钢轨桩在高位滑坡治理工程中的应用

邓 敏 刘 勇

(1.湖北地矿建设勘察有限公司，湖北 武汉 430072； 2.武汉地质勘察基础工程有限公司海南分公司，海南 海口 570100)

1 工程概况

某滑坡纵向长约100 m，横向宽约37 m～52 m，主滑方向148°；滑体平均厚约5 m，体积约2.2×104m3，属小型土质滑坡。滑坡后缘山顶高程595.2 m，前缘剪出口高程520 m，坡脚路面(省道245)高程489.6 m，高差达30 m，属高位滑坡[1]。数轮连续强降雨后，滑坡后缘张裂缝、两侧剪切裂缝逐步出现，下方道路过往车辆行人流量大，道路外侧为连排居民住宅楼，一旦滑坡形成，将对当地社会发展造成极其恶劣影响。

2 工程地质条件

滑坡体组成物质主要由以下两层构成：

红褐色，松散～稍密状，分布于整个坡体上，厚度0.5 m～6.8 m不等，沿坡面走向呈中间厚两侧薄分布状态；碎石成分以砂岩为主，土石比6∶4，粒径2 cm～15 cm，棱角～次棱角状，透水性好。

2)三叠系中统巴东组二段基岩(T2b2)。

红褐色厚层泥岩夹青灰色中薄层砂岩，逆向，产状330°∠50°，表部强风化，裂隙发育。以泥岩出露为主，岩质软易风化；砂岩相对较硬，表层因节理裂隙发育极为破碎；强风化层厚度5 m～10 m。

上覆残坡积碎石土结构松散，含水性较好，地下水主要为松散介质孔隙水，受大气降水补给，无统一自由水面，水量大小随季节变化。滑床岩体较破碎，节理裂隙中存在基岩裂隙水，水量受裂隙切割等因素控制。勘察期间，滑坡前缘剪出口附近有水冒出。

3 滑坡成因分析

1)地形地质因素。

滑坡前缘临空，山高坡陡，坡度35°～50°；坡体碎石土覆盖层结构松散，孔隙发育，下部泥岩为相对隔水层，易形成导水通道；结合面易软化，力学强度降低，对滑坡稳定性形成安全隐患。

2)降水因素。

强降雨作用是滑坡形成的主要诱因之一，滑坡区属亚热带温湿季风气候，四季分明，雨量充沛。雨季来临时，由于地表降雨大量入渗，使得土体内含水量急剧增大，土体容重和孔隙水压力随之升高，抗剪强度迅速降低；同时由于滑体泥岩相对隔水，地下水在该层面富集，从而也大幅降低了残坡积层与泥岩层面之间的抗剪强度，坡体安全储备降低。

3)人类工程活动。

滑坡前缘坡脚开挖建房、切坡修路，形成高约10 m～18 m的陡坎，提供了较好的临空面；坡体上居民开荒种地，灌溉用水增加了地表水入渗量；人类工程活动破坏了原坡体的稳定平衡，对斜坡稳定性造成不利影响。

4 稳定性分析

4.1 物理力学参数确定

滑坡野外勘察阶段，进行了现场原位试验和室内物理力学试验，并提供了滑坡物质物理力学参数试验值。滑坡现状处于正在滑动阶段，边界条件清晰，根据极限平衡条件进行滑动面抗剪强度指标反算是行之有效的[2]。根据力学指标反算结果和试验资料，对岩土体主要物理力学指标进行适当调整，综合确定物理力学参数如表1所示。

表1 滑坡组成物质物理力学参数表

4.2 稳定性评价

根据最不利原则，选取覆盖层厚度最大处滑坡主轴剖面进行稳定性评价。滑坡治理的保护对象为省道245、居民住宅及相关构筑物，根据相关规范规定，滑坡计算工况及对应稳定系数要求为：

工况一：自重+地下水(天然状态)，安全系数1.30；

工况二：自重+地下水(暴雨状态)，安全系数1.15。

采用Janbu法和传递系数法进行滑面稳定计算，计算剖面见图1。计算结果表明：滑体在天然工况下稳定系数为1.062，处于基本稳定状态；在暴雨工况下稳定系数为0.991，处于失稳状态。

5 滑坡加固方案

5.1 方案拟定

常用的阻滑加固措施有挡土墙、抗滑桩、预应力锚固等。滑体覆盖层物质最厚处为6.8 m，挡土墙不合适；坡体基岩以粉砂质泥岩为主，抗风化能力差，易软化泥化，若采用预应力锚固方案，可能会出现锚索应力松弛达不到预期效果；故而抗滑桩方案为滑坡治理优选方案，但因滑坡处于变形发展阶段，施工工艺上宜选择机械成孔桩。

另外从坡面形态看，滑坡体中前部主滑段堆积层较厚，初步拟定采用钢轨桩结合削方减载，并辅以排水措施的加固方案，并在后期的运行过程中，通过监测点对滑体进行追踪控制。

5.2 钢轨桩设计

钢轨桩与桩周土体通过孔内灌注砂浆牢固粘结成一体，在滑动面上下受弯曲产生抗力。采用工况二为设计工况，在满足设计安全系数1.15条件下计算得到滑体下滑力为760 kN/m。选用型号43 kg/m钢轨桩，根据葛修润院士的钢轨抗滑桩受力试验研究结果[3,4]，43 kg/m钢轨桩抗滑力为35.5 t。

市面上成品钢轨桩有12.5 m和25 m两种长度规格。该滑坡覆盖层最厚处6.8 m，下部强风化层厚度5 m～10 m，综合考虑施工便利和安全可靠，结合滑坡地形、地质结构条件确定采用钢轨桩结合预应力锚索方案，治理措施如下：

1)高程530 m～ 543.5 m区间段进行削方，削方坡比1∶2，并在530 m高程形成宽3 m马道，作为钢轨桩施工平台；削方后裸露坡面进行植草绿化。

2)于滑坡前缘高程530 m平台处布置2排钢轨桩，钢轨桩成孔孔径300 mm，孔内自下而上灌注M30高强度水泥砂浆；采用12.5 m长钢轨桩，水平间距1.2 m，排距0.7 m，矩形布置，钢轨桩顶部现浇C30钢筋混凝土帽梁，帽梁宽1.5 m，高0.8 m。

3)以钢轨桩帽梁为锚墩，以中薄层砂岩为锚固段，设置500 kN级预应力锚索，锚索长20 m，水平间距2.4 m。

4)沿滑坡周界外围稳定坡体布置圈椅状截排水沟约165 m，引至滑坡下方坡面已建水沟排出坡外。

5)于滑坡边界及前、中、后部布置若干变形监测点，用作施工期滑坡变形监测和施工结束后防治效果监测。滑坡治理剖面设计图见图2，加固后坡体在工况二条件下计算稳定系数为1.168，满足设计和工程要求。

6 结语

钢轨桩在边坡滑坡治理工程中的应用越来越广泛，其施工便利、高效，是治理边坡滑坡病害的有效措施。经过两年的观察监测，该滑坡各项指标稳定，达到了预期目标；希望此成功经验能为同类工程提供有益的参考和借鉴。