微型鋼管樁在邊坡治理工程中的應用

■薛承鵬

（福建省交通規劃設計院有限公司，福州 350004）

微型鋼管樁是一種新型的支護結構，其特點在于使用范圍廣、施工工期短、穩固效果較為明顯[1-3]等，尤其是一些較為狹窄、地形地質條件較為復雜的施工場地常采用此類支護。 本文以某服務區邊坡治理工程為依托，闡述微型鋼管樁抗滑機理，對項目工程地形地質條件、病害原因進行分析，采用微型鋼管樁支護方案治理邊坡，以期為同類邊坡工程提供參考。

1 微型鋼管樁抗滑機理

微型鋼管樁邊坡支護結構是利用鋼管樁與注漿體相結合的一種支護方式，其在邊坡治理過程中常具有以下特點[4-8]：（1）微型鋼管樁布置呈現排列形式，具有框架結構特性，樁與樁之間排列緊密，間距小。 樁基嵌入巖土穩定層，微型鋼管樁頂部用梁將其連接固定， 微型鋼管樁同巖土體組成一個整體，共同承擔來自邊坡自身的荷載作用；（2）微型鋼管樁加固邊坡利用水泥注漿的方式將水泥漿與巖土體充分混合，使得微型鋼管樁周圍巖土體密實度增大，提升邊坡中滑體、滑帶和滑床的力學特性，從而增大邊坡巖土體的抗剪強度，以達到增強微型鋼管樁支護邊坡區域穩定性的目的。

2 工程概況

2.1 地形地質分析

受持續強降雨影響，某服務區左區外側下方4 處總長約105 m 天然邊坡發生表層滑塌，橫向溜塌范圍延伸至下方地方道路，其中左區綜合主樓為擴大基礎，與溜方邊緣僅5 m，存在山體坡面進一步溜塌并牽引服務區場地及建筑物變形、開裂的隱患。地質橫斷面圖及現場情況見圖1～3。

圖1 地質橫斷面圖

圖2 場地平面圖

圖3 左區下邊坡滑塌

（1）地形地貌

場區屬低山丘陵夾沖洪積溝谷地貌，地勢西高東低，地形起伏。 左區以挖方為主，按設計標高開挖整平后最大挖方厚度約25 m， 左區綜合樓外5～15 m處紅線外下部天然邊坡高約40～45 m，坡度約20°～40°。

（2）地質情況

根據服務區巖土工程勘察報告，場區地層情況從上到下為：①殘積砂質粘性土（）：母巖為花崗巖，搖震無反應，干強度中等，韌性中等；力學強度一般，屬中等壓縮性土，工程性能一般；②全風化花崗巖（）：呈散體狀結構，巖芯呈土狀；壓縮性較低，力學強度較高；但遇水易軟化崩解、強度降低；③砂土狀強風化花崗巖（）：巖體極破碎，呈散體狀結構，巖芯呈砂土狀，成分主要由石英、風化長石及少許云母組成，其中部分長石已高嶺土化，屬極軟巖；壓縮性較低，力學強度較高；但遇水易軟化崩解、強度降低；④碎塊狀強風化花崗巖（）：風化裂隙發育，巖體破碎，呈碎塊狀結構，巖芯呈2～8 cm碎塊狀，錘擊聲啞易碎，成分主要由石英、風化長石及少許云母組成，屬軟巖；力學強度較高。 根據現場原位測試結果并結合地區性建設經驗，各巖土物理力學指標見表1。

表1 各巖土層物理力學指標

2.2 病害產生的原因

根據現場勘查并結合地質資料，該處病害產生的原因如下：受持續強降雨影響，服務場區大量地表水通過綜合主樓外側邊溝幾處泄水口集中排往外側邊坡， 使邊坡表面土層受水影響自重增加，同時由于外側山體地形陡峭， 導致多處邊坡淺層滑塌，場區邊緣水溝開裂、損毀。

2.3 處置方案比選

由于服務區綜合主樓為擴大基礎，與溜方邊緣最小距離僅5 m，為防止該段落山體坡面進一步溜塌并牽引服務區場地及建筑物變形、開裂，根據現場踏勘并結合地質情況，提出以下2 個方案進行比選。

2.3.1 方案一：坡底支擋及土釘坡面支護方案

（1）在滑塌邊坡坡底設置高3 m C20 片石砼支擋，擋墻基坑開挖及擋墻澆筑需跳槽施作；（2）對發生溜塌的邊坡進行清理，清除表層植物及浮土后拍實邊坡；（3）溜塌邊坡上施打土釘，土釘間距2.0×2.0 m。 先在設計位置處鉆孔，鉆孔孔徑Φ9 cm，再將外徑為Φ50 mm、壁厚5 mm 的無縫鋼管置入孔中，鋼管上鉆4 排出漿孔，鉆孔按間距7.5 cm 交錯布置，通過該導管往土體注漿并形成土釘；注漿采用C30 水泥漿液，水灰比0.5∶1，可添加早強劑，注漿壓力1～2 MPa；土釘長度6 m，傾角20°；（4）初噴6 cm厚C20 混凝土，初噴前先將泄水管預設好，掛Φ8@10 cm×10 cm 鋼筋網，并噴C20 混凝土至設計厚度（20 cm）。 支護方案見圖4。

