抗滑樁在開州湖特大橋岸坡滑坡加固的應(yīng)用分析

文/陳元忠

1 問題的提出

滑坡是路基邊坡失穩(wěn)常見的表現(xiàn)形式，斜坡土體或巖體在長期遭受水流沖刷、人工切坡、地下水活動等因素影響后，因受到重力作用而沿軟弱面整體或分散向下滑移的病害現(xiàn)象即為滑坡。通常情況下，滑坡是水文地質(zhì)、地形地貌、人為因素、內(nèi)外應(yīng)力等綜合作用的結(jié)果。一般從兩個方面著手改善和解決土體或巖體滑坡失穩(wěn)：一是減輕或消除地表水、地下水的不利影響；二是改善和優(yōu)化邊坡土體或巖體力學(xué)強(qiáng)度性能。常見的防治措施包括排水溝修建、人工植草、預(yù)防雨水下滲等降水措施以及削坡減載、擋土墻、抗滑樁、固結(jié)灌漿、柔性邊坡等改變土體力學(xué)強(qiáng)度的工程措施。降水措施的實(shí)施主要作用：降低孔隙水及動水壓力，盡可能避免邊坡土體和巖體溶蝕分解，達(dá)到邊坡加固和穩(wěn)定的目的。

長期以來，抗滑樁在岸坡滑坡治理方面的應(yīng)用日益廣泛，抗滑樁樁柱穿過滑坡體深入滑動面以下的滑床穩(wěn)定層，并主要借助對樁的錨固力，以發(fā)揮支擋滑坡體滑動力、平衡滑動體推力、穩(wěn)定邊坡的作用，對于淺層及中厚層滑坡體較為適用[1]。當(dāng)滑坡體下滑過程受到抗滑樁阻抗，樁前滑體便會達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。抗滑樁材料可根據(jù)滑體薄厚、實(shí)際推力、施工條件、防水要求等，在鋼樁、木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁之間進(jìn)行選擇。

2 工程概況

開州湖特大橋位于甕開高速公路K35～K37 段，橫跨洛旺河峽谷，中心樁號為K36+075，全長1257m。橋跨布置為3×30m 現(xiàn)澆連續(xù)箱梁+1100m 單跨鋼桁梁懸索橋+2×30mT 梁，主橋?yàn)?100m 單跨鋼桁梁懸索橋，主纜邊跨分別為302m 和143m，主纜中跨為1100m，垂跨比1/10。開州湖特大橋開陽岸主塔塔高141m，隧道錨，引橋?yàn)橄群喼Ш蠼Y(jié)構(gòu)連續(xù)2×30mT梁，引橋最大墩高30m。開陽岸橋區(qū)為0～30m 的堆積體，兩側(cè)山嘴為危巖體，坡面陡峻，地質(zhì)條件差，樁基采用左右承臺各20 根長約65m 的摩擦端承樁。項(xiàng)目地處黔北山地，屬淺切低山溶蝕、侵蝕地貌類型，場區(qū)內(nèi)存在堆積體、錯落體、危巖體等不良地質(zhì)。開州湖特大橋開陽岸邊坡防護(hù)工程量大，防護(hù)形式多種，施工工序多樣，工作面狹窄，涉及多專業(yè)、多工種高邊坡平行交叉作業(yè)，屬高空作業(yè)，施工工作面小，危險系數(shù)及安全防護(hù)難度大。

根據(jù)地形、地質(zhì)條件，結(jié)合現(xiàn)場補(bǔ)勘及對邊坡受力情況的分析，并經(jīng)多次現(xiàn)場勘察和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆桨冈u審，最終開陽岸邊坡采用清載+抗滑樁+錨索+邊坡防排水的綜合治理方案。抗滑樁孔樁開挖土方直接人工開挖、石方采用人工打眼開炸，除渣采用人工孔底裝渣、卷揚(yáng)機(jī)或人力絞架提升出孔的方式除渣，最終孔渣需轉(zhuǎn)運(yùn)至規(guī)定地點(diǎn)。護(hù)壁及樁身鋼筋采用場外加工房加工成半成品，現(xiàn)場搭設(shè)支架下放焊接安裝，有條件的地方可采用吊車配合安裝；護(hù)壁砼及樁身砼均采用拌和站集中拌和，砼運(yùn)輸車運(yùn)至現(xiàn)場直接灌注。因場地受限，灌車無法直達(dá)時，采用天泵配合灌注。

