預應力錨索地梁與微型樁在路基滑坡治理中的應用研究

張麗君

（太原公路分局 婁煩公路管理段，山西 太原 030012）

1 項目概況

省道榆古線滑坡路段位于古交境內，路基寬度8.5 m，設計行車速度為40 km/h，2009年9月，由于降雨相對集中，致使該路段山坡巖土體含水量過于飽和，使路基不負重荷路面出現寬1～2 cm、長約100 m的縱縫。之后病害迅速發展，裂縫最寬處達30 cm，局部出現嚴重沉降、滑移，下沉高度最高達15 cm，并且裂縫寬度及下沉高度還在繼續不斷地加大，從而形成滑坡，主要病害為路基、護面墻沉降、滑移，路基沉降高度，至2012年3月路基累計沉降已達90 cm。

2 水文地質概況

滑坡路段左側地表水有條大川河，水質好，水量小，約28 m3/d，在枯水期有碎巖裂隙補給水，季節性較強。地下水為第四系松散巖類孔隙潛水和碎屑巖類裂隙水，碎石粉質黏土和填土為含水巖組的主要成分，地下水流向與坡向方向一致，約為9%～23%，水位標高為1 409.34～1 434.26 m，地下水分布不太穩定，泥巖隔水層與之呈相間分布，地含水層間水力聯系較差。公路左側河溝底部可見地下水泉涌，呈季節性動態變化。

3 滑坡體特征

滑坡段南北向寬75～90 m，東西長約150 m，中部為11～16 m，后部為3.0～8.0 m，滑坡體厚度前部約4.5 m，平均厚約10 m，總體積約15萬余立方米。坡體巖土類型分為3類：即人工填土、黃土狀粉土和含碎石粉質黏土。人工填土主要分布于滑坡體上部路基處，為路基回填土，主要為道路修筑時填筑的亞砂土、碎石等山坡堆積物，厚度一般為8.5～12 m。滑坡體上部主要分布黃土狀粉土，土體較疏松，土質均勻，空隙較發育，厚度一般為2～4.6 m。粉質黏土主要分布于滑坡體下部，以黏性土為主，含有少量碎石塊，碎石粒徑一般為0.5～2 cm，含量一般為10%～25%，為砂泥巖殘坡積物。滑坡體巖土結構總體松散，且滲透性強，降雨對滑坡體的穩定影響較大。

4 滑坡穩定性分析計算及評價

4.1 穩定性計算公式

第i塊土體滑坡推力計算基本公式為：

式中：Fs為穩定系數；Wi為第i塊段滑體所受的重力，kN/m；Ri為作用于第 i塊段的抗滑力，kN/m；Rn為作用于第n塊段（最模塊段）的抗滑力，kN/m；Ti為作用于第i塊段的滑動面上的滑動分力，kN/m；Tn為作用于第n塊段（最模塊段）的滑動面上的滑動分力，kN/m；Qi為地震水平力，Qi=Wi×a；Di為滲透力=γw×Li× Hi×cosαi×sinβi，βi為水面傾角；ψi為第i塊段的剩余下滑力傳遞至i+1塊段的傳遞系數（j=i）；αi為第 i塊段滑動面傾角，（°）；Ni為第 i塊段滑動面的法向分力，kN/m；φi為第i塊段土的內摩擦角，（°）；ci為第 i塊段土的黏聚力，kPa；Li為第 i塊段滑動面的長度，m；Pi、Pi-1分別為第i塊、第i-1塊滑體的剩余下滑力，kN/m；Fst為滑坡推力計算安全系數。

4.2 滑坡穩定性計算評價

滑坡體從上到下為強風化巖、中風化巖、微風化巖，為層狀構造，二疊系沉積的泥巖、砂巖為滑坡體的主要巖性；層理產狀較緩，層狀構造傾角約6°～10°，裂隙節理較發育，傾角約56°～81°。

確定主滑地段滑帶指標時，以滑坡目前所處的穩定狀態反求滑動帶力學參數，根據裂縫變形現象判斷滑坡的穩定性，經分析滑坡穩定性計算結果、土工試驗資料和滑帶巖土的巖性及類似工程的有關經驗值，該滑坡段滑帶的力學參數指標取值為：黏聚力C=18 kPa，內摩擦角 φ=11° ，γ=21.8 kN/m3，γsat=23.2 kN/m3。

