微型樁群在高位滑坡應(yīng)急治理中的應(yīng)用分析

贠 正 利

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì)，陜西 西安 710003)

1 概述

所謂高位滑坡，一般指滑面剪出口高于坡腳的一類滑坡，其臨空條件好，滑坡體重心和剪出口均位于高位，具備較大的勢(shì)能，一旦滑動(dòng)常表現(xiàn)為高速遠(yuǎn)程、致災(zāi)性強(qiáng)、易引發(fā)次生災(zāi)害鏈等特點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)高位滑坡進(jìn)行了大量分析研究，主要涉及高位滑坡的分布特征、成因機(jī)理和防治措施等方面，取得了不少有價(jià)值的成果。陳自生[1]、王運(yùn)生[2]以及穆鵬[3]等人對(duì)高位滑坡從成因機(jī)理方面進(jìn)行定義，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)形式及與坡腳的相對(duì)位置進(jìn)行了歸類總結(jié)。溫銘生[4]、孫萍[5]等人通過(guò)比較分析一些典型的高位滑坡分布特征，發(fā)現(xiàn)高位滑坡具有明顯的分區(qū)特征，大體可分為滑源區(qū)、滑流區(qū)、堆積區(qū)。茍富剛等[6]將高位滑坡形成過(guò)程概括為“孕育→啟動(dòng)加速→高速運(yùn)動(dòng)→停積堆積”四階段，并提出地球內(nèi)外動(dòng)力的耦合作用是高位滑坡形成的主要原因。王得雙等[7]提出從充分利用地形優(yōu)勢(shì)、加強(qiáng)群眾宣傳和重視勘察監(jiān)測(cè)三個(gè)方面進(jìn)行高位滑坡防治。何文秀等[8]結(jié)合某高位滑坡實(shí)例，提出高位滑坡形成機(jī)制為牽引式破壞模式，應(yīng)針對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行防治。

筆者結(jié)合青中村滑坡應(yīng)急治理實(shí)例及工程防治效果，分析高位滑坡形成機(jī)制，在此基礎(chǔ)上探討采用微型樁群治理高位滑坡的技術(shù)要點(diǎn)，以期對(duì)類似高位滑坡防治提供實(shí)踐參考。

2 實(shí)例介紹

2.1 地質(zhì)概況

青中村滑坡區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造屬秦嶺—印支褶皺帶、紫陽(yáng)背斜的北翼區(qū)，經(jīng)勘查，滑坡區(qū)內(nèi)未見(jiàn)有活動(dòng)斷裂通過(guò)，區(qū)內(nèi)抗震設(shè)防烈度為7度；地貌單元屬低中山斜坡地貌，總體地勢(shì)西高東低；地層巖性主要為第四系殘坡積含碎石粉質(zhì)粘土和奧陶系風(fēng)化板巖；地下水類型有變質(zhì)巖裂隙水和第四系松散巖類孔隙水，補(bǔ)給方式主要以大氣降水及山區(qū)裂隙水的徑流補(bǔ)給，徑流方向沿粉質(zhì)粘土與板巖接觸表面徑流，在斜坡中下部溢出。

2.2 滑坡特征

青中村滑坡長(zhǎng)45 m(東西向)，寬約62 m(南北向)，面積約2 600 m2，滑坡體平均厚度6 m，滑體前后緣高差約30 m(高程介于795.2 m～824.7 m)。工程建設(shè)滑坡前緣開(kāi)挖形成11 m高臨空面，臨空面邊坡為土巖二元邊坡，下部出露基巖為強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化板巖(土巖界面位于坡腳以上7.3 m，高程802.5 m)，上覆殘坡積粉質(zhì)粘土，滑坡剪出口高于坡腳、位于土巖界面處(高程802.5 m)，屬高位滑坡?；潞缶壠矫嫘螒B(tài)呈鴨梨狀，滑坡后部張拉裂縫發(fā)育且基本貫通(裂縫寬度2 cm～5 cm)，兩側(cè)羽狀裂縫連續(xù)、發(fā)育?；嫖挥谕翈r界面處，滑體物質(zhì)為第四系含碎石粉質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)松散，含水量高，處可塑狀態(tài)；滑床為青灰色強(qiáng)風(fēng)化板巖，變余結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖層產(chǎn)狀130°∠57°。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，該滑坡正處于蠕滑變形階段，剪出口處滑體擠出明顯，滑面擦痕清晰可見(jiàn)，滑坡變形速率0.5 cm/d～1 cm/d，嚴(yán)重威脅滑坡前部道路施工和安置房工程建設(shè)，危險(xiǎn)性大，采用應(yīng)急治理措施穩(wěn)固滑坡。

