微型鋼管樁在失穩路基應急搶險中的綜合應用

彭昌翠

摘要：雅康高速公路大河溝施工便道在持續暴雨影響下，導致已修建擋墻出現整體滑移垮塌，路面沉降開裂，嚴重威脅便道下方公路安全，現場應急搶險采用了鋼管樁對擋墻底部土體進行注漿加固處理，墻身設置錨桿增強擋墻的橫向穩定性，后期通過增設承臺及擋墻的方式進一步加固。通過近3年的施工運行，路基穩定性良好，設計的治理方案合理可行，可供類似松散堆積體組成的高陡邊坡應急及永久治理設計做參考。

關鍵詞：微型鋼管樁;應急搶險;高陡邊坡;擋墻破壞;綜合治理

中圖分類號：U416.1A190683

0 引言

近年來，微型鋼管樁在西部山區公路建設中的應用尤其廣泛，對于邊坡防護、路基加固的一般治理以及應急搶險方面具有其獨特的優勢，特別是在地質災害高發地區如國道213線川汶路、國道544線川九路、國道549線九石路以及國道4218線雅康高速公路等多條道路的搶險及永久治理方面效果顯著。本文將從微型鋼管樁與其他工程措施相結合方面來探討在工期緊張、場地限制大、復雜地質條件下的工程治理實例。

微型鋼管樁其樁徑較小，一般與注漿體結合起來使用，可以穿過各種巖石和障礙物達到很大的深度，甚至可以做到任意傾斜度。其對邊坡的加固作用類似于隧道設計中的超前小導管[1]，通過向打入土體中的鋼管周邊縫隙注漿，使土體固結，從而提高其整體穩定性。微型鋼管樁用于支護具有以下特點：

（1）微型鋼管樁一般采用多排樁，按梅花型布置，具有呈平面或空間剛架體系的特點。樁與樁之間的間距較小，可以承受較大的剪力和彎矩[2]。

（2）通過微型鋼管樁壓力灌注的水泥漿向樁周圍土體滲透，水泥漿充滿巖土體的孔隙，并與巖土體充分混合，提高了鋼管周圍滑體、滑帶和滑床的粘聚力和內摩擦角，從而提高了微型鋼管樁加固區域巖土體的抗剪強度[3]。

（3）微型鋼管樁一般間距小，與傳統大直徑抗滑樁相比，樁間土體更為穩定，不用增設擋土板，加固區域一般不會發生局部滑溜的現象。

1 工程概況

1.1 工程概況

大河溝便道為G4218線雅康高速公路大河溝隧道的施工便道，為永臨結合工程，便道擋墻施工按照分級臺階式片石混凝土進行擋墻實施。為加快工程進度，先在內側修筑簡易材料運輸毛路，再利用毛路在松散崩坡積碎塊石土上修筑外側擋墻，于2015年4月完工。2015年6月受康定持續暴雨影響，致使擋墻基礎以下地基（松散崩坡積碎塊石土）滑移，造成K1+760～K1+836段擋墻沉降、路面開裂，后發展成整體坍塌，K1+962.2～K2+021.2段擋墻整體滑移坍塌，嚴重制約大河溝隧道的施工進度和工期安排，并嚴重威脅便道下方國道318線的營運安全，須對路基病害進行處治。

1.2 垮塌原因分析

大河溝便道所在區域處于高烈度地震區，地震動峰值加速度0.3 g，對應地震基本烈度為Ⅷ度，邊坡自然坡度達70°，山體覆蓋層主要為崩坡積碎塊石土，自然邊坡欠穩定，滑移段擋墻位于滑坡體沖溝內，此溝曾經在2011-07-04發生泥石流導致國道318線阻斷，數千車輛滯留。2015年6月康定持續暴雨，便道實施破壞了坡面植被，且路基填筑為透水性材料，坡面匯水不能被植物吸收，滲入坡體導致地下水位增高，土體比重增大，減弱了巖土間的內摩擦力，降低了路基基礎承載力，加上擋墻本身自重的影響，使得崩坡積堆積體沿斜坡構造面整體滑移，誘發了邊坡失穩，如圖1所示。

1.3 邊坡穩定性分析

病害段路基下邊坡整體穩定性較好，垮塌后的邊坡坡面陡峭，坡率已達45°～50°，在連續暴雨和地表水集中沖刷作用下，邊坡表層3～5 m范圍內的松散塊碎石土可能發生局部溜滑。在進行永久加固前，采用理正巖土計算6.5PB4版對斜坡穩定性進行分析計算。

邊坡坡穩定性計算模型充分考慮地形地貌、水文地質以及地震烈度情況劃分為：天然工況、暴雨工況（坡體表層3～5 m松散塊碎石土層飽水）、地震工況（地震烈度為Ⅷ度）三種典型工況。提取潛在危險堆積體做幾何計算模型，如圖2所示：

