隧道進口端邊坡抗滑樁失效成因及加固分析

胡永久

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

高速公路隧道工程施工中，為確保其進口端邊坡穩定性，通常采用擋土墻、錨桿、抗滑樁等形式對邊坡實施加固處理[1]，而抗滑樁憑借施工簡便、承載力強、加固效果好、施工擾動小等優勢，被廣泛應用于規模較大的巖體邊坡加固施工中[2-3]。經調查發現，現階段針對隧道施工擾動對抗滑樁邊坡穩定性影響的研究較少。為此，文章結合某隧道工程側方邊坡抗滑樁失效工程實例，針對隧道進口端邊坡抗滑樁失效成因及加固措施進行綜合探究，分析了邊坡滑動產生的原因，提出了切實可行的抗滑樁加固措施，對確保隧道施工安全具有重要意義。

1 工程概況

某高速公路隧道入口部位鄰近建筑物，周圍土體穩定性較差，淺層覆蓋土層為粉質黏土，局部夾雜碎石，深層土體為強、中風化泥質巖，節理裂隙發育，巖體整體性差，極易出現滑移、坍塌。經邊坡穩定性驗算分析，確定通過抗滑樁對入口處邊坡實施加固處理，抗滑樁規格為2 m×1.75 m矩形結構，長度20 m，方樁中心距為5 m?？够瑯恫荚O完成后，經檢測各項指標滿足要求后，方可進行隧道左側洞口施工。施工階段為最大限度增大作業面，對邊坡實施二次擴挖，造成超挖現象，邊坡上部建筑物產生大規模開裂，進一步對隧道上部抗滑樁實施檢測，結果表明7#抗滑樁樁體強度顯著下降，由最初的Ⅱ類樁變為Ⅲ類樁，邊坡整體穩定狀況不明，存在嚴重安全隱患。

盡管初期根據相關標準對隧道邊坡實施加固處理，且抗滑樁各項檢測指標均符合設計要求，但因無法準確判定隧道施工對邊坡造成的干擾，如邊坡變形、受荷情況等，進而造成抗滑樁加固失效。為有效判定隧道施工對邊坡及抗滑樁造成的干擾，對邊坡及抗滑樁實施實時監測，經科學計算制定出合理的加固方案。

2 邊坡受擾后抗滑樁現場監測

隧道邊坡遭受干擾后，各部位均會出現不同程度變形，具體包括邊坡地表土體位移、深部位移、地表裂縫等[4]。結合設計方、施工方及檢測部門提供的相關資料及現場實際情況，對抗滑樁樁頂位移、深層位移及樁身裂縫實施監測。

2.1 抗滑樁樁頂位移

在隧道上部1#~12#抗滑樁頂部依次布設位移監測點，通過全站儀等精密測量儀器對樁頂位移實施監測，其監測頻率為1次/d。

2.2 抗滑樁深層位移

經初步推斷7#抗滑樁樁體破壞與巖土分界面坡體滑動或深層基巖滑動存在一定關聯，為準確判定其具體成因，在其周邊布置測斜管，實施深層位移監測。由于現場地形限制，在7#抗滑樁兩側距離坡頂約4 m位置處各設置1根20 m長的測斜管，如圖1所示，通過CX-3C型測斜儀對邊坡深層橫向位移實施監測，其監測頻率為1次/d。

圖1 抗滑樁及測斜管剖面位置示意圖

2.3 樁身后方土體裂縫

因6#、7#抗滑樁樁體后方土體產生大規模開裂，為準確了解裂縫發展情況，及時評估抗滑樁及邊坡性能，選擇3條較為典型的裂縫，按6#~8#樁順序依次編號1~3，利用鋼尺對裂縫寬度實施檢測，檢測頻率為1次/d。若裂縫寬度異常增大或外部土體產生明顯垂直位移，表明邊坡變形較大，極易出現失穩現象[5]。

3 抗滑樁變形監測數據分析

3.1 抗滑樁樁頂位移監測數據分析

抗滑樁樁頂位移監測自5月27日實施，為有效降低安全風險，最大限度保證工程總體安全，暫停隧道施工，因此可不考慮隧道施工對邊坡造成的干擾。監測期間抗滑樁產生的累計位移逐步增加，各樁樁頂水平位移如圖2所示。

圖2 1#~12#樁樁頂水平位移

通過圖2能夠看出：①5月27日至7月28日，6#、7#、10#樁頂部累計位移最大，其值依次為25.1mm、37.4 mm、19.9 mm，變形速率依次為0.41 mm/d、0.59 mm/d、0.32 mm/d；②6#、7#樁頂部累計位移呈現逐步增大現象，其他各樁變形基本趨于穩定。

3.2 深層位移監測數據分析

6#、7#、8#抗滑樁土體深層位移監測數據如圖3所示。通過圖3能夠看出：①1#、2#檢測孔深層位移分布圖為折線形，當深度為10 m時產生較大轉折；②根據測斜管布設深度和現場地質狀況，深度10 m處主要為覆蓋層與巖層結合部位；③0~10 m范圍內曲線較為完整，充分表明覆蓋層與巖層出現了整體滑移現象，具體破壞形式為結合處產生了滑動，根本原因是覆蓋層與巖層之間受外部干擾產生了相對位移；④10~20 m范圍內曲線大致相同，表明基巖未產生位移，總體保持穩定狀態；⑤深度超出10 m后，1#、2#檢測孔最大水平位移依次為29.74 mm、26.02 mm，變化速率依次為0.51 mm/d、0.45 mm/d。