3 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 挖孔施工及清渣

主要采用間隔樁進(jìn)行樁身跳槽開挖，并在開挖后立即澆筑，澆筑7d 后再開挖鄰樁。挖孔過程中，必須在樁孔四角吊垂線，以便隨時檢查孔段垂直度，將孔段截面尺寸及挖深控制在設(shè)計范圍。終孔后，還應(yīng)緩慢勻速下放鋼筋骨架探孔器，檢查實(shí)際孔徑和垂直度，對于不符合要求的局部區(qū)域應(yīng)予以調(diào)整，并將護(hù)壁泥漿、樁底殘渣及積水等及時清除。此后，盡快按設(shè)計要求安排樁心混凝土澆筑，避免孔洞內(nèi)巖土層遭受污染和軟化。

在孔樁開挖口設(shè)置兩套搖頭卷揚(yáng)機(jī)出渣系統(tǒng)，卷揚(yáng)機(jī)所用鋼絲繩直徑10mm，并配直徑50cm、高50cm的圓形提升渣桶，單樁循環(huán)出渣量約13m3/循環(huán)。孔口外側(cè)比鎖口低1.5m，通過提升架將渣桶移動至鎖口外的堆渣處傾倒，待達(dá)到一定量后由運(yùn)輸車運(yùn)至指定的棄渣場。

3.2 空氣檢測

挖孔過程中必須按照規(guī)范要求采用氣體檢測儀經(jīng)常性檢測孔內(nèi)是否存在有毒有害氣體。具體而言，在挖孔施工人員下孔前，必須通過鼓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)的方式更換和凈化孔洞內(nèi)空氣，然后再進(jìn)行空氣質(zhì)量檢測，若檢測出的CO2實(shí)際含量超出0.3%，或是存在其他有毒有害氣體超標(biāo)情況時，必須及時通風(fēng)；有些有毒有害氣體含量雖然未超標(biāo)，但是施工人員能明顯感覺到呼吸不適，此時也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行通風(fēng)處理。采用淺孔松動爆破法及微差毫秒電雷管起爆方式進(jìn)行孔內(nèi)巖層爆破，具體應(yīng)按單孔設(shè)計，孔內(nèi)爆破施工后按25L/s 的風(fēng)量通風(fēng)排煙至少15min。

3.3 護(hù)壁支護(hù)

從樁頂至樁底均需進(jìn)行護(hù)壁施工，樁徑3×4m 及2×3m 情況下護(hù)壁厚度分別為50cm 和35cm，護(hù)壁采用與樁身同標(biāo)號的C30 混凝土，混凝土設(shè)計配合比為水泥∶砂∶碎石∶水∶減水劑=330∶1105∶800∶165∶1.88。為保證開挖施工的安全性，一次澆筑深度應(yīng)控制在1m以內(nèi)，并加強(qiáng)護(hù)壁鋼筋循環(huán)長度控制，在護(hù)壁鋼筋上下預(yù)留接縫彎頭，以避免護(hù)壁鋼筋材料發(fā)生上下脫節(jié)。護(hù)壁支護(hù)結(jié)構(gòu)的頂鎖口必須超出地面線0.3～0.5m，并將鋼管埋件預(yù)埋在井口，以便于護(hù)欄安裝。護(hù)壁井口防護(hù)詳見圖1。

圖1 護(hù)壁井口防護(hù)圖

護(hù)壁漿液現(xiàn)澆施工時應(yīng)通過竹板和木棒插實(shí)，并同時使用速凝劑，如果澆筑過程中出現(xiàn)護(hù)壁處存在漏水、漏漿、蜂窩等現(xiàn)象，則必須及時疏導(dǎo)、堵塞。完成護(hù)壁漿液澆筑，并按要求養(yǎng)護(hù)，使其達(dá)到初凝狀態(tài)后拆除內(nèi)模。

考慮到3×4m 樁徑尺寸較大，為保證結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)增設(shè)工字鋼內(nèi)撐，并結(jié)合治理斷面實(shí)際情況將滑動面設(shè)置在5～15m 的范圍。在該范圍內(nèi)設(shè)置I14 工字鋼“十字架”內(nèi)襯，以發(fā)揮最佳的支撐護(hù)壁作用；通過木楔將工字鋼內(nèi)襯端頭塞緊，并將∠75×5mm 角鋼焊接在上下層之間，使其形成結(jié)構(gòu)完整的桁架體系。