2.3 應(yīng)急治理方案

根據(jù)青中村滑坡變形特征及施工條件，采用微型樁群穩(wěn)固滑坡的應(yīng)急治理方案，可達(dá)到快速支擋滑坡、有效改良滑帶土的作用。微型樁群施工速度快，對(duì)于蠕滑型滑坡可迅速提供支撐力，控制滑坡變形；與此同時(shí)，因微型樁群的壓力注漿作用，有利于提高滑坡前緣加固段滑帶土物理力學(xué)參數(shù)。

微型樁群方案指在滑坡前部布設(shè)4排微型鋼管樁，樁長(zhǎng)15 m，采用潛孔鉆機(jī)成孔，樁徑180 mm，內(nèi)插直徑114 mm焊管(壁厚5 mm)。微型樁間距1.5 m，排間距1.0 m，呈梅花形布設(shè)?？變?nèi)灌注M25水泥砂漿，水灰比0.4，注漿壓力不小于0.6 MPa。樁頂設(shè)頂板，強(qiáng)度等級(jí)為C30，板寬3.2 m，厚0.3 m。

青中村滑坡經(jīng)微型樁群應(yīng)急治理后，蠕滑變形停止，經(jīng)過(guò)后期兩個(gè)水文年的變形觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)變形跡象，滑坡穩(wěn)固。微型樁群治理高位滑坡，加固機(jī)理明確，施工便捷，治理效果顯著，達(dá)到了預(yù)期的應(yīng)急治理目的。

3 形成機(jī)制分析

相比典型滑坡破壞特點(diǎn)，高位滑坡具有復(fù)雜、高速、致災(zāi)性強(qiáng)等特點(diǎn)，研究其形成機(jī)制，是高位滑坡防治的基礎(chǔ)和前提，有利于明確加固機(jī)理，從而快速、有效的進(jìn)行高位滑坡防治。高位滑坡運(yùn)動(dòng)模式往往具有較為強(qiáng)烈的刮鏟作用，對(duì)滑坡兩側(cè)翼巖土體具有牽引帶動(dòng)作用，一般按變形特點(diǎn)細(xì)分為流通區(qū)、刮鏟區(qū)和牽引區(qū)。有學(xué)者研究典型高位滑坡成因和滑坡運(yùn)動(dòng)演化模式，按其變形特征對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)演化模式總結(jié)為：形成后緣張拉裂隙→降雨作用導(dǎo)致張拉裂縫的擴(kuò)展→動(dòng)、靜水壓力作用下的軟弱帶形成→后緣拉裂槽形成→滑體前緣臨空滑動(dòng)崩落、加速→刮鏟、運(yùn)移→堆積停止[9]；亦有學(xué)者按滑坡運(yùn)動(dòng)特征分階段總結(jié)高位滑坡運(yùn)動(dòng)分為四個(gè)階段：孕育→啟動(dòng)加速→高速運(yùn)動(dòng)→停積堆積[6]。

