微型钢管桩在边坡治理工程中的应用

■薛承鹏

（福建省交通规划设计院有限公司，福州 350004）

微型钢管桩是一种新型的支护结构，其特点在于使用范围广、施工工期短、稳固效果较为明显[1-3]等，尤其是一些较为狭窄、地形地质条件较为复杂的施工场地常采用此类支护。 本文以某服务区边坡治理工程为依托，阐述微型钢管桩抗滑机理，对项目工程地形地质条件、病害原因进行分析，采用微型钢管桩支护方案治理边坡，以期为同类边坡工程提供参考。

1 微型钢管桩抗滑机理

微型钢管桩边坡支护结构是利用钢管桩与注浆体相结合的一种支护方式，其在边坡治理过程中常具有以下特点[4-8]：（1）微型钢管桩布置呈现排列形式，具有框架结构特性，桩与桩之间排列紧密，间距小。 桩基嵌入岩土稳定层，微型钢管桩顶部用梁将其连接固定， 微型钢管桩同岩土体组成一个整体，共同承担来自边坡自身的荷载作用；（2）微型钢管桩加固边坡利用水泥注浆的方式将水泥浆与岩土体充分混合，使得微型钢管桩周围岩土体密实度增大，提升边坡中滑体、滑带和滑床的力学特性，从而增大边坡岩土体的抗剪强度，以达到增强微型钢管桩支护边坡区域稳定性的目的。

2 工程概况

2.1 地形地质分析

受持续强降雨影响，某服务区左区外侧下方4 处总长约105 m 天然边坡发生表层滑塌，横向溜塌范围延伸至下方地方道路，其中左区综合主楼为扩大基础，与溜方边缘仅5 m，存在山体坡面进一步溜塌并牵引服务区场地及建筑物变形、开裂的隐患。地质横断面图及现场情况见图1～3。

图1 地质横断面图

图2 场地平面图

图3 左区下边坡滑塌

（1）地形地貌

场区属低山丘陵夹冲洪积沟谷地貌，地势西高东低，地形起伏。 左区以挖方为主，按设计标高开挖整平后最大挖方厚度约25 m， 左区综合楼外5～15 m处红线外下部天然边坡高约40～45 m，坡度约20°～40°。

（2）地质情况

根据服务区岩土工程勘察报告，场区地层情况从上到下为：①残积砂质粘性土（）：母岩为花岗岩，摇震无反应，干强度中等，韧性中等；力学强度一般，属中等压缩性土，工程性能一般；②全风化花岗岩（）：呈散体状结构，岩芯呈土状；压缩性较低，力学强度较高；但遇水易软化崩解、强度降低；③砂土状强风化花岗岩（）：岩体极破碎，呈散体状结构，岩芯呈砂土状，成分主要由石英、风化长石及少许云母组成，其中部分长石已高岭土化，属极软岩；压缩性较低，力学强度较高；但遇水易软化崩解、强度降低；④碎块状强风化花岗岩（）：风化裂隙发育，岩体破碎，呈碎块状结构，岩芯呈2～8 cm碎块状，锤击声哑易碎，成分主要由石英、风化长石及少许云母组成，属软岩；力学强度较高。 根据现场原位测试结果并结合地区性建设经验，各岩土物理力学指标见表1。

表1 各岩土层物理力学指标

2.2 病害产生的原因

根据现场勘查并结合地质资料，该处病害产生的原因如下：受持续强降雨影响，服务场区大量地表水通过综合主楼外侧边沟几处泄水口集中排往外侧边坡， 使边坡表面土层受水影响自重增加，同时由于外侧山体地形陡峭， 导致多处边坡浅层滑塌，场区边缘水沟开裂、损毁。

2.3 处置方案比选

由于服务区综合主楼为扩大基础，与溜方边缘最小距离仅5 m，为防止该段落山体坡面进一步溜塌并牵引服务区场地及建筑物变形、开裂，根据现场踏勘并结合地质情况，提出以下2 个方案进行比选。

2.3.1 方案一：坡底支挡及土钉坡面支护方案

（1）在滑塌边坡坡底设置高3 m C20 片石砼支挡，挡墙基坑开挖及挡墙浇筑需跳槽施作；（2）对发生溜塌的边坡进行清理，清除表层植物及浮土后拍实边坡；（3）溜塌边坡上施打土钉，土钉间距2.0×2.0 m。 先在设计位置处钻孔，钻孔孔径Φ9 cm，再将外径为Φ50 mm、壁厚5 mm 的无缝钢管置入孔中，钢管上钻4 排出浆孔，钻孔按间距7.5 cm 交错布置，通过该导管往土体注浆并形成土钉；注浆采用C30 水泥浆液，水灰比0.5∶1，可添加早强剂，注浆压力1～2 MPa；土钉长度6 m，倾角20°；（4）初喷6 cm厚C20 混凝土，初喷前先将泄水管预设好，挂Φ8@10 cm×10 cm 钢筋网，并喷C20 混凝土至设计厚度（20 cm）。 支护方案见图4。