3.4 孔內(nèi)混凝土澆筑

按照雙面焊接的方式焊接樁身垂直縱向筋，并嚴(yán)格控制鋼筋搭接長度，盡可能將受拉鋼筋設(shè)置在樁后靠近山體側(cè)。孔內(nèi)澆筑的混凝土采用C30 混凝土集中拌制，其設(shè)計配比與護(hù)壁支護(hù)現(xiàn)澆混凝土完全一致。為防止產(chǎn)生施工縫，還應(yīng)單樁連續(xù)澆筑。對于孔底積水厚度不大（小于100mm）的情況，宜采用干法澆筑，即通過串筒或?qū)Ч軐⒒炷翝{液注入孔內(nèi)，串筒或?qū)Ч艿牡卓谂c混凝土漿液的距離控制在1～2m。如果滲水量增大時，應(yīng)進(jìn)行水下混凝土灌注，即將導(dǎo)管設(shè)置在孔中央，孔底設(shè)置性能良好的隔水混凝土，并對注漿導(dǎo)管進(jìn)行承壓、水密、接頭抗拉等性能試驗(yàn)，完全符合要求后灌注施工。

終孔后，由項(xiàng)目部質(zhì)檢人員先進(jìn)行自檢，合格后再報請監(jiān)理方驗(yàn)孔，檢驗(yàn)過程中主要將設(shè)計孔徑4～6倍的鋼筋骨架探孔器勻速緩慢放入檢查孔內(nèi)，并主要檢測孔深、孔徑、孔位偏差及垂直度等驗(yàn)孔參數(shù)，合格無誤后再安裝孔樁鋼筋。

3.5 岸坡穩(wěn)定性評價

本文主要采用極限平衡法和ABAQUS 有限元法，并結(jié)合第三方所得出的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行岸坡穩(wěn)定性分析。極限平衡法主要利用安全系數(shù)進(jìn)行岸坡穩(wěn)定性評價，分析過程和結(jié)果較為直觀，也最為常用。而有限元法主要采用基于強(qiáng)度折減法理論的ABAQUS 有限元分析軟件，通過在外荷載條件不變的情況下，計算岸坡內(nèi)土體最大抗剪強(qiáng)度和岸坡內(nèi)外荷載剪應(yīng)力實(shí)際值之比，即折減后抗剪強(qiáng)度參數(shù)值，以進(jìn)行岸坡穩(wěn)定性評價。本工程委托中鐵西北科學(xué)研究院有限公司進(jìn)行開州湖特大橋開陽岸岸坡穩(wěn)定性的自動化監(jiān)測預(yù)警，第三方提供的各段高邊坡監(jiān)測工程量設(shè)計詳見表1。

根據(jù)開州湖特大橋岸坡加抗滑樁強(qiáng)度折減后岸坡塑性區(qū)有限元模擬結(jié)果可知，抗滑樁施工前岸坡土體強(qiáng)度折減后，土體塑性區(qū)邊坡左側(cè)存在明顯的滑動帶；抗滑樁施工后使原岸坡土體受力性能改變，岸坡土體強(qiáng)度折減使得抗滑樁一側(cè)塑性區(qū)遭到阻斷，邊坡穩(wěn)定性提升。抗滑樁施工前岸坡土體安全系數(shù)2.3，施工后安全系數(shù)提高至2.7。

4 結(jié)語

開州湖特大橋岸坡滑坡加固治理中主要采用抗滑樁方案，清載、錨索、邊坡防排水措施為輔助方法。該邊坡加固治理至今已逾兩年，對岸坡滑坡體及抗滑樁樁體位移監(jiān)測結(jié)果顯示，該特大橋岸坡滑坡變形體已經(jīng)得到了有效治理。工程應(yīng)用結(jié)果表明，抗滑樁設(shè)計計算必須基于一定的假設(shè)條件，并在設(shè)計階段將此類假設(shè)所引起的誤差控制在規(guī)范所要求的范圍內(nèi)，以保證工程治理方案的合理可行。此外，對于大型滑坡體的治理必須加強(qiáng)過程及結(jié)果監(jiān)測，以便根據(jù)施工中所發(fā)現(xiàn)的問題及時調(diào)整設(shè)計和施工方案，保證岸坡滑坡加固治理效果。