框架式微型樁加固河岸軟土邊坡效果分析

曾昌海 喻文良

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽 550081)

微型樁是一種小孔徑的鉆孔灌注樁，直徑小于300 mm，樁內含有加筋體，最早由意大利工程師Lizzi提出[1]。微型樁以其施工快、擾動小、布設位置靈活、工程造價較為適中等優點，在邊坡加固等工程中得到工程設計人員的青睞，在“5·12”汶川大地震期間，微型樁被成功應用于邊坡搶險。目前業內專家學者對微型樁進行了較為深入的研究，也取得了一系列有價值的成果。馮君等[2]將加固順層巖質邊坡的微型樁體系分為3種類型，并提出了樁-巖土體-樁的相互作用模式和作用力計算分析模型。閆金凱等[3]以黃土為滑坡介質，研究微型樁加固滑坡體的承載機理、受力情況及破壞模式。孔紀名等[4]通過室內模型試驗研究了微型樁加固碎石土滑坡的抗滑機理。孫書偉等[5]采用數值分析手段對帶承臺微型抗滑樁加固單元的加固機理進行了分析。李昌龍等[6-7]計算得出了加筋微型樁的極限抗彎剛度，通過試驗對比了不同布置方式下微型樁的受力情況。由以上調研可知，目前微型樁主要應用于道路邊坡中，僅有少數工程案例應用于河岸軟土邊坡[8]，結合微型樁的受力特點及河岸軟土邊坡的工程特性，可知微型樁在治理此類邊坡時有較大應用空間，因此，開展微型樁加固河岸軟土邊坡研究迫切且必要。

1 工程概況

某市河道綜合整治2期工程K0+540-K0+680段邊坡位于該市城際鐵路與南環線之間，全長140 m。由于該段河道河床淤積，雨季河道排水能力差，存在著較大的安全隱患，因此，需對河道淤泥進行清理，形成底寬30 m、高3.5 m的梯形河道斷面，見圖1。由于在清淤過程中的過度開挖及左側河岸35 m處存在較大的堆土體，致使該段河道邊坡出現較大的位移，K0+540-K0+580段西側渠道隆起，隆起約2 m，坡體向渠道中線方向滑移，有明顯滑移裂縫，邊坡變形情況見圖2、圖3。

圖1 邊坡斷面設計圖

圖2 渠底隆起

圖3 后緣滑移裂縫

結合破壞特征，初步判定為整體式滑坡。其直接原因為工程活動的堆載超出了土體所能承受的極限，開挖明渠邊坡形成臨空面，從而出現了沿破壞面整體下滑的現象。滑坡后續狀況有待觀察。根據以上分析：滑坡目前處發展階段，滑動面還未完全貫通。隆起區域鼓脹裂縫發育，滑動面隨時可能貫通，大面積滑坡隨時發生。針對已經出現的滑坡狀況，為確保工程安全順利實施，需盡快對滑坡進行治理。考慮到該段邊坡為軟土質邊坡且推力較小，設計單位建議采用削方(1∶3的坡比)和微型樁(間距1.5 m，直徑150 mm，內插3根直徑22 mm鋼筋)分級支擋相結合的措施進行防護。

2 模擬分析

2.1 模型建立

為準確分析設計單位給定設計方案的加固效果，采用數值模擬技術的方法對該段邊坡的加固效果進行模擬分析。該段邊坡模型見圖4，模型長110 m、寬10 m、高24 m，共計5 804個單元。巖土力學參數見表1。

圖4 邊坡模型圖

表1 巖土體參數表

2.2 模擬結果

本次模擬主要對邊坡加固前后、不同加固方法下邊坡位移情況進行對比分析。未加固情況下邊坡的滑移情況如圖5所示，采用多排微型樁(見圖6)加固后邊坡的滑移情況如圖7所示，采用框架式微型樁(見圖8)加固后的邊坡的滑移情況如圖9所示。

圖5 未加固工況下邊坡滑移云圖

圖6 多排微型樁布置示意圖

圖7 多排微型樁加固工況下邊坡滑移云圖

圖8 框架式微型樁布置示意圖

圖9 框架式微型樁加固工況下邊坡滑移云圖

由圖5可見，未加固時坡體位移量較大，坡體后緣有明顯拉裂縫，渠底隆起高度為1.6 m，與現場實際情況基本符合。從圖7可以看出，經過2排微型樁加固后，邊坡的最大位移量被控制在9 cm以下，邊坡后緣下沉拉裂縫及渠底隆起高度減小。從圖9可以明顯看到邊坡在經過框架式微型樁加固后的效果，在框架式微型樁加固工況下，坡體最大位移量被控制在5 cm以下，邊坡后緣下沉拉裂縫及渠底隆起高度也有較大幅度減小，邊坡基本趨于穩定。經過3種不同工況的對比分析可以看出，框架式微型樁加固時效果最為明顯，也從一定程度上反映出框架式加固措施特別是采取框架式支擋結構的空間優越性。

選取2種布置方法中左下角的1根樁對其進行樁身位移和彎矩監測，監測結果如圖10、圖11所示。從圖10、圖11可見，在使用多排微型樁加固的情況下，樁身最大位移為7.116 cm，樁身最大彎矩為79.664 kN·m；在使用框架式微型樁加固的情況下，樁身最大位移為4.323 cm，樁身最大彎矩為30.252 kN·m。李昌龍計算出的加筋微型樁的極限抗彎剛度為38.19 kN·m，樁身允許最大位移為5 cm[9]。通過以上分析可知，采用多排樁加固時，樁身彎矩和位移均不滿足設計要求，采用框架式加固時樁身彎矩和位移均滿足設計要求。可見框架結構在進行抗滑支擋時的優越性。

圖10 不同加固工況下微型樁樁身位移

圖11 不同加固工況下微型樁樁身彎矩

3 結論

1) 該段滑坡的產生原因為工程活動的堆載超出了土體所能承受的極限，開挖明渠邊坡形成臨空面，從而出現了沿破壞面整體下滑。

2) 當采用多排微型樁對該段邊坡進行加固時，樁身位移較大，樁身彎矩也超過規范要求。當采用框架式微型樁對該段邊坡進行加固時，樁身位移與樁身彎矩均滿足設計規范要求，且支擋效果明顯。與多排微型樁加固方式進行對比可見框架結構在進行抗滑支擋時的優越性。

3) 本文以工程實例對框架式微型樁結構的加固效果加以驗證，從加固效果來看框架式微型樁對加固河岸邊坡有著顯著效果，具有較高的推廣價值。鑒于此方法在工程中應用較少的現狀，可以在類似工程中適當加以推廣。