图4 坡底支挡及土钉坡面支护方案横断面

2.3.2 方案二：微型钢管桩方案

为防止该段落山体陡坡进一步溜塌，牵引服务区场地及建筑物变形、开裂，于服务区场区外边缘拆除环形场地排水沟后施打微型钢管桩加固 （其中，每处溜塌段落前后各顺延5 m），方案横断面见图5；具体方案如下：（1）在溜塌边坡上方服务区场地内靠近水沟的位置进行混凝土压顶梁的刻槽施工，顶梁高50 cm，宽230 cm，压顶梁顶面与原地面齐，梁刻槽后采用厚2～5 cm 的水泥砂浆进行基底调平，遇局部架空采用C30 砼嵌补；（2）微型钢管桩横向间距0.75 m，排距1 m，共设置3 排，呈梅花型布置，钻孔孔径Φ15 cm。 由于施打钢管桩的位置有场地设置的管线，钢管桩位置可根据管线的位置适当调整或改移管线；钢管桩采用干钻成孔，桩底需进入砂土状强风化岩层；（3）将外径Φ108 mm 内径Φ96 mm钢管置入孔内，钢管桩需采用外焊接钢管的接头形式进行接长，合理安排钢管桩接头位置，应相互错开，不得设置在同一水平面上；（4）采用压力注浆向管内灌注C30 水泥砂浆，注浆采用孔底返浆法，注浆压力1～2 MPa，稳压时间不小于10～15 min，并注意及时补浆，至少补浆2～3 次，形成微型桩体；（5）本段落微型钢管桩施打完成后，为增强微型钢管桩整体刚度，斜向施打全粘结型锚杆（间距3 m），并在顶部预留长度1.2 m 用于与压顶梁锚固；（6）所有微型钢管桩施打完成后再行桩顶压顶梁浇筑，混凝土压顶梁高50 cm，压顶梁中部设置1 层10 cm×10 cmΦ8 mm 钢筋网，微型钢管桩顶部与Φ8 mm 钢筋网采用Φ20 mm 钢筋焊接；同时在压顶梁上设置排水沟，并将水沟汇水排出滑塌体范围；（7）对发生浅层溜塌的边坡进行清理，清除表层植物及浮土后拍实边坡，并采用客土喷播植草（乔）防护对坡面进行绿化防护；其中，排水沟外边缘至坡顶1 m 范围内采用8 cm C20 素砼满铺。

图5 微型钢管桩方案横断面

方案对比结果见表2。 因服务区在边坡修复过程中正常运营， 为保证服务区综合主楼使用安全，对上述2 个边坡加固方案的加固效果、 施工难度、施工费用及工期进行比较，经综合考虑，决定采用微型钢管桩方案对边坡进行加固治理。

表2 边坡治理方案对比

2.4 边坡处理前后稳定性分析

根据现场边坡情况及地质资料，利用GE0-SLOPE 软件对处理前的边坡稳定性进行验算。计算结果见图6， 边坡处理前边坡的计算安全系数为1.100。 因服务区综合主楼临近边坡，按GB 50330-2013《建筑边坡工程技术规范》要求，边坡安全系数不小于1.35。利用GE0-SLOPE 软件反算可知，微型钢管桩需沿最不利滑面施加不小于232 kN 的抗滑力，可使边坡安全系数不小于1.35。

图6 边坡加固前计算结果

微型桩设计采用文献[9]的计算方法，微型钢管桩沿滑面的抗剪计算如下：

其中：Rfa为微型钢管桩抗滑力，kN； τfa为单桩允许抗剪强度，kN；n 为每m 微型钢管桩数量，根；βa为考虑钢筋弯曲影响的折减系数；[τg]为微型钢管桩抗剪强度，kN/cm2；As为钢管桩横截面积，cm2；Es、Et为土体及微型钢管桩的弹性模量，kPa。

本次选用外径Φ108 mm 内径Φ96 mm 的无缝镀锌钢管为微型钢管桩的原材料，钢管抗剪强度[τg]=12 kN/cm2，钢管桩横截面积As=19.23 cm2。因微型钢管桩需提供不小于232 kN 的抗剪力，将公式（1）、（2）代入公式（3）中可知n=2.13，取整n=3，故最终微型钢管桩每m 布设数量为3 根。微型钢管桩提供的抗滑力为327.4 kN。

利用GE0-SLOPE 软件对处理后的边坡稳定性进行验算，计算结果见图7。 边坡处理后计算安全系数为1.405，满足规范要求。 通过微型钢管桩进行边坡支护后，随着灌注水泥浆的完成，边坡岩土体逐步稳定，且位移变量持续降低直至趋于稳定，说明边坡支护措施有效，服务区综合主楼可安全使用。

图7 边坡处理后计算结果

3 结语

服务区左区天然边坡治理采用微型钢管桩方案，目前已施工完成近3 年，经过位移观测桩及测斜管监测，该处边坡未发生位移与变形，说明微型钢管桩对该边坡处理是可行且有效的，可为类似的边坡治理提供参考。