圖3 深層水平位移

監測數據顯示覆蓋層與基巖之間存在相對位移，邊坡在二者結合部位產生相對滑移。

3.3 樁身后緣土體裂縫監測分析

依據現場監測的記錄數據，并進行分析得出3根典型抗滑樁后緣土體裂縫寬度發展趨勢：

（1）截至7月28日，1#、2#、3#抗滑樁裂縫寬度增量依次為22 mm、31 mm、21 mm，增長速率依次為0.34 mm/d、0.48 mm/d、0.32 mm/d。

（2）裂縫寬度處于持續增加狀態，表明邊坡土體變形處于持續發展階段，應連續監測。

（3）為有效保證邊坡穩定及后續施工安全，應對邊坡實施加固處理[6]。

3.4 抗滑樁失效原因分析

結合第三方檢測結果，首次檢測，7#抗滑樁聲速、波幅等各項指標均低于標準值，屬Ⅱ類樁；再次檢測時，其聲速、波幅等各項指標仍低于標準值，且曲線產生了明顯的折線變形，評定為Ⅲ類樁。對兩次檢測數據進行對比發現，首次檢測存在病害的1-2、1-3斷面，二次檢測時其病害呈現持續發展態勢，產生了新的病害[7]。

結合監測數據及現場實際情況分析，邊坡產生變形的具體原因如下：①5月持續降雨，造成邊坡土體強度顯著降低；②隧道施工盲目擴展施工面，造成坡體內部產生應力集中現象，使邊坡變形顯著增加；③采用理正系統模擬分析，得出邊坡穩定性降低30%左右，且在一定程度上增大抗滑樁上部荷載，各樁體經邊坡滑移作用產生相對位移，7#抗滑樁病害位置因坡體剪切應力集中作用，造成病害加劇，由最初的Ⅱ類樁逐步發展成Ⅲ類樁，從而失效。

4 加固方案分析

通過監測數據分析結果可知，邊坡巖土結合部位出現相對滑動現象，為有效增強邊坡穩定性，確保后續施工安全，制定了切實可行的邊坡加固方案[8]，對7#抗滑樁實施樁體加固，并在偏向邊坡頂部位置加設4根抗滑樁。

4.1 加固7#抗滑樁

經綜合評定7#抗滑樁屬Ⅲ類樁，已無法滿足使用要求，為確保坡頂抗滑樁施工安全，先對7#抗滑樁實施補強加固。具體方案如下：①對7#抗滑樁周邊坡體進行鉆孔注漿；孔徑為110 mm，孔深18.5 m，并向下延伸5 m；②漿液采用C40水泥漿，通過高壓注漿方式進行連續注漿，防止中途停頓產生施工縫；③利用φ110 mm鉆機在緊鄰山體一側開設3列補強孔，每列鉆3個補強孔，在各補強孔內設置20#A工字鋼，具體布置形式如圖4所示，工字鋼應深入病害部位3 m以上；④補強孔、注漿孔位置應結合現場具體情況確定。

圖4 補強孔布置示意圖（cm）

通過理正巖土系統對為7#抗滑樁加固效果實施綜合評估，數據顯示：①7#抗滑樁周邊巖體滑移荷載為600.12 kN，以此作為抗滑樁內力計算荷載；②7#抗滑樁緊鄰山體一層受彎鋼筋布置形式為2排3束φ28 mm，經科學計算，使用工字鋼加固后，其抗彎強度提高6 065.175 kN·m，相比原設計方案增大45%。

4.2 增設抗滑樁

結合第一排樁布設形式及力學性能分析[9-10]，在距其偏向坡頂方位5 m處加設4根規格為1.75 m（寬）×2.0 m（長）的方樁。由于隧道入口處巖體為碎石類塑性粉質黏土，且周邊坡體已出現滑動，方樁布設形式應與第一排樁呈品字形分布，其中心距為5 m。

通過計算分析可知，邊坡加固初步設計方案穩定性系數為1.2，通過補強加固，方案為7#樁加固+4根抗滑樁，實施后其邊坡總體穩定性系數增加36%，顯著提升了施工安全；經監測抗滑樁位移速率不超過0.2 mm/d，效果顯著，滿足后續施工要求。

5 結論

綜上所述，案例公路隧道進口端邊坡開挖施工階段，導致了坡體沿巖土交界面產生滑動變形，但深層巖體穩定性較好。文章分析了該處抗滑樁失效成因，并提出了加固措施。主要結論如下：

（1）7#抗滑樁失效的根本原因在于隧道施工造成的干擾，邊坡在巖土結合部位產生相對滑動，遭受坡體滑動推力顯著增大，經推剪應力持續作用，逐步產生剪切破壞，變為Ⅲ類樁。

（2）采用“7#樁注漿補強+坡頂增設4根抗滑樁”加固方案，樁體抗彎強度較原設計方案提升45%；隧道入口處坡體整體穩定性系數較原設計方案提高36%，加固效果顯著，值得推廣應用。