圆形抗滑桩在某煤系地层滑坡治理中的应用

2013-08-29舒海明王曙光喻邦江

交通科技 2013年2期

舒海明王曙光喻邦江

（贵州省交通规划勘测设计研究院股份有限公司贵阳 550001）

西部某高速公路互通区D匝道为一缓坡挖方路段，自然坡角10°～12°。路基中线最大开挖深度为10.6m，施工完成后，于2011年6月产生大规模滑移，坡体上出现多条张拉裂缝，滑坡后缘多户村民房屋产生开裂，严重威胁村民的生命财产安全以及公路的施工安全。经过认真分析计算，采用圆形抗滑桩对该滑坡进行了有效的支挡。

1 工程概况

1.1 地质构造

滑坡区位于构造旋扭变形区，场区未见断层通过，岩层呈单斜产出，岩层综合产状348°∠42°，岩石节理发育，多为张开型节理，其节理产状主要有：75°∠85°，140°∠65°两组，故该路段区的地质构造较简单。

1.2 地层岩性

覆盖层。残坡积层，含碎石粉质黏土：黄色、黑色，可塑，含少量泥质粉砂岩碎石，厚8～22.5m。

基岩。滑坡区基岩为二叠系中统龙潭组（P2l）泥质粉砂岩夹炭质泥岩及煤层。按岩体风化及岩体破碎程度分为强、中风化2层：①强风化层，灰黑色，薄～中厚层状，节理裂隙较发育，岩体破碎，岩质软，岩心呈短柱状、饼状，少量碎块状。厚约2.2～6.0m；②中风化层，黑色，薄～中厚层状，节理裂隙发育，岩体较破碎，岩质较软，岩心呈柱状，少量块状。煤，黑色，玻璃光泽，取心呈砂状，少量块状。

滑动面特征及滑坡物质组成。根据深层位移钻孔监测，滑动面位于覆盖层底层，埋深10.5～22.5m，滑坡体成分为残坡积层含碎石粉质黏土及全风化煤层。

1.3 气象水文

滑坡区属珠江流域之北盘江水系，场区未见常年溪流，由于坡体主要为稻田，在DK0＋140处形成雨源性冲沟，雨季，降水向冲沟径流、排泄，勘察期间流量Q＝10～15L／s。

场区地下水主要为第四系松散裂隙孔隙水、和基岩强中风化裂隙水，地下水靠大气降水补给，雨季，降水下渗以坡面流排泄于冲沟，少部分沿中风化基岩裂隙向低洼处排泄，中风化岩层为隔水层岩组，本次勘察钻孔ZK4，ZK5发现稳定地下水水位在高程1 386.18m 处。

1.4 原设计和施工情况简介

由于挖方边坡不高，原设计采用路堑墙及框架锚杆支挡，边坡开挖后，施工路堑墙时发现路堑墙地基承载力较差，故采用加深基础、加厚墙身的处理方法，但是路堑墙施工完成后，挡墙整体仍向外推移，大部分路堑墙开裂，边坡失稳。

2 滑坡变形特征

滑坡及地质钻孔平面图见图1。

由于受开挖路基切脚影响，该路段右侧边坡开始产生滑动，滑动坡面土体出现弧形张拉裂缝，裂缝错落分布于坡面耕地上，张拉裂缝最宽约0.3 m，局部沉降0.2m左右，最大沉降1.5m。滑坡整体下错，形成一个高约1m的滑坡陡壁。滑坡体前缘已到达路基右侧边缘处，局部地段隆起高度约0.8m，形成一个宽约130m的扇状滑坡体，滑体体积约26.5万余m3，根据规范［1］的分类标准，该滑坡为中型滑坡。

图1 滑坡平面图

滑坡发生至勘探期间，滑坡后缘从开始局部裂缝发展到现在高达0.3～0.5m坍塌断面。滑坡活动仍在发展。钻孔测斜表明，滑坡处于蠕滑动阶段，若不采取阻滑措施治理，将会发生更大规模的滑移。

3 滑坡成因分析

路基下伏基岩为泥质粉砂岩及炭质泥岩，由于该类岩层为隔水岩组，阻断了地表降水的排泄通道，故坡体土体常年处于饱和状态。钻探表明，覆盖层底层与基岩面接触带土体为一层厚约0.5 m的黑色全风化煤层，此薄弱层因长期饱水软化所致，其抗剪强度极低，坡体处于临界稳定状态。

