锚杆树根桩复合支挡结构在膨胀土滑坡治理工程中的应用

余百友　余柏松

（1安徽省水利规划办公室，安徽合肥230022；2宿松县水利局，安徽宿松246500）

锚杆树根桩复合支挡结构在膨胀土滑坡治理工程中的应用

余百友1余柏松2

（1安徽省水利规划办公室，安徽合肥230022；2宿松县水利局，安徽宿松246500）

该文通过一个典型案例，简析了膨胀土滑坡原因，介绍了锚杆树根桩复合支挡结构特性以及设计和施工技术要点。作为一种较为新型的抗滑挡土结构，其与传统的挡土墙、抗滑桩等抗滑结构相比，具有造价低、施工简单方便、工期短、对土体扰动小等特点，具有一定的经济效益和社会效益。

树根桩；复合支挡结构；滑坡；治理

树根桩是利用小型钻机按设计直径，钻进至设计深度，然后放入钢筋笼，同时放入灌浆管，采用压力通过注浆管向孔中注入水泥浆或水泥砂浆，结合碎石骨料成桩，形成小直径的钻孔灌注桩。直径一般为100～300mm，桩长通常为5～30m。根据需要，树根桩可以布置成垂直的，也可以是倾斜的，可以是单根的，也可以是成束的或网状型的，可以是端承桩，也可以是摩擦桩，不仅可以承受压力，也可用以承受拉力或拉压交替的荷载。树根桩于20世纪30年代初起源于意大利，早期主要用于新建工程的地基处理以及现有工程的基础托换、建筑物纠偏。由于树根桩可采用小型钻机施工，施工机械和方法较简单，造价相对较低，近年来在安徽省淠史杭灌区膨胀土滑坡治理中取得了较理想的效果。

1　锚杆树根桩支挡结构特性

锚杆树根桩复合支挡结构是由竖向挡土结构的双排树根桩和承受拉力的斜向锚杆所组成，竖向双排桩顶设置钢筋混凝土纵向冠梁和连系梁亦可沿桩顶布置通长的钢筋混凝土板。双排竖向树根桩及桩顶横梁或板形成空间门架式支挡结构体系，具有较大的横向刚度，可有效抵挡结构侧向变形；斜拉锚杆一端为锚头，通过横梁与树根桩连接，另一端锚固于稳定的土体中。支挡结构所承受的荷载通过锚杆传递至锚固体，再分散传递到周围的稳定土层中，从而可以充分发挥结构的整体受荷能力和地层的承载能力。若基岩埋藏较浅，斜拉锚杆能锚入基岩一定长度，会显著增大抗滑力，极大地增强边坡的稳定性。

2　施工程序及技术要求

树根桩施工方法与钻孔灌注桩相似，施工工序为定桩位、桩机成孔、清孔、放钢筋笼、预设注浆管、填灌骨料、压力注浆。

定位：根据设计提供的建筑物坐标位置、基线及基点测量定桩位，钻机就位后对准桩中心，调平，校核钻机垂直度。要求桩位平面允许偏差±20mm。

桩机成孔：采用GXY-1型工程地质钻机或其他合适的钻机成孔，钻孔至设计高程，钻孔时宜采用清水或天然泥浆护壁，当地下水位较高或地基为淤泥质软土时亦可用套管。要求直桩垂直度和斜桩倾斜度偏差均应按设计要求不得大于1%。钻孔至设计高程后停钻，进行清孔，到孔口溢出较清的水为止。

下钢筋笼：钢筋笼按设计要求制作，主筋采用焊接时搭接焊缝长度双面焊不得小于5倍钢筋直径，单面焊不得小于10倍钢筋直径。钢筋笼宜整根吊放，尽量放置在桩孔居中。

注浆管制作：为保证成桩效果，预留2根注浆管，进行二次注浆。注浆管底口用胶布或聚乙烯胶封口，在管底口以上1.0m范围设计成花管形状，孔眼直径0.8cm，纵向间距10cm，竖向四排，灌浆管放在钢筋笼内，一起放至桩孔内。

填灌骨料：填灌的碎石和细石宜清洗，投入量不应小于计算桩孔体积的0.9倍。填灌的骨料应保证密实。填灌时应同时用注浆管注水二次清孔。

压力注浆：采用SYM-50-50-Ⅱ型注浆泵或其他合适的注浆泵，浆液采用水泥砂浆或水泥浆液。第一次注浆时，起始注浆压力约1MPa，将浆液从注浆管孔底压出，然后将注浆压力控制在0.1～0.3MPa，低压慢注，使浆液逐渐上冒，直至浆液泛出孔口停止注浆。

待第一次注浆45～60min后，浆液初凝，拨出第一根注浆管，用另一根注浆管用水泥浆液进行二次注浆。注浆压力控制在3～4MPa，注浆一次拨管1m，再注，循环直至注浆管全部拨出。

