“抗滑樁+控制性灌漿”治理大型滑坡試驗(yàn)研究

羅 沖 林 峰 黃年輝

1.中化地質(zhì)礦山總局廣西地質(zhì)勘查院 廣西 南寧 530001

2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣西 南寧 530023

正文：

1 引 言

在國(guó)內(nèi)，用灌漿處理滑坡已有成功實(shí)例[1～4]，如貴州凱麻高速公路K38 + 860滑坡。根據(jù)灌漿理論，在壓力作用下，漿液沿著最薄弱方向流動(dòng)。而灌漿在施工過程中，由于巖土不均勻，尤其是有裂隙或碎石類土，串漿冒漿經(jīng)常發(fā)生，灌漿質(zhì)量難以控制，可檢驗(yàn)性差。常規(guī)灌漿即便解決了串冒漿問題，也可提高滑帶土彈性模量，但對(duì)提高抗剪強(qiáng)度指標(biāo)能力有限。另外對(duì)提高灌漿對(duì)象抗剪強(qiáng)度程度如何，沒有確切的數(shù)據(jù)，計(jì)算困難。因此，灌漿處理滑坡的方法在國(guó)內(nèi)使用不廣泛。而新灌漿技術(shù)的發(fā)展[5～8]，如推剪法控制性水泥灌漿，具有高壓可控、推擠軟弱帶、置換固結(jié)等特點(diǎn)，給提高滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)帶來新的嘗試。

鑒于此，結(jié)合廣西桂梧高速公路百花灘滑坡進(jìn)行的控制性水泥灌漿處理滑帶土體的試驗(yàn)，提出了以抗滑樁為主，控制性灌漿為輔的滑坡治理試驗(yàn)方案。

2 工程概況及滑坡特征

百花灘2號(hào)隧道滑坡位于廣西昭平縣樟木林鄉(xiāng)桂林～梧州高速公路鐘馬段（K198+810至K199+170），隧道施工期間，左洞曾發(fā)生冒頂，后右洞又發(fā)生塌方，致使隧道施工先后暫停，不久，隧道上方山坡小道上發(fā)現(xiàn)弧形裂縫，裂縫寬度2～5cm。整個(gè)滑坡縱向最大長(zhǎng)度212.3m，橫向最大長(zhǎng)度111.4m，滑坡體最大厚度24.5m，體積約60×104m3，為大型滑坡?；绿卣魅缦?。

a) 滑坡體

滑坡體主要土層有：混碎石粘性土①、碎石②與混碎石粘性土③。①層系為風(fēng)化坡殘積土，②層是滑坡過程中形成的，下覆為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。土中碎石含量不均，變異系數(shù)大，但滑坡體土的性狀較好，為稍密～密實(shí)狀，總體強(qiáng)度較高。

b) 滑動(dòng)帶

鉆探揭露的地層資料表明，滑帶厚度為0.2m～5.0m，位于強(qiáng)風(fēng)化面附近，由糜棱狀礫石的粘土軟弱夾層組成，粘粒含量大（30%以上）。由于滑動(dòng)過程中，受到碎石擠壓破碎以及地表水的下滲影響，該土層受擠壓土體結(jié)構(gòu)比較致密，透水性較弱，但土的含水量較高。另據(jù)物探波速資料，該帶波速較低，與鉆探資料相吻合。

c) 滑床面

滑床的形狀與巖性、產(chǎn)狀及滑動(dòng)速度等有關(guān)，滑動(dòng)面滑床為強(qiáng)風(fēng)化下泥盆系D1l紫紅色泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，滑床面基本上受斷裂與巖層產(chǎn)狀控制。

3 治理措施及灌漿試驗(yàn)

根據(jù)巖土勘察資料，分析計(jì)算滑坡體最大剩余下滑力為4000kN/m。滑坡體為碎石土，滑動(dòng)面深，最大達(dá)38m，預(yù)應(yīng)力錨索施工難度大。場(chǎng)地屬低山河谷地貌，滑坡下面為百花灘水庫(kù)，周邊也無棄渣場(chǎng)地，削坡方案較難實(shí)施，單獨(dú)的支護(hù)方案難以湊效。為此，提出了以抗滑樁為主，灌漿為輔的綜合治理方案，并進(jìn)行了灌漿試驗(yàn)。

