預(yù)應(yīng)力錨索地梁與微型樁在路基滑坡治理中的應(yīng)用研究

張麗君

（太原公路分局 婁煩公路管理段，山西 太原 030012）

1 項(xiàng)目概況

省道榆古線滑坡路段位于古交境內(nèi)，路基寬度8.5 m，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為40 km/h，2009年9月，由于降雨相對(duì)集中，致使該路段山坡巖土體含水量過(guò)于飽和，使路基不負(fù)重荷路面出現(xiàn)寬1～2 cm、長(zhǎng)約100 m的縱縫。之后病害迅速發(fā)展，裂縫最寬處達(dá)30 cm，局部出現(xiàn)嚴(yán)重沉降、滑移，下沉高度最高達(dá)15 cm，并且裂縫寬度及下沉高度還在繼續(xù)不斷地加大，從而形成滑坡，主要病害為路基、護(hù)面墻沉降、滑移，路基沉降高度，至2012年3月路基累計(jì)沉降已達(dá)90 cm。

2 水文地質(zhì)概況

滑坡路段左側(cè)地表水有條大川河，水質(zhì)好，水量小，約28 m3/d，在枯水期有碎巖裂隙補(bǔ)給水，季節(jié)性較強(qiáng)。地下水為第四系松散巖類(lèi)孔隙潛水和碎屑巖類(lèi)裂隙水，碎石粉質(zhì)黏土和填土為含水巖組的主要成分，地下水流向與坡向方向一致，約為9%～23%，水位標(biāo)高為1 409.34～1 434.26 m，地下水分布不太穩(wěn)定，泥巖隔水層與之呈相間分布，地含水層間水力聯(lián)系較差。公路左側(cè)河溝底部可見(jiàn)地下水泉涌，呈季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化。

3 滑坡體特征

滑坡段南北向?qū)?5～90 m，東西長(zhǎng)約150 m，中部為11～16 m，后部為3.0～8.0 m，滑坡體厚度前部約4.5 m，平均厚約10 m，總體積約15萬(wàn)余立方米。坡體巖土類(lèi)型分為3類(lèi)：即人工填土、黃土狀粉土和含碎石粉質(zhì)黏土。人工填土主要分布于滑坡體上部路基處，為路基回填土，主要為道路修筑時(shí)填筑的亞砂土、碎石等山坡堆積物，厚度一般為8.5～12 m?；麦w上部主要分布黃土狀粉土，土體較疏松，土質(zhì)均勻，空隙較發(fā)育，厚度一般為2～4.6 m。粉質(zhì)黏土主要分布于滑坡體下部，以黏性土為主，含有少量碎石塊，碎石粒徑一般為0.5～2 cm，含量一般為10%～25%，為砂泥巖殘坡積物?；麦w巖土結(jié)構(gòu)總體松散，且滲透性強(qiáng)，降雨對(duì)滑坡體的穩(wěn)定影響較大。

4 滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算及評(píng)價(jià)

4.1 穩(wěn)定性計(jì)算公式

第i塊土體滑坡推力計(jì)算基本公式為：

式中：Fs為穩(wěn)定系數(shù)；Wi為第i塊段滑體所受的重力，kN/m；Ri為作用于第 i塊段的抗滑力，kN/m；Rn為作用于第n塊段（最模塊段）的抗滑力，kN/m；Ti為作用于第i塊段的滑動(dòng)面上的滑動(dòng)分力，kN/m；Tn為作用于第n塊段（最模塊段）的滑動(dòng)面上的滑動(dòng)分力，kN/m；Qi為地震水平力，Qi=Wi×a；Di為滲透力=γw×Li× Hi×cosαi×sinβi，βi為水面傾角；ψi為第i塊段的剩余下滑力傳遞至i+1塊段的傳遞系數(shù)（j=i）；αi為第 i塊段滑動(dòng)面傾角，（°）；Ni為第 i塊段滑動(dòng)面的法向分力，kN/m；φi為第i塊段土的內(nèi)摩擦角，（°）；ci為第 i塊段土的黏聚力，kPa；Li為第 i塊段滑動(dòng)面的長(zhǎng)度，m；Pi、Pi-1分別為第i塊、第i-1塊滑體的剩余下滑力，kN/m；Fst為滑坡推力計(jì)算安全系數(shù)。

4.2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算評(píng)價(jià)

滑坡體從上到下為強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖、微風(fēng)化巖，為層狀構(gòu)造，二疊系沉積的泥巖、砂巖為滑坡體的主要巖性；層理產(chǎn)狀較緩，層狀構(gòu)造傾角約6°～10°，裂隙節(jié)理較發(fā)育，傾角約56°～81°。

確定主滑地段滑帶指標(biāo)時(shí)，以滑坡目前所處的穩(wěn)定狀態(tài)反求滑動(dòng)帶力學(xué)參數(shù)，根據(jù)裂縫變形現(xiàn)象判斷滑坡的穩(wěn)定性，經(jīng)分析滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果、土工試驗(yàn)資料和滑帶巖土的巖性及類(lèi)似工程的有關(guān)經(jīng)驗(yàn)值，該滑坡段滑帶的力學(xué)參數(shù)指標(biāo)取值為：黏聚力C=18 kPa，內(nèi)摩擦角 φ=11° ，γ=21.8 kN/m3，γsat=23.2 kN/m3。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及滑坡可能產(chǎn)生的危害，考慮暴雨和地震的最不利組合工況下取滑坡安全穩(wěn)定系數(shù)Ks=1.20。計(jì)算得出滑坡推力為958 kN/m。

