抗滑樁在邊坡滑坡整治工程中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：巖土工程；樁-土共同作用；抗滑樁；邊坡加固
引言
如何將巖石開挖工作減至最少和預(yù)測巖質(zhì)邊坡的安全度和極限狀態(tài)，是公路工程設(shè)計中較為重要的問題。若斜坡陡峻，安全問題又很重要，或者邊坡設(shè)計明顯地影響工程費用的話，巖質(zhì)邊坡的合理設(shè)計就顯得尤為重要。在陡峻巖質(zhì)坡體加固方案中，抗滑樁加固措施是比較有效而且技術(shù)應(yīng)用也是很成熟的一種�？够瑯犊蓪聨r體提供水平支撐力，從而保持斜坡的穩(wěn)定性，常用來加固陡峭的滑坡巖體。本文分析了橫向荷載下樁-土共同作用原理，并以此為基礎(chǔ)，對切方邊坡上的影響巖體整體性的邊坡進(jìn)行了抗滑樁加固設(shè)計，取得了良好的加固效果。
1邊坡工程簡況
某高速公路k105+680～780段右側(cè)邊坡為一古滑坡體，由于路基開挖解除掉古滑坡體坡角上的壓重體，導(dǎo)致部分古滑坡體開始緩慢下滑。加固前在滑坡頂部已出現(xiàn)明顯的張裂縫，滑坡體上的大樹明顯向下傾斜，表明古滑坡體已經(jīng)復(fù)活�；麦w面積約為2200m2，體積約為17600m3，頂部張裂縫離公路軸線最遠(yuǎn)達(dá)49.02m。由于切方邊坡較高、較陡，處在較高的應(yīng)力集中條件和巖石風(fēng)化、軟化等條件共同作用下，需要進(jìn)行邊坡分析計算和邊坡工程設(shè)計。
k105+680～780段沿線右坡巖層主要由砂巖、灰?guī)r、泥巖基煤層組成。根據(jù)鉆孔資料分析，第一層為5.6～6.8m厚的含砂礫和碎石的強(qiáng)風(fēng)化粘土層；第二層為薄層狀粉砂巖和砂質(zhì)泥巖層，強(qiáng)到中風(fēng)化，含有薄煤層；第三層為細(xì)砂巖夾薄層灰?guī)r，呈互層狀，局部夾有泥巖，中風(fēng)化。邊坡體主要由第一、第二層組成，滑動面沿第二層中的軟弱破碎帶和第一、第二層界面生成。從鉆探資料來看，第二層中的破碎帶有地下水滲出，其余砂巖和薄層灰?guī)r均為透水性較好的巖層。由此可以看出，地表水(降雨)滲入巖層中的軟弱夾層，使其長期飽水，而形成易滑動的軟弱層面。根據(jù)地形及實際切方坡面斷面圖，選取了一典型剖面進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定性反分析計算，其計算簡圖如圖1所示�；w的容重采用γ=22kN／m3。設(shè)定滑動面的φ角為l0°、l2°、l4°，通過反分析求出穩(wěn)定系數(shù)k≤1.0時的c值。然后采用上述三套c、φ值計算出穩(wěn)定安全系數(shù)k達(dá)到1.25所需要的加固力En值。計算結(jié)果列于表1。
根據(jù)表1所示計算結(jié)果，取圖1所示滑動面，采用物理力學(xué)指標(biāo)γ=22kN／m3，c=14.0kPa，φ=12°，則可計算出安全系數(shù)從0.998提高到1.25所需的附加力。計算表明k105+702～722段及k105+763～782段加固力為285kN／m；在k105+722～763段加固力為380kN／m。
2抗滑樁作用原理及設(shè)計原則
抗滑樁并不直接承受外荷，而是由于樁周土體在自重或外荷發(fā)生變形或運動而受到影響，因而屬于被動樁一類。樁的抗滑穩(wěn)定作用來自兩個方面：①樁的表面摩阻力，它將土體滑動面以上的部分土重傳至滑動面以下，從而減少了滑動力；②樁本身剛度提供的抗滑力，它直接阻止土體的滑動。國內(nèi)外計算樁抗滑力的主要方法有港工地基規(guī)范法，在港工碼頭設(shè)計的整體穩(wěn)定性驗算中應(yīng)用較為廣泛；丹麥的漢森法；沈珠江的繞流阻力法，雖然理論推導(dǎo)比較嚴(yán)謹(jǐn)，但由于未考慮土對樁的協(xié)同作用，計算結(jié)果偏�。换蚕禂�(shù)法，即把樁看成是彈性地基上的梁，應(yīng)用文克爾假定計算樁的水平抗力。本文所采用的計算方法為“m”法。即此時土抗力模數(shù)K=mx。
抗滑樁一般屬于挖孔(鉆孔)就地灌注樁，水泥砂漿的滲透無疑提高樁周一定厚度地層的強(qiáng)度，加上孔壁粗糙，樁與地層的粘結(jié)咬合十分緊密，在滑動面以上推力作用下，樁可以把超過樁寬范圍相當(dāng)大的一部分土層抗力調(diào)動起來，同樁一起抗滑。這種樁-土共同作用的效能是其他許多被動承受荷載的支擋建筑物難以媲美的。