表1 穩定性計算結果表

根據相關規范以及滑坡可能產生的危害，考慮暴雨和地震的最不利組合工況下取滑坡安全穩定系數Ks=1.20。計算得出滑坡推力為958 kN/m。

通過詳細的工程地質工作，認為滑坡變形的主要原因是由于人為改變坡體原本地形地貌、在坡上改擴建公路破壞了場區的土體力學平衡，加之近幾年來的持續降雨影響及重型重載貨車長期碾壓，造成坡體局部土體不斷擠壓變形和壓密，產生地面開裂和土體蠕變滑動，進而形成滑坡。

5 滑坡治理方案

圖1 路基滑坡橫斷面設計示意圖

5.1 預應力錨索地梁的實施

滑坡體采用錨索地梁進行加固。預應力錨索在擋土墻面上共設3排，錨索由7根φs15.24的鋼絞線制作而成，前兩排錨索長度為27 m，錨固長10 m，傾角為20°，最后一排錨索長20 m，錨固長10 m，傾角為28°，錨索的橫向距離為3 m，豎向距離為3 m，錨索的設計錨固力為686 kN。

在石籠路肩擋土墻面上設置鋼筋混凝土地梁。施工地梁前，首先應對擋墻坡面進行整平，凹陷處用M7.5漿砌片石嵌補平整，松動的塊石采用水泥漿加固，使地梁能夠緊貼墻面。鋼筋混凝土地梁尺寸采用高70 cm、寬60 cm的矩形截面，采用C25混凝土澆筑，地梁埋入地面標高以下0.5 m，底端設0.5 m厚的C15片石混凝土基礎或直接座在微型樁的壓頂梁頂面上。待錨固體及地梁混凝土強度達到設計強度的80%后，進行錨索張拉、鎖定，并用C25混凝土封填錨頭。

5.2 微型樁實施

微型樁又稱樹根樁，是指樁徑在70～250 mm，長徑比大于30，采用螺旋鉆成孔、加強配筋和壓力注漿工藝成樁的鋼筋（鋼管）混凝土就地灌注樁，可用于邊坡加固和軟基處理。這種樁型所需施工場地較小，一般在0.6 m×1.8 m的平面尺寸內，2.1～2.7 m的凈空即可施工；施工采用壓力注漿，能使樁與土體緊密結合，整體強度高。因此，該樁型尤為適用于本工程。

本工程設置了兩處微型樁：

a）滑坡前緣路基左側為設置的第一處，設置范圍為K63+280—K63+440，共設3排，中間一排微型樁垂直打設，兩邊的微型樁均按6°傾角打設。微型樁呈矩形布置，橫向間距0.5 m，K63+305—K63+405段縱向間距0.5 m，其余段落1.0 m，樁長15 m，樁頂設C25鋼筋混凝土壓頂梁，梁高0.7 m，寬0.6 m。

b）另一處設置在線路右側邊溝外漿砌片石擋土墻墻頂平臺上，K63+280—K63+320段設置3排，矩形布置，橫向間距0.5 m，縱向間距1.0 m，樁長8 m，靠近路基側的兩排微型樁垂直打設，靠山側的一排微型樁傾斜打設，傾角6°；K63+320—K63+415段設置4排，矩形布置，橫向間距0.5 m，縱向間距1.0 m，樁長8～15 m，靠近路基側的兩排微型樁垂直打設，靠山側的兩排微型樁傾斜打設，傾角分別為6°和45°。微型樁頂設C25鋼筋混凝土壓頂梁，梁高0.7 m，寬0.6 m。

本工程微型樁要求鉆孔成孔直徑150 mm。由于地層中塊石含量高，推薦采用刃口焊有硬質合金刀頭的尖底鉆頭。鉆孔深度要預留超過設計樁長0.4 m的沉渣段。完成鉆孔后，插入周邊焊有3根φ28鋼筋的D50鋼管，然后埋設注漿管并灌注水泥漿。注漿采用壓力注漿，注漿壓力約0.5 MPa，注漿壓力應根據實際施工情況確定，要求既能夠保證注漿質量、能夠提高周圍土體強度，又不會因壓力過大而破壞周邊結構物。

6 結語

路基滑坡治理工程比較復雜，該工程綜合應用了預應力錨索地梁和微型樁治理方案，完工后經歷2年的考驗，均未出現新的沉陷，達到了“一次根治，不留后患”的目的，確保路基穩定行車安全的效果。通過該項目的研究，能夠指導相關技術人員認知不同山區公路中小型堆積層滑坡的發生發展機理，以及在后續制定滑坡綜合處治方案中采用微型樁群、預應力錨索地梁等一種或幾種組合使用，使之在更多的工程實際中得到推廣應用，為公路邊坡建設的可持續發展提供技術支持。