矩形截面抗滑樁在公路路基邊坡中的應(yīng)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(guó)內(nèi)大量試驗(yàn)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(shù)大，抗彎能力強(qiáng)，比常規(guī)圓形截面樁在水平受力作用下更有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。矩形截面樁抗壓區(qū)、抗拉區(qū)受力明確，可以較方便地差異性布置鋼筋，受拉區(qū)的鋼筋放置在同一受拉面上，可同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，材料的強(qiáng)度得到了充分地發(fā)揮。

1 工程概況

某路基寬為2 ×10.75m 的國(guó)家Ⅰ級(jí)公路有120m 長(zhǎng)的部分位于一沖溝內(nèi)，沖溝坡度為10～20°，坡體自然穩(wěn)定。根據(jù)公路連續(xù)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(shè)計(jì)作放坡，高度最高為31m，下伏基巖為灰?guī)r，覆蓋層表層可塑狀含碎石粉質(zhì)粘土厚10～13m，路基直接填筑加載擾動(dòng)易使路基體及覆蓋層滑塌失穩(wěn)。

圖一:邊坡中心線剖面圖

2 抗滑樁設(shè)計(jì)驗(yàn)算

本工程抗滑樁屬于單點(diǎn)支撐的懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，采用K 法(等值梁法)計(jì)算:

樁總長(zhǎng):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(shù):1;樁底支承條件:自由。

用傳遞系數(shù)法計(jì)算樁上滑坡推力T=2200.00(kN/m)

由于樁前滑坡體可能滑動(dòng)，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(zhǎng)度=0.000(m)

樁身內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下表所示:(表中指列出部分?jǐn)?shù)據(jù))

經(jīng)計(jì)算:樁背側(cè)最大彎矩=62360.234(kN-m) 距離樁頂12.152(m)，面?zhèn)茸畲髲澗?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(zhì)量控制要點(diǎn)

人工挖孔矩形樁的施工應(yīng)遵循跳槽開(kāi)挖原則以保證滑體穩(wěn)定，控制要點(diǎn)有:挖孔及孔壁支護(hù)、孔內(nèi)混凝凝土澆筑、安全防護(hù)。

3.1 挖孔及孔壁支護(hù)

挖孔前應(yīng)進(jìn)行測(cè)量放線，可以用全站儀直接放出每根樁的四個(gè)開(kāi)挖角點(diǎn)，放點(diǎn)精度要求在2cm 以?xún)?nèi)，放點(diǎn)后應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)合格驗(yàn)收后才允許開(kāi)挖。開(kāi)孔開(kāi)挖采用挖掘機(jī)粗挖、人工修整的方法，下部強(qiáng)至中風(fēng)化基巖采用風(fēng)鎬或電鎬開(kāi)挖。鎖扣及護(hù)壁混凝土均高1.32m、厚0.3m，鎖扣高出孔口0.32m、超出護(hù)壁20cm。第一步開(kāi)挖深度1m，然后施工鎖口混凝土。鎖口及護(hù)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?jī)?nèi)側(cè)布置，保護(hù)層厚度為6cm。

3.2 孔內(nèi)混凝土澆筑

澆筑前應(yīng)將孔內(nèi)浮土殘?jiān)惹謇砀蓛簦o(hù)壁混凝土面上灑水濕潤(rùn)。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(guò)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?xún)?nèi)，隨澆筑隨振搗，采用插入式振搗器振實(shí)。每根樁留置2 組混凝土試塊分別做7 天和28 天抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3.3 安全防護(hù)

(1)孔口四周設(shè)置護(hù)欄，護(hù)欄可用架子管搭設(shè)，高度為80cm。周?chē)坏脭[放鐵錘、鋼釬、石頭等墜落傷人的物品。

(2)孔內(nèi)必須設(shè)置應(yīng)急軟爬梯。吊籠、鋼絲繩等應(yīng)勤加檢查保證安全可靠，卷?yè)P(yáng)機(jī)控制器應(yīng)配有自動(dòng)卡緊保險(xiǎn)裝置。

(3)孔內(nèi)作業(yè)時(shí)應(yīng)佩戴安全帽，配備對(duì)講機(jī)，保證與孔上人員隨時(shí)能夠溝通。作業(yè)時(shí)應(yīng)注意觀察孔內(nèi)護(hù)壁情況，如發(fā)現(xiàn)輕度塌落或護(hù)壁開(kāi)裂應(yīng)及時(shí)上報(bào)盡快處理，如遇危險(xiǎn)應(yīng)及時(shí)通知孔上人員安排撤離，安全撤離后及時(shí)上報(bào)。

(4)孔上人員應(yīng)將土石方運(yùn)離孔口，不得堆放在2m 范圍內(nèi)，注意指揮運(yùn)輸車(chē)輛不要靠近空口。還應(yīng)勤檢查提引設(shè)備，保證能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)隨時(shí)注意保持孔內(nèi)人員的溝通正常，一旦遇到險(xiǎn)情應(yīng)反應(yīng)迅速。

(5)每次孔內(nèi)施工完畢，作業(yè)人員收班時(shí)應(yīng)該空口遮蓋起來(lái)，雨天還應(yīng)做好避雨。作業(yè)人員下孔前應(yīng)開(kāi)啟遮蓋物先通風(fēng)10 分鐘，孔深超過(guò)5m 后應(yīng)用空壓機(jī)向孔內(nèi)鼓風(fēng)，鼓風(fēng)次數(shù)及時(shí)長(zhǎng)按孔內(nèi)實(shí)際情況而定。

(6)現(xiàn)場(chǎng)施工用電按現(xiàn)行《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。

4 結(jié)論

(1)矩形截面樁有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，比圓形截面樁更實(shí)用于需要發(fā)揮樁身的水平承載能力的滑坡治理、邊坡(基坑)支護(hù)等工程。

(2)矩形截面抗滑樁驗(yàn)算，可按照懸臂式結(jié)構(gòu)、一般擋土墻類(lèi)型，按K 法計(jì)算。首先進(jìn)行荷載分析計(jì)算，然后按力矩平衡原則計(jì)算最小嵌固深度，再進(jìn)行樁身內(nèi)力和變形(位移)計(jì)算，最后按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)理論計(jì)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(shè)備要求簡(jiǎn)易，場(chǎng)地要求底，二者結(jié)合使得技術(shù)經(jīng)濟(jì)高。但也是一項(xiàng)危險(xiǎn)作業(yè)，必須做好安全保障措施，應(yīng)該重點(diǎn)控制護(hù)壁及通風(fēng)情況。

［1］鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(TB 10025-2006)［S］.北京:中華鐵道出版社，2006.

［2］建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94-2008)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］黃生根，張希浩，曹輝，等.地基處理與基坑支護(hù)工程［M］.武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，第三版，2007.

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

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