試驗(yàn)采用北京某公司推剪法控制性水泥灌漿工藝，歷時(shí)2個(gè)月。試驗(yàn)后，通過聲波測(cè)試、鉆孔取芯、豎井開挖、豎井水平孔取芯和室內(nèi)試驗(yàn)等方式檢驗(yàn)灌漿材料對(duì)滑帶土的充填效果，灌漿固結(jié)體接觸面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，檢驗(yàn)灌漿孔間距、灌漿壓力、漿液水灰比、灌入量以及終止條件。結(jié)果表明，灌漿基本達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

a) 灌漿機(jī)理

通過多序、間歇性灌漿，先序灌漿充填灌漿孔附近主要裂隙并迅速凝固，后序灌漿加大壓力將先序固結(jié)漿液擠壓充填到更大范圍內(nèi)裂隙，部分甚至全部置換原有軟弱巖土體，如此循環(huán)至灌漿壓力或吸漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)不同地質(zhì)條件，閉漿壓力可達(dá)到10MPa，本次為2.5MPa。

b) 灌漿工序及過程

灌漿施工是整個(gè)試驗(yàn)工程最重的部分，是試驗(yàn)效果的關(guān)鍵，根據(jù)試驗(yàn)孔鉆探結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)工地的實(shí)際情況，具體施工方案為：

1) 采用自上而下的施工方法，先利用每個(gè)孔所安裝的較短灌漿管進(jìn)行灌漿，然后利用較長(zhǎng)灌漿管進(jìn)行灌漿。兩次灌漿的間歇時(shí)間約為12h，期間用高壓水間歇式?jīng)_洗長(zhǎng)注漿管。

2) 采用間歇灌漿方法，在每灌入一定水泥漿液后暫停待凝一段時(shí)間，注入量大小和暫停時(shí)間長(zhǎng)短隨實(shí)際灌漿情況變化而定，對(duì)ZK1孔和ZK2孔同時(shí)進(jìn)行間歇性灌漿，在一個(gè)孔暫停時(shí)，另一個(gè)孔進(jìn)行灌漿，反復(fù)循環(huán)，直至灌漿結(jié)束。

3) 在ZK1孔和ZK2孔完成灌漿后，即可開始鉆ZK3號(hào)灌漿孔，該孔灌漿分兩段，第一次鉆進(jìn)深度為8.0m時(shí)，停鉆，開始第一段（上段）灌漿，然后掃孔并鉆進(jìn)至15.0m深終孔，接著進(jìn)行第二段灌漿。

4) 閉漿：每段灌漿或每個(gè)孔灌漿的閉漿標(biāo)準(zhǔn)壓力均為2.5MPa，吸漿量小于5L/min，且保持30min。

施工過程中，灌漿區(qū)的上部地表出現(xiàn)多條裂縫，寬為5cm～10cm，裂縫以下滑坡體有明顯的變形。經(jīng)分析為漿液已灌入滑動(dòng)帶，降低土體的抗剪強(qiáng)度而自身強(qiáng)度尚未形成，灌漿壓力2.5MPa具有辟裂作用，導(dǎo)致了裂縫產(chǎn)生。因此，施工可根據(jù)不同地段與深度適當(dāng)調(diào)整灌漿壓力。

c) 灌漿檢驗(yàn)

1) 鉆孔抽芯檢測(cè)

為檢驗(yàn)灌漿材料（水泥固結(jié)體）在滑帶處置換和充填情況，在灌漿孔周圍不同具體布置了三個(gè)檢測(cè)孔。取芯后，在三個(gè)孔均有直徑10cm，厚度為2～3cm的餅狀水泥固結(jié)體。

2) 豎井開挖檢測(cè)與豎井內(nèi)的水平鉆孔抽芯檢測(cè)

