矩形截面抗滑樁在公路路基邊坡中的應用研究

■汪 勇 ■華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021

在邊坡工程中，抗滑樁主要承受的是邊坡土體的水平荷載，樁身要承受較大的彎矩，而圓形截面樁樁基的水平承載能力比垂直承載能力小得很多，國內大量試驗研究顯示圓形截面樁樁基的水平承載能力約為垂直承載能力的1.5%。矩形截面樁的斷面系數大，抗彎能力強，比常規圓形截面樁在水平受力作用下更有結構優勢。矩形截面樁抗壓區、抗拉區受力明確，可以較方便地差異性布置鋼筋，受拉區的鋼筋放置在同一受拉面上，可同時達到設計強度，材料的強度得到了充分地發揮。

1 工程概況

某路基寬為2 ×10.75m 的國家Ⅰ級公路有120m 長的部分位于一沖溝內，沖溝坡度為10～20°，坡體自然穩定。根據公路連續性要求，此段公路需要做回填路基，斷面中心線最大填高18.6m，路基體邊坡按設計作放坡，高度最高為31m，下伏基巖為灰巖，覆蓋層表層可塑狀含碎石粉質粘土厚10～13m，路基直接填筑加載擾動易使路基體及覆蓋層滑塌失穩。

圖一:邊坡中心線剖面圖

2 抗滑樁設計驗算

本工程抗滑樁屬于單點支撐的懸臂式支護結構，采用K 法(等值梁法)計算:

樁總長:20.00(m);嵌入深度:9.50(m);截面形狀:方樁;樁寬:2.00(m);樁高:3.50(m);樁間距:5.00(m);嵌入段土層數:1;樁底支承條件:自由。

用傳遞系數法計算樁上滑坡推力T=2200.00(kN/m)

由于樁前滑坡體可能滑動，樁前滑體抗力P=0(kN/m)

樁后剩余下滑力水平推力F=T-P=2200.00(kN/m)

荷載三角形分布:

樁后:上部=0.00(kN/m) 下部=2095.238(kN/m)

樁前:上部=0.00(kN/m) 下部=0.00(kN/m)

樁前分布長度=0.000(m)

樁身內力計算結果如下表所示:(表中指列出部分數據)

經計算:樁背側最大彎矩=62360.234(kN-m) 距離樁頂12.152(m)，面側最大彎矩=0.000(kN-m) 距離樁頂0.000(m)，最大剪力=14850.000(kN) 距離樁頂10.500(m)，最大位移=37(mm)。

3 施工質量控制要點

人工挖孔矩形樁的施工應遵循跳槽開挖原則以保證滑體穩定，控制要點有:挖孔及孔壁支護、孔內混凝凝土澆筑、安全防護。

3.1 挖孔及孔壁支護

挖孔前應進行測量放線，可以用全站儀直接放出每根樁的四個開挖角點，放點精度要求在2cm 以內，放點后應進行復測，復測合格驗收后才允許開挖。開孔開挖采用挖掘機粗挖、人工修整的方法，下部強至中風化基巖采用風鎬或電鎬開挖。鎖扣及護壁混凝土均高1.32m、厚0.3m，鎖扣高出孔口0.32m、超出護壁20cm。第一步開挖深度1m，然后施工鎖口混凝土。鎖口及護壁混凝土鋼筋配置:豎筋φ18 間距30cm，箍筋(水平筋)φ14 間距35cm，豎筋水平筋均單層靠內側布置，保護層厚度為6cm。

3.2 孔內混凝土澆筑

澆筑前應將孔內浮土殘渣等清理干凈，護壁混凝土面上灑水濕潤。樁身混凝土塌落度控制在80 至120mm，采用串筒澆筑，澆筑前串筒距孔底為1.5m，澆筑過程中串筒至混凝土面高度也控制在1.5m。澆筑層厚控制在60cm 以內，隨澆筑隨振搗，采用插入式振搗器振實。每根樁留置2 組混凝土試塊分別做7 天和28 天抗壓強度試驗。

3.3 安全防護

(1)孔口四周設置護欄，護欄可用架子管搭設，高度為80cm。周圍不得擺放鐵錘、鋼釬、石頭等墜落傷人的物品。

(2)孔內必須設置應急軟爬梯。吊籠、鋼絲繩等應勤加檢查保證安全可靠，卷揚機控制器應配有自動卡緊保險裝置。

(3)孔內作業時應佩戴安全帽，配備對講機，保證與孔上人員隨時能夠溝通。作業時應注意觀察孔內護壁情況，如發現輕度塌落或護壁開裂應及時上報盡快處理，如遇危險應及時通知孔上人員安排撤離，安全撤離后及時上報。

(4)孔上人員應將土石方運離孔口，不得堆放在2m 范圍內，注意指揮運輸車輛不要靠近空口。還應勤檢查提引設備，保證能正常運轉，應隨時注意保持孔內人員的溝通正常，一旦遇到險情應反應迅速。

(5)每次孔內施工完畢，作業人員收班時應該空口遮蓋起來，雨天還應做好避雨。作業人員下孔前應開啟遮蓋物先通風10 分鐘，孔深超過5m 后應用空壓機向孔內鼓風，鼓風次數及時長按孔內實際情況而定。

(6)現場施工用電按現行《施工現場臨時用電安全技術規范》執行。

4 結論

(1)矩形截面樁有獨特的結構優勢，比圓形截面樁更實用于需要發揮樁身的水平承載能力的滑坡治理、邊坡(基坑)支護等工程。

(2)矩形截面抗滑樁驗算，可按照懸臂式結構、一般擋土墻類型，按K 法計算。首先進行荷載分析計算，然后按力矩平衡原則計算最小嵌固深度，再進行樁身內力和變形(位移)計算，最后按鋼筋混凝土結構力學理論計算樁身配筋。

(3)人工挖孔工藝操作靈活，不受形狀限制，適合矩形截面樁，設備要求簡易，場地要求底，二者結合使得技術經濟高。但也是一項危險作業，必須做好安全保障措施，應該重點控制護壁及通風情況。

［1］鐵路路基支擋結構設計規范(TB 10025-2006)［S］.北京:中華鐵道出版社，2006.

［2］建筑樁基技術規范(JGJ 94-2008)［S］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［3］黃生根，張希浩，曹輝，等.地基處理與基坑支護工程［M］.武漢:中國地質大學出版社，第三版，2007.

［4］梅洪亮.廈門西站大尺寸矩形人工挖孔樁施工技術［J］.施工技術，2011(1):80-82.

［5］牟玉偉.矩形鉆孔灌注樁基的工作機理和施工［J］.海岸工程，1986(2):55-62.