某國道公路應急搶險工程中微型鋼管樁方案應用分析

摘要 山區地質狀況復雜，公路運營過程中極易產生路基邊坡垮塌問題，影響車輛正常通行。為有效提升路基邊坡滑坡處治效果，保證車輛通行安全，文章依托某山區國道公路路基加固案例，針對微型鋼管樁應用展開綜合探究，根據邊坡水毀情況及實際通行需求，制定了應急搶險處治措施，并通過邊坡穩定性及殘余下滑力計算，提出了微型鋼管樁永久加固方案，取得了顯著成效，具有重要的參考價值。

關鍵詞 山區公路；路基水毀破壞；應急處治；微型鋼管樁加固

中圖分類號 U416.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0067-04

0 引言

微型鋼管樁加固技術常用于公路應急搶險施工中，具有施工簡便快捷、經濟高效等優點，能夠快速完成對失穩路基邊坡的加固，顯著提升路基邊坡穩定性，保證道路及時貫通，綜合效益顯著。為全面提升微型鋼管樁施工技術水平，該文結合某山區國道公路邊坡治理實際案例，系統分析了微型鋼管樁應急處治及永久加固方案應用情況，對提高路基邊坡加固水平、保證公路使用安全，具有重要意義[1]。

1 工程概況

某山區公路為國家公路網重要組成部分，全線沿山坡修建，因沿線排水設施不完善，在持續性強降雨影響下，大量雨水匯聚于K9+490涵洞位置，由于涵洞泄洪能力不足，此處路基邊坡產生沖刷浸蝕破壞，造成涵洞周邊50 m范圍內路基坍塌，影響道路正常運營。該公路為區域經濟發展的交通要道，道路中斷對當地生活生產秩序造成極為不利的影響，急需實施加固處理。

公路左側緊靠山坡，右側為高大邊坡，路面距坡底約150 m，邊坡坡度45 °～50 °。坡面覆蓋層以碎石土為主，質地較為疏松，粒徑介于2～20 cm之間，局部位置存在30～50 cm石塊，主要成分為花崗巖。地下水以基巖裂隙水為主，主要由地表徑流補給，水系較發達。

2 應急搶險處治措施

2.1 應急搶險目的

應急搶險主要目的包括兩個方面：①控制路基坍塌發展。②確保車輛通行安全。因此，根據現場實際情況，制定應急搶險處治措施如下：

（1）完善現場排水系統，在路基塌陷區域兩端設置截水溝，避免外界水流進入塌陷區，降低水損破壞。

（2）利用鋼管樁對路基塌陷區域實施臨時加固。

（3）對內側邊坡實施削坡處理，修建臨時通道，為路基加固提供條件。

2.2 鋼管樁

鋼管樁加固利用型號為φ150 mm鉆機進行鉆孔，鋼管采用規格為φ127 mm花管，鋼管內部設置φ28 mm鋼筋，采用正三角形布設，內部填充強度為M30水泥砂漿，制成微型鋼管樁，具有良好的抗彎性能[2]。

鋼管樁灌漿采用壓力灌漿設備完成，隨著灌漿作業的持續進行，漿體材料逐漸進入鉆孔周邊土層內部，填充土體內部空隙，提高土體強度和整體穩定性。路基垮塌段應急處治方案，如圖1所示。

3 路基邊坡工程的穩定性分析

該公路項目路基垮塌區域邊坡較陡，通過現場勘測，其坡度為45 °～50 °，受持續性強降雨沖刷浸蝕影響，坡面3～5 m厚度范圍內土層相對松散，極易產生局部滑塌現象[3]。為有效保證路基加固穩定，該邊坡工程穩定性分析如下：

3.1 滑面分布情況及c、ψ的選取

路基邊坡滑坡穩定性計算的關鍵在于巖土力學指標的確定，尤其是對滑坡土抗剪強度指標c、ψ選取更加重要。K9+463斷面滑面分布情況，如圖2所示。

邊坡穩定性系數取0.97，實施反演計算，并根據同類工程實踐經驗，得出坡面覆蓋層巖土力學指標，如表1所示：

3.2 計算模型及工況

受降雨沖刷浸蝕影響，路基邊坡覆蓋層松散巖土層抗剪強度顯著下降，并且在水體作用下，形成一定上浮力，場區內地震烈度Ⅸ度。因此，根據實際情況，將此路段分析模型分為三類工況：天然狀態、暴雨飽水狀態、地震烈度Ⅸ度的情況[4]。結合該邊坡地質場區特征，并充分考慮場區內環境條件，選擇邊坡最不利部位建立分析模型，如圖3所示。

3.3 邊坡穩定性數值模型計算結果

三種工況的邊坡穩定性計算結果如表2所示。按表2計算成果數據，其邊坡穩定性情況共分為四級：①當穩定性系數大于等于1.20時，邊坡為穩定級別。②當穩定性系數大于等于1.10，小于1.20時，為基本穩定級別。③當穩定性系數大于等于1.00，小于1.10時，為欠穩定級別。④當穩定性系數小于1.00時，為不穩定級別。

