°）；σH——地基橫向容許承載（kPa）；γ1——滑動面以上土體重度（kN/m3）；γ2——滑動面以下土體重度（kN/m3）；φ——滑動面以下土體內摩擦角（°）；k1——滑動面至地面距離（m）；y——滑動面至錨固段上計算點的距離（m）。

結合《鐵路路基支擋結構設計規范》（TB 10025—2001）與《公路路基設計規范》（JTG D30—2015），驗算抗滑樁位移量，并完善圓形抗滑樁配筋設計。

5 監測方案及結果

本邊坡為一級工程，施工期間及施工后應對邊坡不同部位的變形情況進行現場監測工作，邊坡監測項目主要有坡體水平位移監測、沉降位移監測、深層水平位移監測（側斜監測）、地下水位監測和人工巡視監測。

經過監測，邊坡監測點最大累計沉降量-15 mm，最大累計位移量+13 mm，深層水平位移最小位移量為+0.95 mm，均未達到預警值，監測點沉降量、位移量、深層水平位移量變化平緩，監測期間邊坡未發生較大變形。

6 結語

綜上所述，水官高速橫坪段滑坡臨近廈深高鐵，坡頂為高爾夫球場，公路交通量大，滑坡造成的危害性大、社會影響強烈。其滑坡帶主要為炭質泥巖、炭質頁巖等煤系地層，巖質較差、埋藏深、加固難度高。結合地勘資料，通過滑坡特征及滑坡機制分析，提出了便于施工的旋挖抗滑樁支護方案，并輔以錨索及鋼錨管格梁支護。經過持續的沉降位移監測，確定治理后的邊坡處于穩定狀態。旋挖圓形抗滑樁抗滑性能低于同尺寸矩形抗滑樁，但其具有開挖安全、擾動小、施工工期短等特點，在特殊情況下具有更好的適用性。