边坡滑塌分析及抗滑桩施工

刘艳美

(黑龙江省哈尔滨市五常市公路管理站，黑龙江 哈尔滨 150200)

边坡混凝土抗滑桩施工常用于对傍山险路等危险路段即将滑落的碎石和滑石体的控制固定，在应对山体滑坡方面的效果显著。相关施工的工作原理是将抗滑桩体的滑桩深入滑体和泥石流的底部，稳定滑石结构，阻断滑石进一步下滑，可有效弥补地基基础的不足，在浅层、中厚层滑坡的应用取得了良好的效果，因施工快捷，不会产生过多土方量，成为主要的抗滑处理方法。相关施工对于施工工艺的控制要求非常严格，对于确保工程的有序推进意义重大。

1 施工重点、难点分析

1.1 滑坡成因分析

查明滑坡的类型和性质，并分析滑动产生的原因，是制定边坡抗滑桩施工方案的重要依据。在本案例中，病害出现后，对发生边坡变形地段增设了16根位移桩，用于持续监测此高边坡的变形。

通过对每个监测孔进行监测，收集到监测数据证实，断面1(主滑面)监测孔有SC-3、SC-3新、SC-4、SC-7.SC-10、SC-13.SC-14、SC-16，其中仅SC-3、SC-3新、SC4、SC-7孔数据稳定有明显拐点；断面2监测孔有SC-1、SC-2、SC-11，其中仅SC-1、SC-2孔数据稳定有明显拐点；断面3监测孔有SC-8、SC-9，其中仅SC-8孔数据稳定有明显拐点。出现明显拐点的监测孔数据如表1所示。

根据对监测数据的分析，较全面的了解了滑坡的基本情况，并就形成滑坡的主要原因分析如下。

地层岩性及地质构造。本案例工程施工区域地质环境复杂，构成坡体的岩层，上部为第四系松散层，如残积粉质粘土，下部为全～强风化变质砂岩、强风化花岗岩，风化强烈星半岩半土状，强度极低；下部为变质砂岩与花岗岩侵入接触带位置，花岗岩后期侵入，导致坡面岩体产状复杂。结合监测数据，滑面为变质砂岩和花岗岩不整合接触带。

表1 主要监测孔数据一览表

地形地貌。滑坡地处山体中前部平缓位置，坡度角约10°，其上部较陡，自然坡度角达16°～24°，中部为较缓宽平台，易汇水，遭遇强雨水天气时易形成滑坡。

雨水作用。特大暴雨期雨水透过较厚的残积层及全风化层下渗，滑体残积层及全风化层含水率增大。下伏滑床主要为强风化变质砂岩，其界面为滞水面，长期雨水下渗作用使滑带土体软化、层间结合力变差、抗剪强度降低。

人类工程活动。坡体开挖前处于稳定状态，坡体开挖后，破坏了原岩土体平衡条件，为边坡滑移提供了剪出空间。

受以上因素影响，在边坡施工过程中，原岩土体的平衡条件被打破，在雨水下渗作用下变质砂岩与花岗岩侵入接触带不断软化、导致岩土体抗剪强度降低，当滑体下滑力大于滑面的粘阻力时，逐渐形成工程滑坡。

1.2 工程方案设计参数选取及计算

(1)滑动面确定

依据16个监测点的监测结果，明确了CX-3孔下20 m处出现拐点，位移曲线发生突变点深度为滑面控制点，同时结合现场调查边坡形成剪出口位置及后缘裂缝位置分布特征，以及坡体岩士体特殊的结构分布和变质砂岩与花岗岩不整合接触带位置，浅部高阻层可解释为松散层覆盖土，中部为相对低阳区为变质砂岩、花岗岩不整合接触面，后缘松散层面角度约25°。

(2)参数选取及计算

通过现场勘测，对岩土C、φ值及重度等数据进行选取。因坡体现状已基本形成滑面，关于滑面强度参数的选取不能按岩土体强度计算，根据对K49+280主滑断面监测数据和变形情况的分析，最深开挖处的边坡稳定系数取值为1.05，重度取1 KV/m'，滑面倾角为6°，由此反算得出滑面内聚力8 KPa，内摩擦角取9.5°。

