微型桩技术在公路边坡加固中的应用

■罗 刚

（新疆新纪元公路设计有限责任公司，乌鲁木齐 830000）

1 引言

在公路工程中，公路建设沿途需经过各种地质条件的考验，因此许多路基、边坡加固技术得到应用。目前，公路边坡防护加固的形式很多，随着人们对公路要求的不断提高，边坡防护加固工程也越来越受到重视。

在对公路边坡进行加固设计时，通常要考虑以下几个基本原则：

（1）工程应遵守“以防为主，防治结合，综合治理”的原则，力求在边坡失稳前就对其完成加固，讲究及时性；

（2）加固工程要求做到“一次根除，不留后患”。边坡失稳对公路交通影响较大，所以要求加固效果稳定可靠，不留隐患；

（3）施工时要科学合理，按照“治坡先排水，之后进行施工”原则进行，基础工作要扎实可靠，避免造成经济浪费[1]；

（4）遵循“因地制宜”原则，不可因为施工导致边坡力学平衡状态被破坏，进而导致新的失稳边坡出现，所以要根据实际工程条件进行理论计算验证；

（5）注意成本控制。在进行边坡加固时，要求设计方案最优化，例如：注浆量、钻孔深度、桩基长度等，这些参数都和工程成本直接相关[2]。

微型桩指的是直径小于400mm，长细比大于30，采用钻孔、强配筋和压力注浆施工工艺的灌注桩（图1）。通过压力注浆，使得桩柱和周边岩土层紧密结合，以此来提高其力学性能，保证边坡稳定。此项技术的优点为：（1）施工机具小，适用于狭窄的施工作业区；（2）施工振动、噪声小，适用于公害受到严格控制的市区；（3）长细比大，单桩耗用材料；（4）适用范围广，可用于所有土质层加固。

微型桩技术起源于上世纪50 年代，之后在70 年代被美国较为广泛采用。我国最早应用这项技术是1981年在苏州虎丘塔地基托换加固工程中，此后引起学术界重视。目前，全球有超过3000 个大型工程项目应用到微型桩加固技术，它也被认为是最有价值的桩型之一。下文将以新疆自治区奎阿高速公路阿尔达乡段为例，分析微型桩加固技术在公路边坡中的应用。

图1 微型桩加固边坡施工

2 工程概况

连接新疆自治区阿勒泰和奎屯两市的奎阿高速公路全长527km，其中位于阿尔达乡段长27km，途中经过天山山脉路段（图2）。本路段的公路边坡土质松软，且小型褶皱、断层等地质构造较多，稳定性较差，地形自然坡度为40～55°，岩层走向与公路夹角为48°，边坡高度范围为5～30m，边坡段长度约为250m。在分析现场条件后，需要对高速公路边坡进行加固处理。经过多方论证，在综合比较了各个加固技术的施工条件、成本投资及加固效果等因素后，最终选择微型桩加固技术对本路段进行处理。

图2 奎阿高速穿过山区

3 微型桩加固技术的设计计算

在边坡加固工程中，前期的地质勘查工作是必不可少的。根据现场的勘察结果和实验室测出的岩石力学参数，再加上理论计算，得到了本路段滑坡示意图（图3）和剩余下滑力计算表（表1）。在对下滑里进行推算时，安全系数的取值为1.2。

Ei=Wisinαi-Wicosαitanδi-cili+ψiEi-1

式中：Ei——第i 条块剩余下滑力，kN/m；

Wi——第i 条块自重，kN/m；

αi——第i 条块滑面倾角；

δi——第i 条块内摩擦角；

Ci——第i 条块岩土粘聚力；

li——第i 条块滑面长度；

ψi——传递系数；

Ei-1——第i-1 条块剩余下滑力滑面面向分量。

上式只是计算的一部分，此外很多岩层力学参数可通过实验室测定。

图3 滑坡推力计算示意图

在此，将滑坡体分成9 个条块，依据不同的位置、岩性等条件，绘制成表1。

表1 边坡剩余下滑力计算表格

通过相关计算，最终得出本路段边坡剩余下滑力最大值为245.6kN/m，安全系数为0.85。利用FLAC3D 软件进行验证，表明计算结果较为准确，可为后续设计工作提供依据。

根据所得结果，本项目设计采用双排“门”型微型桩组合体系。具体如下：采用圆柱形桩体，长度为10m（个别地段长度略大），直径为300mm，桩间距取值2m，前后排距取值0.6m，两排之间用横梁连接（排数因边坡高度的不同而不同），锚固深度应大于桩体总长的1/3，桩内配筋型号为4Φ16。经计算，此种结构单位面积可承受下滑力为468kN，完全满足现场需要[3]。

4 微型桩加固技术的施工要点

4.1 钻孔和清孔施工

目前，钻孔机械主要分为冲击钻、回旋钻和冲击回旋钻三种类型。冲击钻因不能使钻进和排矸同时进行，所以钻进功率较低；回旋钻主要应用于砂土等粒径较小的地带，适用范围较窄；而冲击回旋钻可将上两种钻机优点结合在一起，因而在边坡加固中得到最广泛应用。本项目采用回旋冲击钻进行打孔作业。

在钻进时，应保证钻孔的深度和曲直度达到要求，钻进完成后对掉落碎石进行必要清除。钻孔结束后技术人员应对每个孔进行复查，合格之后便可进行后续的加筋注浆作业。

4.2 安放钢筋和注浆作业

加筋材料一般选择为钢筋、钢管等材料，要通长配置，此外，回填碎石的粒径要求不大于1/10 倍桩径，放入填料体积约占孔内容积的15%左右。在此期间最可能出现塌孔现象，所以应尽快完成安筋和注浆作业。

在微型桩加固边坡作业中，水泥浆相关要求有几点：(1)水灰比控制在0.5 左右；(2)注浆时应先注稀浆液，之后逐渐提高浆液浓度；(3)必要时可掺外加剂改变水泥浆性能，提高注浆效率。注浆作业可分为初次注浆和二次注浆。

初次注浆时，压力一般控制在0.3MPa，如果出现缩颈或塌孔现象，应下降套管深度至破坏区域以下。另外还要求孔内浆液均匀上升，直到灌满为止。注浆作业应连续进行，而注浆管每次提升高度应小于50cm。

在初次注浆完成5～7h 后，进行二次注浆。注浆管由注浆泵压入到初次注好的浆液中，可挤压桩体和孔壁间的缝隙，增强桩体承载力。二次注浆压力控制在2～4MPa 左右，由底部向上部进行。

4.3 质量检验

在微型桩注浆完成30d 后，要检验其承载能力。本项目对其进行的是竖向载荷承受检验，具体为使用卡车对其进行拔拉，相关仪器可记录下当前数值，抽取数量为总数的30%。经抽查，本项目微型桩合格率为100%，说明施工质量较好[4]。

5 结束语

微型桩加固技术施工程序较为简单，施工质量容易控制，且适用范围较大。就本项目而言，与锚固支护相比，经估算其成本可节约15%，加固效果也达到了相关标准，是一种理想的边坡加固技术。

[1]郑颖人,陈祖煜,王恭先，等.边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社,2007(12):13-15.

[2]吴文雪,欧阳仲春.锚钉复合结构及其在滑坡防治中的应用[J].重庆交通学院学报,2004,23(3):65-69.

[3]肖世国,周德培,宋从军.岩石高边坡工程中埋入式抗滑桩的应用[J].岩土工程学报,2008,25(5):638-641.

[4]沈强,陈从新,汪稔,刘小薇.边坡抗滑桩加固效果监测分析[J].岩土力学与工程学报,2005,24(6):934-938.