豎井開挖結(jié)果顯示，在深為11.2m～11.85m的范圍內(nèi)，有一完整的板狀水泥固結(jié)體與豎井斜交，固結(jié)體厚度為8～10cm，其產(chǎn)狀為124°∠22°。這與勘察資料滑動(dòng)面產(chǎn)狀計(jì)較接近，說明漿液進(jìn)入了滑動(dòng)帶土，詳見圖1和圖2、照片1～照片3。

圖1 豎井檢測(cè)圖

圖2 豎井內(nèi)的水平鉆孔抽芯檢測(cè)圖

在豎井內(nèi)沿板狀的水泥固結(jié)體鉆孔，以檢驗(yàn)水泥固結(jié)體的連續(xù)性，并檢測(cè)其延伸的范圍。豎井內(nèi)共布置三個(gè)水平鉆孔SP1、SP2和SP3。

其中SP1深約2.1m，后鉆孔與水泥固結(jié)體分離。SP2鉆桿向上傾斜20°左右，鉆入1.9m時(shí)偏離水泥結(jié)石體。SP3鉆孔向下傾斜20°左右放置，水平孔深約3.8m偏離水泥固結(jié)體。

根據(jù)水平孔中固結(jié)體的厚度，推斷灌漿的作用范圍至少在3.8m。

3) 聲波檢測(cè)

灌漿前滑帶土縱波波速均值為1026m/s，灌漿后提高到1641m/s，跨孔法聲波測(cè)試結(jié)果表明，灌漿后滑帶土的物理力學(xué)性質(zhì)得到一定程度的改善。

4) 取樣和土工試驗(yàn)

在所開挖的豎井內(nèi)取環(huán)刀樣14個(gè)和取大方樣（長(zhǎng)50cm，寬40cm，高40cm）對(duì)所取土樣做土工實(shí)驗(yàn)，以測(cè)定滑帶巖土體在灌漿后的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，以及水泥固結(jié)體與上下巖土體膠結(jié)面之間的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

表1 滑帶土物理力學(xué)指標(biāo)灌漿前后對(duì)比表

由表1可知：灌漿后，滑帶土的密度增大，而含水量、孔隙比和飽和度有不同程度降低，說明灌漿具有擠密作用以及部分空隙被水泥漿充填。另根據(jù)灌漿前后鉆孔回水情況的不同（灌漿前沒有回水，灌漿后有回水），也從另一角度說明灌漿后，滑帶土以及上部滑體或下部滑體的部分裂隙被水泥灌漿充填。另外，滑帶土抗剪強(qiáng)度有明顯提高，滑帶土的粘聚力有明顯改善，由原來的9kPa提高到43kPa，內(nèi)摩擦角略有提高。

試驗(yàn)表明，該工法可以較好地解決松散土體的串冒漿問題，可改善滑帶土物理力學(xué)性質(zhì)，提高其抗剪強(qiáng)度。

基于該試驗(yàn)的以抗滑樁為主，灌漿為輔的設(shè)計(jì)方案，比最初的抗滑樁+削坡方案節(jié)約了近200萬元投資，也避免了削坡棄渣引起的環(huán)保問題，也是對(duì)灌漿處理滑坡進(jìn)行了一次有益的嘗試。

4 結(jié) 語

1) 推剪法控制性水泥灌漿可以較好地解決松散土體的串冒漿問題，灌漿后滑帶土抗剪強(qiáng)度有明顯提高，滑帶土的粘聚力有明顯改善，由原來的9kPa提高到43kPa，內(nèi)摩擦角略有提高，對(duì)輔助處理滑坡是一個(gè)有益的嘗試；其在軟弱帶擴(kuò)散模型有待進(jìn)一步探討；

2) 灌漿后，滑帶土的密度增大，含水量、孔隙比和飽和度有不同程度降低，以及灌漿前后同一位置回水不同，說明灌漿具有擠密、充填裂隙作用；

3) 灌漿處理后，地下水條件可能發(fā)生變化，必須重視排、泄水措施；

4) 通過灌漿處理后，滑坡體巖土性質(zhì)得到了改善，下滑力明顯減小，為抗滑樁的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了很好的條件，工程造價(jià)得到了有效控制，經(jīng)濟(jì)效益顯著，安全性大大提高。