根据滑坡病害的具体情况，为防止滑坡进一步发展而造成对高速公路正常营运的影响，利用反演分析法确定滑面力学指标及下滑力，取安全稳定系数K=1.2，按原设计坡形坡率，剩余下滑力为3 309.65 KN；按卸载后坡形坡率，剩余下滑力为2 745.96 KN。

并根据相关数据及参数，重新调整边坡抗滑桩施工方案。按照处理方案，抗滑桩设计情况如下:卸载原第三、四级边坡，在二级平台上采用双排圆柱设计，一级平台上采用单排圆柱设计，前后排桩净间距6 m，柱纵向间距5 m，桩基尺寸采用2 m，单排抗滑桩采用冠梁连接在一起，双排桩采用连梁连接在一起。

2 施工方案

根据施工现场情况，确定抗滑桩施工方案：K49+065～K49+420路堑边坡处置范围内的抗滑桩共有129根，桩径均为2 m，其中Z1～Z34号桩长25 m，Z43～Z50号桩长30 m，Z35～Z42、Z51～Z129号桩长35 m，桩基混凝土为C30。单排桩无锚索时，冠梁截面为矩形；有锚索时，为五边形。双排桩：靠近路基一侧桩，平台面以下钻孔深度为36 m，浇筑35 m；远离路基一侧桩，平台面以下钻孔深度35 m，浇筑34 m，冠梁上预留两孔锚索。桩中心间距5 m，双排桩净间距6 m；表中桩号为K49+200相对桩号，桩位以坐标为准。施工前，复核桩位。根据地质条件、桩基础根数、施工安全、工期目标等综合考虑，采用旋挖钻钻进成孔。混凝土灌注采用垂直导管法利用Φ325×8 mm导管灌注水下混凝土，施工工期为6个月。施工计划如表2所示。

表2 抗滑桩施工计划

2.1 施工准备

开始施工前，对施工现场进行清理，将杂物、积水等影响施工的因素进行排除。同时根据现场场地情况，以两根桩共用一套泥浆循环系统的原则设置泥浆池。泥浆池与泥浆泵、沉淀池以及进出泥浆槽等共同组成泥浆循环系统。

2.2 护筒制作、埋设

钢护筒采用Q235板材卷制，在工厂内制造。钢护筒制造施工流程为:板材定制、采购→划线、号料和切割→将板材沿长度方向接长，拼缝开V形坡口→接缝处磨光整平→卷制钢护筒短节→将短节组焊成吊装节。

钢护筒埋设采用挖埋配合机械下压的方法施工。钢护筒埋设后各方向倾斜度不超过1%，平面偏差不超过50 mm，具体参数如表3所示。

表3 钢护筒参数表

2.3 泥浆备制及循环系统

选择用于制作泥浆的粘土块并将其打碎，采用钻具冲击成孔将粘土原料投入孔底，利用冲击钻头上下冲击，搅拌成泥浆。泥浆性能指标如表4所示。

表4 泥浆性能指标

新鲜泥浆由泥浆泵从泥浆池泵送孔底，孔底的钻渣被泥浆悬浮至孔口后，沿泥浆槽顺流至沉淀池，砂石静置沉淀后，通过泥浆泵抽入泥浆池形成循环。

粗颗粒钻渣清理干净后，在护筒口架设一台泥浆泵，经滤砂器去除泥浆中细粉砂后，直接排入泥浆池形成新的泥浆循环，直至含砂率满足设计要求。

2.4 抗滑桩钻进施工

(1)钻孔。采用泥浆护壁成孔工艺进行钻孔，泥浆在钻孔过程中可起到护壁作用，泥浆采用膨润土、火碱以及纤维素的混合材料，用搅浆机在泥浆池中搅拌好泥浆后，由泥浆泵入孔内，旋挖钻均匀缓慢钻进。

(2)钻进。进行抗滑桩钻进施工时，钻进开始阶段就采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。当钻进位置到达护筒底以下3 m后，可以提高钻速采用高速钻进，钻进速度与压力有关，采用钻头与钻杆自重摩擦加压，150 MPa压力下，进尺速度为20 cm/min；200 MPa压力下，进尺速度为30 cm/min；260 MPa压力下，进尺速度为50 cm/min。