通過(guò)詳細(xì)的工程地質(zhì)工作，認(rèn)為滑坡變形的主要原因是由于人為改變坡體原本地形地貌、在坡上改擴(kuò)建公路破壞了場(chǎng)區(qū)的土體力學(xué)平衡，加之近幾年來(lái)的持續(xù)降雨影響及重型重載貨車(chē)長(zhǎng)期碾壓，造成坡體局部土體不斷擠壓變形和壓密，產(chǎn)生地面開(kāi)裂和土體蠕變滑動(dòng)，進(jìn)而形成滑坡。

5 滑坡治理方案

圖1 路基滑坡橫斷面設(shè)計(jì)示意圖

5.1 預(yù)應(yīng)力錨索地梁的實(shí)施

滑坡體采用錨索地梁進(jìn)行加固。預(yù)應(yīng)力錨索在擋土墻面上共設(shè)3排，錨索由7根φs15.24的鋼絞線制作而成，前兩排錨索長(zhǎng)度為27 m，錨固長(zhǎng)10 m，傾角為20°，最后一排錨索長(zhǎng)20 m，錨固長(zhǎng)10 m，傾角為28°，錨索的橫向距離為3 m，豎向距離為3 m，錨索的設(shè)計(jì)錨固力為686 kN。

在石籠路肩擋土墻面上設(shè)置鋼筋混凝土地梁。施工地梁前，首先應(yīng)對(duì)擋墻坡面進(jìn)行整平，凹陷處用M7.5漿砌片石嵌補(bǔ)平整，松動(dòng)的塊石采用水泥漿加固，使地梁能夠緊貼墻面。鋼筋混凝土地梁尺寸采用高70 cm、寬60 cm的矩形截面，采用C25混凝土澆筑，地梁埋入地面標(biāo)高以下0.5 m，底端設(shè)0.5 m厚的C15片石混凝土基礎(chǔ)或直接座在微型樁的壓頂梁頂面上。待錨固體及地梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，進(jìn)行錨索張拉、鎖定，并用C25混凝土封填錨頭。

5.2 微型樁實(shí)施

微型樁又稱(chēng)樹(shù)根樁，是指樁徑在70～250 mm，長(zhǎng)徑比大于30，采用螺旋鉆成孔、加強(qiáng)配筋和壓力注漿工藝成樁的鋼筋（鋼管）混凝土就地灌注樁，可用于邊坡加固和軟基處理。這種樁型所需施工場(chǎng)地較小，一般在0.6 m×1.8 m的平面尺寸內(nèi)，2.1～2.7 m的凈空即可施工；施工采用壓力注漿，能使樁與土體緊密結(jié)合，整體強(qiáng)度高。因此，該樁型尤為適用于本工程。

本工程設(shè)置了兩處微型樁：

a）滑坡前緣路基左側(cè)為設(shè)置的第一處，設(shè)置范圍為K63+280—K63+440，共設(shè)3排，中間一排微型樁垂直打設(shè)，兩邊的微型樁均按6°傾角打設(shè)。微型樁呈矩形布置，橫向間距0.5 m，K63+305—K63+405段縱向間距0.5 m，其余段落1.0 m，樁長(zhǎng)15 m，樁頂設(shè)C25鋼筋混凝土壓頂梁，梁高0.7 m，寬0.6 m。

b）另一處設(shè)置在線路右側(cè)邊溝外漿砌片石擋土墻墻頂平臺(tái)上，K63+280—K63+320段設(shè)置3排，矩形布置，橫向間距0.5 m，縱向間距1.0 m，樁長(zhǎng)8 m，靠近路基側(cè)的兩排微型樁垂直打設(shè)，靠山側(cè)的一排微型樁傾斜打設(shè)，傾角6°；K63+320—K63+415段設(shè)置4排，矩形布置，橫向間距0.5 m，縱向間距1.0 m，樁長(zhǎng)8～15 m，靠近路基側(cè)的兩排微型樁垂直打設(shè)，靠山側(cè)的兩排微型樁傾斜打設(shè)，傾角分別為6°和45°。微型樁頂設(shè)C25鋼筋混凝土壓頂梁，梁高0.7 m，寬0.6 m。

本工程微型樁要求鉆孔成孔直徑150 mm。由于地層中塊石含量高，推薦采用刃口焊有硬質(zhì)合金刀頭的尖底鉆頭。鉆孔深度要預(yù)留超過(guò)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)0.4 m的沉渣段。完成鉆孔后，插入周邊焊有3根φ28鋼筋的D50鋼管，然后埋設(shè)注漿管并灌注水泥漿。注漿采用壓力注漿，注漿壓力約0.5 MPa，注漿壓力應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工情況確定，要求既能夠保證注漿質(zhì)量、能夠提高周?chē)馏w強(qiáng)度，又不會(huì)因壓力過(guò)大而破壞周邊結(jié)構(gòu)物。

6 結(jié)語(yǔ)

路基滑坡治理工程比較復(fù)雜，該工程綜合應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力錨索地梁和微型樁治理方案，完工后經(jīng)歷2年的考驗(yàn)，均未出現(xiàn)新的沉陷，達(dá)到了“一次根治，不留后患”的目的，確保路基穩(wěn)定行車(chē)安全的效果。通過(guò)該項(xiàng)目的研究，能夠指導(dǎo)相關(guān)技術(shù)人員認(rèn)知不同山區(qū)公路中小型堆積層滑坡的發(fā)生發(fā)展機(jī)理，以及在后續(xù)制定滑坡綜合處治方案中采用微型樁群、預(yù)應(yīng)力錨索地梁等一種或幾種組合使用，使之在更多的工程實(shí)際中得到推廣應(yīng)用，為公路邊坡建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。