圖4 坡底支擋及土釘坡面支護方案橫斷面

2.3.2 方案二：微型鋼管樁方案

為防止該段落山體陡坡進一步溜塌，牽引服務區場地及建筑物變形、開裂，于服務區場區外邊緣拆除環形場地排水溝后施打微型鋼管樁加固 （其中，每處溜塌段落前后各順延5 m），方案橫斷面見圖5；具體方案如下：（1）在溜塌邊坡上方服務區場地內靠近水溝的位置進行混凝土壓頂梁的刻槽施工，頂梁高50 cm，寬230 cm，壓頂梁頂面與原地面齊，梁刻槽后采用厚2～5 cm 的水泥砂漿進行基底調平，遇局部架空采用C30 砼嵌補；（2）微型鋼管樁橫向間距0.75 m，排距1 m，共設置3 排，呈梅花型布置，鉆孔孔徑Φ15 cm。 由于施打鋼管樁的位置有場地設置的管線，鋼管樁位置可根據管線的位置適當調整或改移管線；鋼管樁采用干鉆成孔，樁底需進入砂土狀強風化巖層；（3）將外徑Φ108 mm 內徑Φ96 mm鋼管置入孔內，鋼管樁需采用外焊接鋼管的接頭形式進行接長，合理安排鋼管樁接頭位置，應相互錯開，不得設置在同一水平面上；（4）采用壓力注漿向管內灌注C30 水泥砂漿，注漿采用孔底返漿法，注漿壓力1～2 MPa，穩壓時間不小于10～15 min，并注意及時補漿，至少補漿2～3 次，形成微型樁體；（5）本段落微型鋼管樁施打完成后，為增強微型鋼管樁整體剛度，斜向施打全粘結型錨桿（間距3 m），并在頂部預留長度1.2 m 用于與壓頂梁錨固；（6）所有微型鋼管樁施打完成后再行樁頂壓頂梁澆筑，混凝土壓頂梁高50 cm，壓頂梁中部設置1 層10 cm×10 cmΦ8 mm 鋼筋網，微型鋼管樁頂部與Φ8 mm 鋼筋網采用Φ20 mm 鋼筋焊接；同時在壓頂梁上設置排水溝，并將水溝匯水排出滑塌體范圍；（7）對發生淺層溜塌的邊坡進行清理，清除表層植物及浮土后拍實邊坡，并采用客土噴播植草（喬）防護對坡面進行綠化防護；其中，排水溝外邊緣至坡頂1 m 范圍內采用8 cm C20 素砼滿鋪。

圖5 微型鋼管樁方案橫斷面

方案對比結果見表2。 因服務區在邊坡修復過程中正常運營， 為保證服務區綜合主樓使用安全，對上述2 個邊坡加固方案的加固效果、 施工難度、施工費用及工期進行比較，經綜合考慮，決定采用微型鋼管樁方案對邊坡進行加固治理。

表2 邊坡治理方案對比

2.4 邊坡處理前后穩定性分析

根據現場邊坡情況及地質資料，利用GE0-SLOPE 軟件對處理前的邊坡穩定性進行驗算。計算結果見圖6， 邊坡處理前邊坡的計算安全系數為1.100。 因服務區綜合主樓臨近邊坡，按GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術規范》要求，邊坡安全系數不小于1.35。利用GE0-SLOPE 軟件反算可知，微型鋼管樁需沿最不利滑面施加不小于232 kN 的抗滑力，可使邊坡安全系數不小于1.35。

圖6 邊坡加固前計算結果

微型樁設計采用文獻[9]的計算方法，微型鋼管樁沿滑面的抗剪計算如下：

其中：Rfa為微型鋼管樁抗滑力，kN； τfa為單樁允許抗剪強度，kN；n 為每m 微型鋼管樁數量，根；βa為考慮鋼筋彎曲影響的折減系數；[τg]為微型鋼管樁抗剪強度，kN/cm2；As為鋼管樁橫截面積，cm2；Es、Et為土體及微型鋼管樁的彈性模量，kPa。

本次選用外徑Φ108 mm 內徑Φ96 mm 的無縫鍍鋅鋼管為微型鋼管樁的原材料，鋼管抗剪強度[τg]=12 kN/cm2，鋼管樁橫截面積As=19.23 cm2。因微型鋼管樁需提供不小于232 kN 的抗剪力，將公式（1）、（2）代入公式（3）中可知n=2.13，取整n=3，故最終微型鋼管樁每m 布設數量為3 根。微型鋼管樁提供的抗滑力為327.4 kN。

利用GE0-SLOPE 軟件對處理后的邊坡穩定性進行驗算，計算結果見圖7。 邊坡處理后計算安全系數為1.405，滿足規范要求。 通過微型鋼管樁進行邊坡支護后，隨著灌注水泥漿的完成，邊坡巖土體逐步穩定，且位移變量持續降低直至趨于穩定，說明邊坡支護措施有效，服務區綜合主樓可安全使用。

圖7 邊坡處理后計算結果

3 結語

服務區左區天然邊坡治理采用微型鋼管樁方案，目前已施工完成近3 年，經過位移觀測樁及測斜管監測，該處邊坡未發生位移與變形，說明微型鋼管樁對該邊坡處理是可行且有效的，可為類似的邊坡治理提供參考。