(3)终孔。当钻孔达到设计高程后，停止钻时，并通过检测钻渣进行地质情况核实。

(4)清孔。通过检测符合验收标准后，立即进行清孔。清孔后的孔内泥浆性能及孔底沉渣必须经监理工程师确认满足规范要求。孔内泥浆指标参数如表5所示。

表5 清孔后孔内泥浆指标参数

2.5 钢筋笼制作安装

(1)钢筋笼制作。钢筋笼以钢筋12 m定尺长度分节，最重为17.9 t，最长为35 m。由加工车间制作完成后，由专用吊具运输、吊装，防止吊运时损坏或变形。分段钢筋笼纵向连接，全部采用滚轧直螺纹套筒接头。

(2)钢筋笼起吊。采用汽车吊机大小双钩起吊钢筋笼，先将汽车吊机大钩吊钢筋笼上端，小钩吊钢筋笼下端，将钢筋笼水平吊起后，大钩起、小钩落，使钢筋笼逐步竖立。

(3)钢筋笼对接。钢筋笼对接时，底节钢筋笼固定于护筒口，套筒和箍筋安装完成后下放定位。下放过程中根据设计，要求安装保护层垫块。

(4)钢筋笼定位。钢筋笼定位需从竖向和水平两个方面进行。竖向定位时，在孔口处设两根“型钢扁担”，钢筋笼下放至孔内后，将2根定位钢筋与钢筋笼主筋联接，然后将定位钢筋顶部穿过型钢扁担，整体下放至设计位置；水平定位时，在钢筋笼外侧设置钢筋笼限位，控制钢筋笼的平面位置。

2.6 混凝土灌注

(1)混凝土配合比

在施工前开展混凝土配合比的设计和试验，经监理工程师根据试验结果确定好符合设计要求的混凝土配合比后，进行抗滑桩混凝土制作，具体要求为:抗滑桩混凝土选用可泵性、和易性较好的C30水下混凝土，混凝土坍落度为18～22 cm，初凝时间不少于12 h，其中水泥成分为42.5PII硅酸盐低碱水泥，掺合料为粉煤灰、矿粉，砂选用细度模数为2.3～3.0的中砂，碎石为压碎值和吸水率分别小于10%、2%的石灰岩，水采用检测合格的淡水，外加剂选用的混凝土外加剂。

(2)水下混凝土灌注

采用垂直导管法和阀门+隔水栓的方式进行桩身水下混凝土灌注施工。在混凝土到达现场后，第一时间做混凝土试块，每根桩2组、6块，放入桩基旁的试块盒内养护，留存。采用φ325×8 mm导管进行水下混凝土灌注，混凝土采用搅拌车通过便道运至现场，初灌时由储料斗和料斗储存混凝土，初灌成功后，即可移除储料斗，拆除料斗，在导管口上安装漏斗，进入正常灌注过程。开始灌注首批混凝土时，混凝土储量应满足导管初次埋深1 m。在检测符合要求后即可进行正常灌注。灌注完毕后，要及时清洗好灌注工具。在混凝土初凝后、终凝前进行钢护筒拆除，为了防止孔位处土体坍塌，对桩头造成破坏，对钢护筒顶部1 m深度的周边区域进行浮土清除，然后再使用吊机设备拔出钢护筒。

3 结 语

建筑工程边坡抗滑坡施工的开展，需在详细了解施工区域的气候和地貌、水文情况后，合理调整工序、组织施工，在施工过程中有效控制施工工艺和施工计划，积极发现安全隐患并且加以控制，这样才能保障建筑工程的社会效益。

在开展高速公路边坡抗滑坡施工时，其重点、难点主要体现在对滑坡原因分析和滑坡推力计算两个方面。滑坡原因分析为工程施工方案的确定提供依据，滑坡推力计算则用于施工技术的选择和施工工艺的确定。

(1)在进行滑坡原因分析时，需根据钻探资料及结合野外地质调查，查明滑坡的类型和性质，同时结合地质与坡面产出关系、风化状态、气候、人为因素等多个角度分析滑动产生的原因。

(2)计算滑坡推力时，需注意滑坡推力的分布受滑坡类型、部位以及地质条件等多方面因素的影响，是一项复杂的工作。受雨水渗透影响，道路地层中存在许多液体，由此导致道路边坡土质的强度和密实度下降，使土层中分布的不均匀塑性滑体出现塌陷问题，可结合实际情况确定抗滑桩施工技术。一般可基于极限平衡理论中的传递系数法采用极限平衡分析法计算滑坡推力。