3　工程实例

3.1工程概况安徽省淠史杭灌区是全国三大灌区之一，灌区淠河总干渠、瓦东干渠、滁河干渠、潜南干渠穿越江淮分水岭膨胀土地区，渠道切岭滑坡时有发生。瓦东干渠是淠史杭淠河灌区最大的一条干渠，总长109.46km，渠首引水流量64.5m3/s，设计灌溉面积10万hm2。瓦东干渠新集切岭段渠道设计底宽7.0m，设计渠底高程40.7m，最大切岭深约12.0m，设计边坡1∶2.5。从1975年开始，该段陆续发生了Ⅰ～Ⅳ号4处较大滑坡，近年发生的第Ⅴ号滑坡位于Ⅰ号滑坡东侧，滑坡沿渠长85m，滑动土体沿主滑断面长35.0～38.0m，滑动土体最大厚度5.9m，滑坡周界清楚，后壁较陡，最大高度2.5m，约40～50°。滑舌伸入渠道最大达5m，阻水严重。

3.2工程地质根据钻探、静探及竖井勘探，滑坡段地层自上而下分为3层：第1层为人工堆粘土、重粉质粘土，厚0～4m，分布在51.0～53.0m高程以上。土体孔隙比较大，土质较松散；第2层为滑体土层，成分主要为粘土，次为重粉质壤土，黄色，含铁锰结核。滑体浅部地层含水量较低，呈稍湿至湿；滑动面附近土体含水量较大，呈湿至很湿状态，土体强度较低。裂隙面夹有白色絮状粘土矿物；第3层为滑床部分，土体结构致密，土质坚硬，强度高，静力触探比贯入阻力Ps值在2.5～4.0MPa，成分为粘土，中等压缩性。滑坡区粘土、重粉质壤土具有中等膨胀潜势。

3.3滑动面和抗剪强度指标确定根据滑动区现场滑坡后缘、滑坡前缘（出口）形状、界限等地形地貌特征，以及地质勘探主滑断面上静探PS线的小值点，并结合抗探、井探等方法综合确定滑动面线型和位置。根据膨胀土体滑坡破坏机理和变形特征，滑动带土体通常都经历过多次剪切滑动，所在对边坡进行稳定性分析时，一般都采用土体残余强度指标。地质勘探时在滑体内取扰动土样，进行重塑土的固结快剪和反复慢剪试验。取反复慢剪试验指标作为残余强度。另外，由于现状主滑动面处于临界状态，取安全系数为1，采用推力传递法进行反复推算，当滑动出口推力为0时，反演出滑动面土体强度指标。综合土工试验值和反算成果，综合确定取值。

3.4滑坡成因根据滑坡区地形、地貌以及工程地质和水文地质条件分析，该处滑坡形成的主要原因是：（1）岩性特性：由于粘性土中含有大量蒙脱石、高岭石等矿物质成分，具有极强的亲水性，遇水软化、膨胀，使其内聚力和内摩擦角变小，土体强度降低，失水干裂、出现裂隙，而裂隙又成为大气降水的通道，干湿交替变化，致使土体膨胀收缩交替循环进行，加速了边坡土体强度的降低。（2）水文地质条件：经调查，膨胀土地区滑坡均发生在降雨之后，或是坡顶附近有水塘、农业灌溉用水等补给水源存在，常年积水、长期入渗，土体含水量增大，地下水位抬高，使土体裂隙面抗剪强度降低，沿裂隙形成滑坡。本处滑坡也不例外，亦是发生在连续降雨之后。说明水文地质条件是导致膨胀土边坡失稳定的重要外部因素。（3）渠道边坡较高，施工未预留平台；弃土就近堆放在坡顶，增大了边坡高度和上部荷载。（4）坡面未设排截水系统，无组织的坡面排水，加剧了雨水入渗和坡面冲蚀。

3.5复合支挡结构布置复合支挡结构横断面上由2根垂直的树根桩、斜向锚杆和钢筋混凝土顶板共同形成的门字型空间结构组成。树根桩直径φ0.2m，桩长10m，排距1.4m，纵向中心距1.0m，成2排平行布置，共160根；斜向锚杆直径φ0.11m，长17m（其中伸入滑动面以下不小于5.0m），倾角45°，共80根；桩顶布置钢筋混凝土板将树根桩和锚杆连成整体，顶板长80m，宽1.7m，厚0.25m，高程44.7m与边坡一级平台高程一致。

3.6其他辅助治理措施首先对滑坡区渠道从原渠底边坡以1∶2.5的边坡整治，至高程44.7m留2.0m宽的一级平台，后以1∶3的边坡至高程47.7m留2.0m宽的二级平台，然后以1∶3至坡顶。一级平台以下采用干砌块石护坡，其余坡面采用草皮护坡。沿一、二级平台内侧设置纵向混凝土排水沟，坡顶没置截水沟，沿渠道每间隔20.0m设置一道横向排水沟。

4　结语

复合支挡结构是树根桩技术在边坡治理工程中的应用，是一种较为新型的抗滑挡土结构，由前后2排树根桩、斜向锚杆和灌入水泥浆加固后的土体复合结构构成，用来控制边坡的稳定性。该结构可用来代替传统的挡土墙、抗滑桩等用于滑坡防治，与挡土墙、抗滑桩等抗滑结构相比，具有造价低、施工简单方便、工期短、对土体扰动小等特点，具有一定的经济效益和社会效益。

（责编：张宏民）

U418.55

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1007-7731（2016）09-151-02

余百友（1965-），男，安徽宿松人，高级工程师，从事水利水电工程规划设计工作。

2016-04-25