按照上述工況進行計算表明，邊坡表層松散塊碎石土體在天然工況穩定系數1.03，處于欠穩定狀態，暴雨工況穩定系數為0.905，地震工況穩定系數為0.895，兩者均處于不穩定狀態。

滑坡推力計算按傳遞系數法計算，在天然工況下，剩余下滑推力最小，地震工況下，剩余下滑推力最大，故應將地震工況作為設計工況，對應設計下滑推力為174.901 kN/m。

2 治理工程設計

根據現場情況，本次病害處置按照先應急搶險后加固處治兩階段對其進行綜合治理。

2.1 應急搶險方案

為確保便道通行和下方國道318線營運安全，制定了現場應急搶險措施。

K1+962.2～K2+021.2滑移段路基上邊坡掛網噴錨防護封閉坡面，強化地表排水，段路基下方設主、被動防護網確保已破壞擋墻及松散邊坡塊石不滾下國道318，路基中線附近設一排127 mm鋼管樁，管徑127 mm，鋼管樁直徑50 mm（壁厚3 mm），間距1.0 m，路基下側設仰斜排水孔，對坍塌路基坡面用10 cm噴射混凝土進行封閉。

在K1+755～K1+835路面開裂段臺階式路肩擋墻設置2～3排錨桿，錨桿長12～15 m，錨桿直徑25 mm，在擋墻墻趾外側坡體上設置3排橫向間距1.0 m、縱向間距1.0 m的鋼管樁對擋墻底部土體進行注漿加固處理，鋼管樁直徑50 mm（壁厚3 mm），管長約6 m，管內植入3根28 mm螺紋鋼筋，等邊三角形布置，如下頁圖3所示，鋼管樁按梅花型布置。同時對路面裂縫及時進行封閉處理以及變形監測等。

2.2 綜合治理方案

結合應急搶險措施，為滿足此條便道永久使用的要求，針對垮塌路基，提出“鋼管樁+混凝土承臺+衡重式擋墻”永久加固的處治措施：清除已垮塌擋墻，對下邊坡采用掛網噴混凝土，掛網錨桿采用長5 m，直徑25 mm的自進式錨桿，間距3×3 m;路基防護采用鋼管樁+混凝土承臺做基礎，上部采用衡重式擋墻，衡重式擋墻地面與承臺頂面用豎向短錨筋連接。鋼管樁采用127 mm鋼管，平均管長20 m，嵌入基巖長度≥8 m，鋼管橫向間距1.2 m，縱向間距1.5 m，管內植入3根28 mm螺紋鋼筋，等邊三角形布置，管內灌注M30砂漿，砂漿須從鋼管底部注入;混凝土澆注順序是先澆注承臺，形成工作平臺后，再施做衡重式擋墻;每段在混凝土承臺外設置3個位移監測樁，如圖4所示。

3 后期運行情況

大河溝便道路基病害處治工程于2016年初完成，至2018年5月大河溝隧道貫通2年多的時間內，一直運行良好，無新增位移，保證了隧道施工進度及下方318國道的運行安全。2019-08-01雅康高速公路四川瀘定至康定段通車，也標志雅康高速公路全線實現客運車輛通車，大河溝便道在此期間及今后將作為應急搶險通道繼續發揮作用。

4 結語

（1）微型鋼管樁穿透和貫入性能優越，能承受較大的沖擊力，不論在軟弱土層或較堅硬巖石層中都能夠充分地將其打入支承層。

（2）微型鋼管樁在高陡土質邊坡中作為支擋結構時受松散土體及后期荷載影響，存在樁頂側向移動問題。另樁長過長時也會存在鋼管樁頂側向位移量過大而失穩的風險，故而微型鋼管樁在處治公路工程路基病害中通常與其他工程措施相結合，如在樁頂增設承臺進行連接、下邊坡增設錨桿、錨索等輔助措施來保證其穩定性。

（3）微型鋼管樁作為路基搶險、永久支擋措施，與常規的抗滑樁、樁板墻等大型工程措施相比具有施工工藝簡單、便捷高效、節省工程費用，易與其他工程措施相結合的特征。

（4）微型鋼管樁由于其鋼材質特點，對于地下水具有高腐蝕性的地區應慎重選用或增強防腐措施。

參考文獻：

[1]陳金宏.微型鋼管樁在高填方邊坡治理工程中的應用[J].基礎工程設計，2019，18（7）：57-59.

[2]肖春錦.微型鋼管樁用于滑坡治理及理論分析[J].路基工程，2014（4）：94-96.

[3]胡建偉，鄧學燈，江保慶.注漿微型鋼管樁在某填土邊坡滑坡治理中的應用研究[J].土工基礎，2014，28（1）：17-20.

[4]劉 凱，劉小麗，蘇媛媛.微型抗滑樁的應用發展研究現狀[J].巖土力學，2008，28（增）：675-679.

[5]JTGD30-2015，公路路基設計規范[S].

收稿日期：2020-04-09