旋挖桩在煤系地层滑坡处理中的应用研究

宋 威

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉 430000）

同尺寸矩形抗滑桩抗滑性能优于圆桩，一般建议采用矩形抗滑桩加固边坡。矩形抗滑桩大多采用人工分节开挖方，在不良地层中存在施工安全性差、工期长等缺点，因此旋挖圆形抗滑桩在滑坡治理中也较为常用。

1 工程概况

水官高速为龙岗区连接深圳市区的主要交通快速干道，于2001年12月30日建成通车，2011年7月拓宽至10车道。

运营至2018年9月5日，在持续近90 d的降雨条件下，K13+320～K13+480左侧边坡出现险情，表现为滑坡后缘下错1 m以上，各级边坡出现大变形，坡面隆起，平台排水沟开裂，格构梁变形严重、断裂、翘起，严重威胁水官高速及厦深高铁的安全。现场勘察，滑坡段沿线长约140 m，坡向纵深长约115 m，坡高约50 m，滑坡体厚6～15 m，滑动面积约12 000 m2。

2 工程地质及水文地质

2.1 工程地质

滑坡勘察场地位于NE向构造F1321南东翼以及草塘背斜南东翼。

草塘背斜两翼对称，轴面直立，南东翼岩层倾向为南东120°，倾角25～30°。发育次级褶皱，形态各异，常见倒转、平卧褶曲，单个宽度约5～10 m。受F1321影响，场区发育两个次生断层，分别为F1、F2，F1张性断层，表现为张性角砾岩、地下水活动形成的黄色疏松充填性黏土。

地层主要为人工填土层、第四系坡残积土、石炭系砂岩、石炭系炭质泥页岩以及滑带土。滑带土浅部主要表现为褐黄色疏松粉质黏土，深部主要为含炭、炭质泥页岩，泥质粉砂岩及煤线，土质疏松，遇水湿滑、软化，摩擦力迅速降低。

2.2 水文地质

本场地地下水主要为赋存于第四系覆盖层中的孔隙水及下伏基岩的裂隙水，其透水性弱，属弱透水层。勘探期间，未测得钻孔地下水水位，地下水埋藏较深，地下水接受大气降水和周边地下水的补给，地下水位年变化幅度约1～3 m，水位及水量随季节变化，地下水水量总体较贫乏。

3 滑坡原因分析

边坡区构造十分发育，地层破碎，在持续强降雨的条件下，地表水入渗加载和软化的双重作用下，导致边坡沿滑床发生自上而下的推挤，并将推力自顶级而下分别传递至各级锚索，由于坡面风化成土，在锚索受力压载作用下坡表承载力不足，出现塑性变形破坏，导致各级锚索由上而下出现脱空、失效。后缘出现大幅度变形，前缘不同程度出现隆起，此时，除第一级边坡锚索（1、2排）尚发挥部分抗滑力作用外，其他锚索近乎失效（仅可视为土体加筋作用），达到极限平衡状态。

4 滑坡治理方案

4.1 应急抢险方案

滑坡出现后立即展开了顶部卸载和坡脚反压施工，在增加坡脚抗滑作用的同时，大幅削减了边坡顶部形成主要破坏力的物质来源，并对顶部边坡进行了加固处理，未受到台风破坏，有效保证了边坡未出现进一步破坏，达到稳定状态。

4.2 参数反演

以该项目中3-3′断面作为典型断面对主滑区进行分析，并对2-2′、4-4′断面进行验算。令边坡饱水推移，由上而下导致坡面锚索失效，直至第一级边坡时变形停止为极限平衡状态，即为状态1。令应急抢险第一阶段的削顶反压为状态2，未受到台风破坏，判断其为稳定状态。

为保守起见，令状态1下坡体坡全安全系数为0.95，建模反算滑带土残余强度c=12 kPa，Φ=12°。采用反算指标计算状态2下安全系数为1.292>1.1，与实际情况相吻合。