由表2可知：①工況Ⅰ天然條件下，邊坡穩定性系數為1.143，為基本穩定狀態。②工況Ⅱ暴雨條件下，穩定系數為1.04，為欠穩定狀態。③工況Ⅲ地震條件下，邊坡穩定系數為0.89，出現失穩垮塌現象。

4 滑坡推力計算

該公路路基邊坡滑坡推力計算通過參與下滑力傳遞法進行計算，具體模型如圖4所示。

通過殘余下滑力傳遞法進行計算，其公式如下：

Ti=FsWisinαi+ψiTi?1?Wicosαitanφi?ciLi （1）

ψi=cos（αi?1?αi）?sin（αi?1?αi）tanφi （2）

式中，Ti——i塊滑塊殘余下滑力（kN/m）；Ti?1——第i?1塊滑塊殘余下滑力（kN/m）；Tilt;0時，按Ti=0進行計算；Fs——穩定系數；Wi——i塊滑塊容重（kN/m）；ai——i滑塊傾斜角（°）；ai?1——第i?1滑塊傾斜角（°）；ci——i滑塊內摩擦角（°）；Li——i滑塊長度（m）；ψi——傳遞系數。結合該公路邊坡實際情況，通過數值模型分析計算得到分析結論，如表3所示。

從表3可知：三種工況下，工況Ⅲ地震條件下邊坡滑坡殘余下滑力最大，工況Ⅱ暴雨狀態次之，工況Ⅰ天然狀態下最小，因此，以工況Ⅲ地震狀態為最不利設計工況。

此外，水流對坡腳部位的浸蝕破壞，也會在一定程度上引發坡體牽拉開裂，嚴重時會導致邊坡失穩垮塌[5]。

5 永久加固處治措施

依據邊坡穩定性分析結果，并結合滑坡殘余下滑力計算數據，在前期應急加固處理措施基礎上，制定了永久性加固方案[6]。具體加固情況如圖5所示。

（1）加固段基底采用“鋼管樁+混凝土承臺”措施，上部設置重力式混凝土擋土墻對邊坡實施防護。

（2）承臺底部設置三排鋼管樁，樁徑為φ127 mm，縱、橫向布設間距均為1 m，樁體長度為21 m，鋼管樁內部設置規格為φ28 mm鋼筋，采用正三角形布設，并采用強度為M30水泥砂漿灌注。

（3）為避免樁頂出現變形，在頂部承臺內設置預應力錨索，布設間距為5 m，單束長度為30 m，錨固段伸入基巖內部至少為5 m，單孔錨索由4根預應力筋組成，預應力設計值為400 kN。

（4）在K9+490涵洞出口位置修建排水溝直通外部河道，排水溝由強度C20的混凝土澆筑。

（5）路基邊坡利用錨桿格梁實施加固，錨桿直徑為φ25 mm，設計荷載125kN，伸入基巖至少為5 m，水平傾角為20 °。

6 處治效果

該工程路基發生垮塌后，隨即采用微型鋼管樁進行應急加固處理，7 d后恢復通行，在保證車輛正常通行條件下，開展永久性加固，歷時三個月徹底加固完成，并取得了良好的加固效果，截至目前，邊坡加固后已運營5年，運營狀態良好[7]。

7 結語

綜上所述，該文結合某公路邊坡路基滑塌處治實踐，通過邊坡穩定性分析，提出了應急搶險及永久性加固方案，具體結論如下：

（1）微型鋼管樁主要通過樁體力學特性及樁體材料固化性能，對邊坡巖土體實施加固，能顯著提高土體強度和邊坡整體穩定性。

（2）通過邊坡穩定性分析及殘余推力計算，能準確掌握邊坡穩定狀態，從而采取更加科學有效的處治措施，顯著提升邊坡處治效率，保證加固質量。

（3）該公路路基邊坡垮塌段采用微型鋼管樁應急及永久加固處治后，取得了顯著成效，路基邊坡運營5年來，穩定性良好，充分驗證了微型鋼管樁加固措施的可行性。

參考文獻

[1]彭昌翠. 微型鋼管樁在失穩路基應急搶險中的綜合應用[J]. 西部交通科技， 2020（8）： 68-70.

[2]劉愛環， 趙應武， 黃凱， 等. 微型鋼管樁在軟質巖高邊坡的應用[J]. 水利科技與經濟， 2022（4）： 115-121.

[3]王國豐. 微型鋼管樁與抗滑樁組合快速支擋邊坡設計及施工[J]. 交通世界， 2022（21）： 73-75.

[4]王廣州. 巖土邊坡中微型鋼管樁組合矩形抗滑樁支擋施工分析[J]. 公路， 2023（4）： 76-81.

[5]劉鍵涌. 微型鋼管樁在山區公路擋墻地基加固中的應用[J]. 福建交通科技， 2022（3）： 25-28+78.

[6]韓冰. 深基坑錨注微型鋼管樁聯合支護結構應用研究[J]. 四川水泥， 2023（2）： 178-180+183.

[7]王廣州. 巖土邊坡中微型鋼管樁組合矩形抗滑樁支擋施工分析[J]. 公路， 2023（4）： 76-81.