抗滑樁的作用原理及功能要求設(shè)計應(yīng)滿足以下原則：①整個滑坡體具有足夠的穩(wěn)定性。即抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足設(shè)計要求，保證滑體不越過樁頂，不從樁間擠出；②樁身要有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。樁的斷面和配筋合理，能滿足樁內(nèi)應(yīng)力和樁身變形的要求；③樁周的地基抗力和滑體的變形都在容許范圍內(nèi)；④抗滑樁的間距、尺寸、埋深等都比較適當(dāng)，保證安全，方便施工，并使工程量最省。
抗滑樁的平面位置和間距一般應(yīng)根據(jù)滑坡的地層性質(zhì)、推力大小、滑動面坡度、滑坡厚度、施工條件、樁截面大小以及錨固深度等因素綜合考慮�；w下部滑動面較緩。下滑力較小或系抗滑地段，經(jīng)常是設(shè)樁的好位置。實踐表明，對地質(zhì)條件簡單的中小型滑坡，宜在滑體前緣設(shè)1排抗滑樁，布置方向與滑體滑動方向垂直或接近垂直。對于軸向很長的多級滑動或推力很大的滑坡，宜設(shè)2排或3排抗滑樁分級處治，或下設(shè)擋土墻聯(lián)合防治�？够瑯兜拈g距受許多因素的影響，它的合理與否直接關(guān)系到抗滑樁的成敗。樁距過大，土體可能從樁間擠出，樁距過小則增加投資并影響工期。樁的合理間距應(yīng)使樁間土體剛剛形成土拱的狀態(tài)，保證滑坡土體的穩(wěn)定，抗滑樁的間距一般為樁徑的2～4倍。
3抗滑推力樁加固設(shè)計計算
針對此段邊坡的地形、地貌、巖性和滑坡體的形狀特點，在離公路軸線32m處施工1排抗滑樁，k105+702～722及k105+763～782樁距為4m，k105+722～763樁距為3m，樁長12m，其中滑動面以上為6～8m，滑動面以下為4～5m，計算時概化為自由段h1=7m，錨固段h2=5m，樁徑1.4m，樁孔徑1.8m，護(hù)壁厚度0.2m，滑動面以下地基系數(shù)的比例系數(shù)m=50000kN／m4，樁體砼的彈性模量E=26×106kN／m2。
樁對土的相對柔度系數(shù)a===0.466，計算深度ah2=2.33<2.5，故按剛性樁計算。樁前被動土壓力Ep=γltan(45°+φ／2)／2=665.6kN／m，樁前剩余抗滑力En=16m×14kPa=224kN／m，Ep>En，故采用樁前剩余抗滑力作為樁前地層抗力。假定按三角形分布，則滑動面處QA=(dq—dq)×h1／2=467.985kN，MA=QA×hl／3=1091.965kN•m，滑動面至樁轉(zhuǎn)動中心距yo=h2[2A(3MA+2QA•h2)+mh2×(4MA+3QA•h2)]／{I[3A(2MA+QA•h2)+mh2(3MA+2QA•h2)]}=3.4137m，此處[σ0]=332.25kN／m3，σy0=132.69kN／m2，可見滿足要求。由QA，y0可反算出樁的轉(zhuǎn)角△φ=0.000774rad，最大剪應(yīng)力、最大剪力及最大彎矩分別計算得，σymax=189.076kN／m2，σymax=-577.913kN，Mymax=1405.35kN•m，此處[σymax]=375.265kN／m3，σymax=189.31kN／m2，可見樁側(cè)土應(yīng)力復(fù)核滿足要求。然后根據(jù)Qymax、Mymax即可對抗滑樁進(jìn)行配筋計算，此處不再詳述。
4施工要點及設(shè)計體會
1)邊坡處理很大程度上是對水的處理，故在本工程中采取了多種防護(hù)措施：認(rèn)真封堵滑坡頂部張裂縫，充填粘土后要進(jìn)行夯實；在滑體頂部張裂縫外10m處修筑1條截水溝攔截坡面流水；滑體表面無植被大部分砌筑拱形骨架護(hù)坡，骨架內(nèi)噴草；1：1的坡面采用漿砌片石護(hù)面墻，同時埋設(shè)3排排水孔；坡角與路基排水溝之間的碎落平臺用漿片護(hù)面。抗滑樁挖孔時每開挖1.5m澆注一段鋼筋砼護(hù)壁，而且要分批錯開施工，樁孔開挖完成后立即施工樁體鋼筋砼，當(dāng)?shù)谝慌摻铐艠渡硎┕ね戤吅罅⒓撮_始開挖第二批抗滑樁孔。
2)抗滑樁加固對于巖石陡坡地區(qū)及挖方地區(qū)是一種行之有效的加固措施。目前，在我國已得到廣泛應(yīng)用，盡管抗滑樁的加固作用受到很多因素的影響，且在設(shè)計方法上還存在一定問題有待商榷，但通過工程實踐還是積累了不少施工經(jīng)驗。隨著施工技術(shù)、機(jī)具設(shè)備的改進(jìn)以及對影響抗滑樁設(shè)計的各種因素的試驗研究的開展，特別是本身所具有的優(yōu)點，一定會在我國工程建設(shè)中得到迅速發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]崔政權(quán)，李寧．邊坡工程——理論與實踐最新發(fā)展[M]．北京：中國水利水電出版社．1999．
[2]吳恒立．計算推力樁的綜合剛度原理及雙參數(shù)法(第二版)[M]．北京：人民交通出版社，2000．
[3]江蘇寧滬高速公路股份有限公司，河海大學(xué)．交通土建軟土地基工程手冊[M]．北京：人民交通出版社。