由于施工路基切脚，使右侧坡体临空面增大，加上6月份正值雨季，降水增加了其上覆土体的重度，降低了土体的抗剪强度，导致土体失去平衡而产生下滑，形成覆盖层牵引式滑坡。

4 滑坡稳定性分析及下滑力计算

根据本次勘察结果，该滑坡为覆盖层牵引式滑坡，下伏基岩稳定，但需对路右侧边坡段进行加固处理，确保路基和边坡稳定。通过综合工程地质类比，结合室内试验资料，以DK0＋120主滑断面为计算断面，由于滑坡已经形成，按规范有关规定，取当前稳定系数K＝0.98，反算滑动面抗剪参数：c＝10.5kPa，φ＝6.1°，取安全系数 K＝1.2，计算至路基右侧边沟右边缘剪出口处剩余下滑力F＝866kN／m。

5 滑坡治理工程措施

5.1 治理方案的选择

滑坡工程地质断面图见图2。

图2 工程地质断面图

由图2可见，由于路基中心仅挖了10m就产生大规模的滑动，如采用清方卸载极有可能引起次生滑坡，产生新的滑动面。故此滑坡治理的指导思想是在路基边缘设置抗滑桩对滑坡进行处治，同时，地下水、地表水是导致滑坡形成的关键因素，需要设置综合排水系统，防止雨水入渗。

由于路基右侧边缘覆盖层较深，自路基标高以下最深达到15m，如果采用矩形抗滑桩进行支挡，受力性能固然较好，但受施工工艺、机械的影响，只能进行人工开挖。由于当时正是雨季，覆盖层遭水浸泡，含水量大，路基仍处于蠕动阶段，人工开挖速度慢，抗滑桩护壁容易受剪破坏，且煤层地层存在瓦斯，人工开挖存在极大的风险，故矩形抗滑桩无法实施。

如果采用圆形抗滑桩进行支挡，可以采用机械成孔。机械成孔可以采用冲击成孔与旋挖成孔2种方式。由于旋挖成孔具有不需要泥浆护壁，污染小，且成孔快的优点，经过工期与技术经济比选，最终采用旋挖成孔。圆形抗滑桩的缺点在于桩后土拱效应难以形成，桩间土体容易挤出，圆形桩受力性能较差，但可以通过加大截面尺寸及减小桩间距来满足其抗弯抗剪要求。

5.2 抗滑桩设计

规范［2－3］中关于圆形受弯构件正截面承载力验算，均局限于均匀配筋，圆形抗滑桩采用均匀配筋一般用于滑坡方向不明确的情况。但此工点已经采用深层位移监测明确了滑坡方向，如果仍采用均匀配筋将造成较大浪费。采用非均匀配筋可以节约造价，钢筋受力更有效。虽然已早有文献［4－5］对圆形抗滑桩非均匀配筋的计算进行研究，但是计算较为复杂，不便于手算，故本次设计利用岩土理正软件进行计算，岩土理正软件关于圆形抗滑桩计算采用规范［6］局部均匀配筋的方法，即在圆截面梁受拉区与受压局部均匀配筋的方式，既能充分利用混凝土的强度又可节约钢筋。

抗滑桩桩径定为2.2m，采用分层m法进行计算，粉质黏土范围内取m为10MN／m3，强风化泥质粉砂岩取m为60MN／m3，抗滑桩中心间距取4.2m。有文献［7］建议受拉区范围取为120°，但是试算后，120°的范围内需要配置受拉钢筋47 436mm2，不能满足规范［8］中关于抗滑桩钢筋净距的要求。此次设计取受拉区角度180°，受压区90°，此两范围以外配置构造钢筋。采用岩土理正软件进行抗滑桩位移及内力计算，抗滑桩最大位移为62mm。配筋计算取荷载分项系数1.35，抗滑桩桩身最大弯矩23 548kN·m，最大剪力为4 674kN，抗滑桩截面配筋见图3。

图3 抗滑桩截面配筋图

图3中一区配置62根直径32mm受拉钢筋，2根一束，共31束。二区配置32根直径32 mm受拉钢筋，2根一束，共16束。与矩形抗滑桩配筋不同的是，圆形抗滑桩受压侧也配置较多的钢筋，其目的是充分利用受压区钢筋的抗压作用，减小受压区截面高度，从而可以减少受拉区配筋，否则受拉区配筋过多，钢筋的净距不能满足规范要求，这类似于双筋矩形截面梁的计算。三区配置构造钢筋。经过计算，配置直径16mm的HRB400箍筋进行抗剪，箍筋间距15cm。

同时，在抗滑桩桩顶设置冠梁，3根抗滑桩一联，增强抗滑桩抗滑整体刚度。其布置见图4。