鋼軌樁在高位滑坡治理工程中的應(yīng)用

鄧 敏 劉 勇

(1.湖北地礦建設(shè)勘察有限公司，湖北 武漢 430072； 2.武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司海南分公司，海南 海口 570100)

1 工程概況

某滑坡縱向長約100 m，橫向?qū)捈s37 m～52 m，主滑方向148°；滑體平均厚約5 m，體積約2.2×104m3，屬小型土質(zhì)滑坡。滑坡后緣山頂高程595.2 m，前緣剪出口高程520 m，坡腳路面(省道245)高程489.6 m，高差達(dá)30 m，屬高位滑坡[1]。數(shù)輪連續(xù)強(qiáng)降雨后，滑坡后緣張裂縫、兩側(cè)剪切裂縫逐步出現(xiàn)，下方道路過往車輛行人流量大，道路外側(cè)為連排居民住宅樓，一旦滑坡形成，將對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)發(fā)展造成極其惡劣影響。

2 工程地質(zhì)條件

滑坡體組成物質(zhì)主要由以下兩層構(gòu)成：

紅褐色，松散～稍密狀，分布于整個(gè)坡體上，厚度0.5 m～6.8 m不等，沿坡面走向呈中間厚兩側(cè)薄分布狀態(tài)；碎石成分以砂巖為主，土石比6∶4，粒徑2 cm～15 cm，棱角～次棱角狀，透水性好。

2)三疊系中統(tǒng)巴東組二段基巖(T2b2)。

紅褐色厚層泥巖夾青灰色中薄層砂巖，逆向，產(chǎn)狀330°∠50°，表部強(qiáng)風(fēng)化，裂隙發(fā)育。以泥巖出露為主，巖質(zhì)軟易風(fēng)化；砂巖相對(duì)較硬，表層因節(jié)理裂隙發(fā)育極為破碎；強(qiáng)風(fēng)化層厚度5 m～10 m。

上覆殘坡積碎石土結(jié)構(gòu)松散，含水性較好，地下水主要為松散介質(zhì)孔隙水，受大氣降水補(bǔ)給，無統(tǒng)一自由水面，水量大小隨季節(jié)變化。滑床巖體較破碎，節(jié)理裂隙中存在基巖裂隙水，水量受裂隙切割等因素控制。勘察期間，滑坡前緣剪出口附近有水冒出。

3 滑坡成因分析

1)地形地質(zhì)因素。

滑坡前緣臨空，山高坡陡，坡度35°～50°；坡體碎石土覆蓋層結(jié)構(gòu)松散，孔隙發(fā)育，下部泥巖為相對(duì)隔水層，易形成導(dǎo)水通道；結(jié)合面易軟化，力學(xué)強(qiáng)度降低，對(duì)滑坡穩(wěn)定性形成安全隱患。

2)降水因素。

強(qiáng)降雨作用是滑坡形成的主要誘因之一，滑坡區(qū)屬亞熱帶溫濕季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛。雨季來臨時(shí)，由于地表降雨大量入滲，使得土體內(nèi)含水量急劇增大，土體容重和孔隙水壓力隨之升高，抗剪強(qiáng)度迅速降低；同時(shí)由于滑體泥巖相對(duì)隔水，地下水在該層面富集，從而也大幅降低了殘坡積層與泥巖層面之間的抗剪強(qiáng)度，坡體安全儲(chǔ)備降低。

3)人類工程活動(dòng)。

滑坡前緣坡腳開挖建房、切坡修路，形成高約10 m～18 m的陡坎，提供了較好的臨空面；坡體上居民開荒種地，灌溉用水增加了地表水入滲量；人類工程活動(dòng)破壞了原坡體的穩(wěn)定平衡，對(duì)斜坡穩(wěn)定性造成不利影響。

4 穩(wěn)定性分析

4.1 物理力學(xué)參數(shù)確定

滑坡野外勘察階段，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)和室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)，并提供了滑坡物質(zhì)物理力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)值。滑坡現(xiàn)狀處于正在滑動(dòng)階段，邊界條件清晰，根據(jù)極限平衡條件進(jìn)行滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)反算是行之有效的[2]。根據(jù)力學(xué)指標(biāo)反算結(jié)果和試驗(yàn)資料，對(duì)巖土體主要物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，綜合確定物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 滑坡組成物質(zhì)物理力學(xué)參數(shù)表