分别采用反算指标验算1-1′、2-2′、3-3′、4-4′断面在状态1、状态2下的安全系数，如表1所示。

表1 断面在状态1、状态2下的安全系数

4.3 设计方案

原边坡滑动后，坡体内沿滑带土形成滑动面，计算剩余下滑力1 287 kN，建议采用抗滑桩+锚索格梁+注浆钢锚管格梁支护。

由于旋挖桩具有施工安全、成孔快等特点，适用于营运高速公路抢险工程，因此本项目设计采用旋挖抗滑桩支护，主要采用放缓坡率、增加宽平台和适当加固措施方案。

（1）加宽1、3、5、6级平台宽度；

（2）1、4、6级边坡采用锚杆框架防护；

（3）2、5级边坡采用预应力锚索框架防护；

（4）3级边坡采用注浆钢锚管框架防护；

（5）2级平台和3级部分段落采用Φ2 m圆形抗滑桩支护。

抗滑桩顶部采用冠梁连接成整体，共同发挥抗滑作用，圆形抗滑桩典型断面如图1所示。

图1 圆形抗滑桩典型断面（单位：cm）

4.4 圆形抗滑桩设计

作用于抗滑桩的外力，应计算滑坡推力（传递系数法计算）、桩前滑体抗力（滑动面以上桩前滑体对桩的反力）和锚固段地层的抗力。

滑动面以上桩前的滑体抗力，可通过极限平衡时滑坡推力曲线或桩前被动土压力确定，选用其中小值。经计算，本项目3-3′截面滑动面以上桩前的滑体抗力861 kN。

滑动面以下的地基系数呈梯形分布，将桩分成若干小段，每小段内采用常数分布近似计算。

桩的变形系数计算：

式中：d——圆桩直径，本项目取2 m；K——锚固段地基系数，取0.1×106kPa/m；E——桩的钢筋混凝土弹性模量（kPa），且E=0.8Ec；B——桩的计算宽度（m）；Ec——混凝土弹性模量（kPa）；I——桩的截面惯性矩（m4）。

滑动面以下横向压应力应小于或等于地基的横向容许承载力：

式中：i——地面横坡（°）；σH——地基横向容许承载（kPa）；γ1——滑动面以上土体重度（kN/m3）；γ2——滑动面以下土体重度（kN/m3）；φ——滑动面以下土体内摩擦角（°）；k1——滑动面至地面距离（m）；y——滑动面至锚固段上计算点的距离（m）。

结合《铁路路基支挡结构设计规范》（TB 10025—2001）与《公路路基设计规范》（JTG D30—2015），验算抗滑桩位移量，并完善圆形抗滑桩配筋设计。

5 监测方案及结果

本边坡为一级工程，施工期间及施工后应对边坡不同部位的变形情况进行现场监测工作，边坡监测项目主要有坡体水平位移监测、沉降位移监测、深层水平位移监测（侧斜监测）、地下水位监测和人工巡视监测。

经过监测，边坡监测点最大累计沉降量-15 mm，最大累计位移量+13 mm，深层水平位移最小位移量为+0.95 mm，均未达到预警值，监测点沉降量、位移量、深层水平位移量变化平缓，监测期间边坡未发生较大变形。

6 结语

综上所述，水官高速横坪段滑坡临近厦深高铁，坡顶为高尔夫球场，公路交通量大，滑坡造成的危害性大、社会影响强烈。其滑坡带主要为炭质泥岩、炭质页岩等煤系地层，岩质较差、埋藏深、加固难度高。结合地勘资料，通过滑坡特征及滑坡机制分析，提出了便于施工的旋挖抗滑桩支护方案，并辅以锚索及钢锚管格梁支护。经过持续的沉降位移监测，确定治理后的边坡处于稳定状态。旋挖圆形抗滑桩抗滑性能低于同尺寸矩形抗滑桩，但其具有开挖安全、扰动小、施工工期短等特点，在特殊情况下具有更好的适用性。