歸結(jié)起來(lái)，高位滑坡的形成是在一定的坡體結(jié)構(gòu)和外界因素作用下滑帶巖土的應(yīng)力—應(yīng)變過(guò)程，其形成機(jī)理一般包括為：坡體應(yīng)力狀態(tài)改變、滑帶孔隙水壓力增大、漸進(jìn)破壞和殘余強(qiáng)度、高陡斜坡下的軟弱帶擠出等，概括說(shuō)即：1)主滑帶剪應(yīng)力增大超過(guò)主滑帶的抗剪強(qiáng)度；2)主滑帶巖土強(qiáng)度降低不能平衡剪應(yīng)力；3)剪應(yīng)力增大與滑帶土強(qiáng)度衰減同時(shí)發(fā)生；4)高陡斜坡下伏軟巖的塑性流動(dòng)擠出。盡管每個(gè)滑坡的情況不盡相同，應(yīng)分別分析，高位滑坡仍是內(nèi)外動(dòng)力作用的耦合結(jié)果，滑坡前緣的切方臨空和降水下滲是主要外動(dòng)力作用，牽引區(qū)的變形加劇是帶動(dòng)整個(gè)滑坡快速變形的關(guān)鍵。因此，對(duì)于高位滑坡的應(yīng)急防治，關(guān)鍵在于對(duì)滑坡前部牽引區(qū)的穩(wěn)固，且應(yīng)急治理應(yīng)在高位滑坡處于孕育—啟動(dòng)加速階段進(jìn)行及時(shí)加固最為有效。

4 技術(shù)要點(diǎn)討論

微型樁群用于高位滑坡應(yīng)急治理，加固機(jī)理明確，治理效果快捷、可靠，近年來(lái)得到較為廣泛應(yīng)用，筆者就其在高位滑坡應(yīng)急治理中的設(shè)計(jì)施工方面的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行論述如下。

4.1 布設(shè)位置確定

高位滑坡的應(yīng)急治理，分析研究其發(fā)育規(guī)律和形成機(jī)制十分關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)上，研判高位滑坡運(yùn)動(dòng)階段和變形分區(qū)，選擇在牽引區(qū)適當(dāng)位置布設(shè)微型樁群加固，起到支擋阻滑、改良加固的應(yīng)急治理作用。關(guān)于布設(shè)樁群位置的確定，應(yīng)同時(shí)考慮地形條件、微型樁群受力機(jī)理和施工工藝等方面因素。地形條件的考慮，是基于設(shè)樁群處應(yīng)滿足滑坡推力較小、不易發(fā)生冒頂破壞、便于機(jī)械快速成孔施工等條件。由于微型樁群受力機(jī)理不同于普通抗滑樁和抗滑擋墻，其依靠多排微型樁共同受力，形成一類似于多排空間桁架的結(jié)構(gòu)體系，在確定布設(shè)位置時(shí)，應(yīng)充分考慮微型樁群受力特點(diǎn)，一般采用3排～4排微型樁共同受力效果較好，而微型樁群的懸臂段也不宜過(guò)長(zhǎng)(一般不宜超過(guò)8 m)，對(duì)于傾斜巖面角度較大情況尚須考慮“半坡樁”嵌固段的折減影響。施工工藝方面，影響樁位布設(shè)的主要指成孔機(jī)械選擇，一般可采用履帶式潛孔鉆機(jī)成孔，其成孔效率高適用于應(yīng)急治理工程，但需一定的作業(yè)面，故在確定樁位時(shí)應(yīng)考慮。