4.2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)最不利原則，選取覆蓋層厚度最大處滑坡主軸剖面進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。滑坡治理的保護(hù)對(duì)象為省道245、居民住宅及相關(guān)構(gòu)筑物，根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，滑坡計(jì)算工況及對(duì)應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)要求為：

工況一：自重+地下水(天然狀態(tài))，安全系數(shù)1.30；

工況二：自重+地下水(暴雨?duì)顟B(tài))，安全系數(shù)1.15。

采用Janbu法和傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑面穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算剖面見圖1。計(jì)算結(jié)果表明：滑體在天然工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.062，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)為0.991，處于失穩(wěn)狀態(tài)。

5 滑坡加固方案

5.1 方案擬定

常用的阻滑加固措施有擋土墻、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨固等。滑體覆蓋層物質(zhì)最厚處為6.8 m，擋土墻不合適；坡體基巖以粉砂質(zhì)泥巖為主，抗風(fēng)化能力差，易軟化泥化，若采用預(yù)應(yīng)力錨固方案，可能會(huì)出現(xiàn)錨索應(yīng)力松弛達(dá)不到預(yù)期效果；故而抗滑樁方案為滑坡治理優(yōu)選方案，但因滑坡處于變形發(fā)展階段，施工工藝上宜選擇機(jī)械成孔樁。

另外從坡面形態(tài)看，滑坡體中前部主滑段堆積層較厚，初步擬定采用鋼軌樁結(jié)合削方減載，并輔以排水措施的加固方案，并在后期的運(yùn)行過程中，通過監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)滑體進(jìn)行追蹤控制。

5.2 鋼軌樁設(shè)計(jì)

鋼軌樁與樁周土體通過孔內(nèi)灌注砂漿牢固粘結(jié)成一體，在滑動(dòng)面上下受彎曲產(chǎn)生抗力。采用工況二為設(shè)計(jì)工況，在滿足設(shè)計(jì)安全系數(shù)1.15條件下計(jì)算得到滑體下滑力為760 kN/m。選用型號(hào)43 kg/m鋼軌樁，根據(jù)葛修潤院士的鋼軌抗滑樁受力試驗(yàn)研究結(jié)果[3,4]，43 kg/m鋼軌樁抗滑力為35.5 t。

市面上成品鋼軌樁有12.5 m和25 m兩種長度規(guī)格。該滑坡覆蓋層最厚處6.8 m，下部強(qiáng)風(fēng)化層厚度5 m～10 m，綜合考慮施工便利和安全可靠，結(jié)合滑坡地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件確定采用鋼軌樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索方案，治理措施如下：

1)高程530 m～ 543.5 m區(qū)間段進(jìn)行削方，削方坡比1∶2，并在530 m高程形成寬3 m馬道，作為鋼軌樁施工平臺(tái)；削方后裸露坡面進(jìn)行植草綠化。

2)于滑坡前緣高程530 m平臺(tái)處布置2排鋼軌樁，鋼軌樁成孔孔徑300 mm，孔內(nèi)自下而上灌注M30高強(qiáng)度水泥砂漿；采用12.5 m長鋼軌樁，水平間距1.2 m，排距0.7 m，矩形布置，鋼軌樁頂部現(xiàn)澆C30鋼筋混凝土帽梁，帽梁寬1.5 m，高0.8 m。

3)以鋼軌樁帽梁為錨墩，以中薄層砂巖為錨固段，設(shè)置500 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長20 m，水平間距2.4 m。

4)沿滑坡周界外圍穩(wěn)定坡體布置圈椅狀截排水溝約165 m，引至滑坡下方坡面已建水溝排出坡外。

5)于滑坡邊界及前、中、后部布置若干變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用作施工期滑坡變形監(jiān)測(cè)和施工結(jié)束后防治效果監(jiān)測(cè)。滑坡治理剖面設(shè)計(jì)圖見圖2，加固后坡體在工況二條件下計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)為1.168，滿足設(shè)計(jì)和工程要求。

6 結(jié)語

鋼軌樁在邊坡滑坡治理工程中的應(yīng)用越來越廣泛，其施工便利、高效，是治理邊坡滑坡病害的有效措施。經(jīng)過兩年的觀察監(jiān)測(cè)，該滑坡各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)；希望此成功經(jīng)驗(yàn)?zāi)転橥惞こ烫峁┯幸娴膮⒖己徒梃b。