4.2 計(jì)算方法選擇

微型樁計(jì)算方法，歸結(jié)起來(lái)大致可分為三類：基于普通抗滑樁設(shè)計(jì)理論的計(jì)算方法、等效計(jì)算方法和數(shù)值分析計(jì)算方法[10]。第一類的計(jì)算方法，一般適用于稀疏布設(shè)的微型樁，滑坡推力由微型樁承擔(dān)，不考慮樁、土形成整體作用，基于普通抗滑樁計(jì)算理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于微型樁樁徑小且一般布設(shè)多排，對(duì)于稀疏布樁而言，樁與樁間難以形成有效土拱作用，而高位滑坡應(yīng)急治理中往往采用密布微型樁群進(jìn)行支擋，二者受力機(jī)制不同，故采用普通抗滑樁設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行微型樁設(shè)計(jì)計(jì)算不適宜。第二類等效計(jì)算方法是基于微型樁密布形式，將微型樁群與其包裹土體視為一整體結(jié)構(gòu)體，并等效為常規(guī)擋土構(gòu)件進(jìn)行受力分析計(jì)算，常見(jiàn)等效計(jì)算方法有：等效鋼筋混凝土梁法[11]、等效加筋土柔性擋墻法[12]和等效剛度地下連續(xù)墻法[13,14]等。采用等效方法進(jìn)行設(shè)計(jì)微型樁群，充分考慮其受荷機(jī)制為樁—土共同作用，而非單樁受力，更符合微型樁群的實(shí)際受力特點(diǎn)，特別是采用等效抗彎剛度的地下連續(xù)墻方法，計(jì)算值與實(shí)際情況較為吻合。第三類數(shù)值分析計(jì)算方法是近年來(lái)廣受青睞的計(jì)算機(jī)計(jì)算方法，主要包括有限差分法和有限單元法等，有限差分法可以小變形本構(gòu)模型關(guān)系求解實(shí)際工程中的大變形問(wèn)題，可跟蹤演化過(guò)程、解決復(fù)雜工程問(wèn)題；而有限單元法可進(jìn)行不同巖性、不同載荷條件以及各種邊界條件下復(fù)雜結(jié)構(gòu)計(jì)算，二者具有傳統(tǒng)計(jì)算方法無(wú)法比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)，但因工程實(shí)際情況復(fù)雜，本構(gòu)模型以及模型參數(shù)的選取適當(dāng)與否對(duì)結(jié)算結(jié)果影響較大。

4.3 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1)微型樁結(jié)構(gòu)主材的選用多樣，常見(jiàn)有樁孔內(nèi)插鋼筋籠、型鋼、鋼管、鋼筋束等形式，亦有組合形式如鋼管內(nèi)插鋼筋束或鋼管外綁焊鋼筋等。樁體結(jié)構(gòu)主材的選用應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件難易和施工便捷、施工質(zhì)量可靠等因素，如選用鋼筋籠制作工藝繁雜、選用型鋼對(duì)接時(shí)焊接工藝要求高。另外，還應(yīng)考慮微型樁受力變形破壞模式的不同，微型樁樁周配筋防治效果優(yōu)于樁心配筋(鋼筋束)[15]，樁周配筋應(yīng)加強(qiáng)滑動(dòng)面附近配筋量，以提高樁身抗彎剪能力。

2)注漿設(shè)計(jì)，采用二次壓力注漿，在微型樁樁體主材四周綁扎2根～4根注漿管，一次注漿采用重力注漿方式(水灰比0.5水泥漿)，待孔口冒漿、初凝后終凝前進(jìn)行二次壓力劈裂注漿(注漿壓力不小于2.5 MPa)。對(duì)于鋼管微型樁，不建議采用下部制成花管狀，避免構(gòu)件存在軟弱面，可通過(guò)鋼管內(nèi)外雙注漿管注漿達(dá)到注漿效果密實(shí)的目的。

3)設(shè)置樁頂聯(lián)系梁，可使微型樁群整體剛度提高，有利于控制樁群體系頂部位移變形，并調(diào)整微型樁群各排樁受力情況，提高抗滑安全系數(shù)[16]。工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮連梁在滑坡加固中的有利作用并兼顧施工便捷性，可采用整體梁板結(jié)構(gòu)代替網(wǎng)狀聯(lián)系梁，減少支模、拆模等作業(yè)工序。梁板可按10 m～15 m設(shè)置伸縮縫斷開(kāi)，為保證梁板具有足夠剛度，其厚度建議不小于0.5 m。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合青中村高位滑坡實(shí)例，分析高位滑坡成因機(jī)制，提出高位滑坡的應(yīng)急防治應(yīng)在滑坡的孕育—啟動(dòng)加速運(yùn)動(dòng)階段，充分考慮其變形分區(qū)特征和形成機(jī)理，在牽引區(qū)的適當(dāng)位置布設(shè)微型樁群進(jìn)行治理。同時(shí)對(duì)微型樁群設(shè)計(jì)施工中的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行討論，分析微型樁群布設(shè)位置、計(jì)算方法以及設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)，以期為類似工程實(shí)踐提供參考。