云茂高速TJ7標(biāo)邊坡滑塌分析及抗滑樁施工

曹正

(廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 250102)

邊坡混凝土抗滑樁施工常用于對傍山險路等危險路段即將滑落的碎石和滑石體的控制固定，在應(yīng)對山體滑坡方面的效果顯著。相關(guān)施工的工作原理是將抗滑樁體的滑樁深入滑體和泥石流的底部，穩(wěn)定滑石結(jié)構(gòu)，阻斷滑石進一步下滑，可有效彌補地基基礎(chǔ)的不足，在淺層、中厚層滑坡的應(yīng)用取得了良好的效果，因施工快捷，不會產(chǎn)生過多土方量，成為主要的抗滑處理方法。相關(guān)施工對于施工工藝的控制要求非常嚴(yán)格，對于確保工程的有序推進意義重大。

1 工程概況

K49+065～K49+420路塹右側(cè)邊坡位于云浮羅定至茂名信宜(粵桂界)高速公路TJ07標(biāo)，邊坡全長355 m，最大坡高為35 m。線路走向240°，邊坡傾向約150°。距坡頂開挖線3 m附近有一條地方改路。工程施工開始后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場實際地質(zhì)復(fù)雜多變，含砂質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化巖、強風(fēng)化巖、坡殘積巖等，存在多種分質(zhì)界面，地質(zhì)復(fù)雜多變。在進一步施工中，由于由于連續(xù)暴雨，坡體開挖至二級時，現(xiàn)場施工人員發(fā)現(xiàn)坡頂多處出現(xiàn)多條橫縱向裂縫，裂縫寬約2～8 mm，在K49+065～K49+220二級坡腳處出現(xiàn)三處涌水，K49+220處人字骨架底部漿砌片石已發(fā)生往外突出現(xiàn)象。經(jīng)監(jiān)測，地表最大水平位移點為G-WY-1，最大累計位移量X:-60.4 mm、Y:-85.7 mm，最大累計位移為104.8 mm。深層位移SC-12最大累計位移A向-0.62 mm、B向2.33 mm；最大累計合位移2.34 mm，最大合位移速率5.57 mm/d。邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)。

2 施工重點、難點分析

2.1 滑坡成因分析

查明滑坡的類型和性質(zhì)，并分析滑動產(chǎn)生的原因，是制定邊坡抗滑樁施工方案的重要依據(jù)。在本案例中，病害出現(xiàn)后，對發(fā)生邊坡變形地段增設(shè)了16根位移樁，用于持續(xù)監(jiān)測此高邊坡的變形。

通過對每個監(jiān)測孔進行監(jiān)測，收集到監(jiān)測數(shù)據(jù)證實，斷面1(主滑面)監(jiān)測孔有SC-3、SC-3新、SC-4、SC-7.SC-10、SC-13.SC-14、SC-16，其中僅SC-3、SC-3新、SC4、SC-7孔數(shù)據(jù)穩(wěn)定有明顯拐點；斷面2監(jiān)測孔有SC-1、SC-2、SC-11，其中僅SC-1、SC-2孔數(shù)據(jù)穩(wěn)定有明顯拐點；斷面3監(jiān)測孔有SC-8、SC-9，其中僅SC-8孔數(shù)據(jù)穩(wěn)定有明顯拐點。出現(xiàn)明顯拐點的監(jiān)測孔數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 主要監(jiān)測孔數(shù)據(jù)一覽表

根據(jù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，較全面的了解了滑坡的基本情況，并就形成滑坡的主要原因分析如下。

地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造。本案例工程施工區(qū)域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，構(gòu)成坡體的巖層，上部為第四系松散層，如殘積粉質(zhì)粘土，下部為全～強風(fēng)化變質(zhì)砂巖、強風(fēng)化花崗巖，風(fēng)化強烈星半巖半土狀，強度極低；下部為變質(zhì)砂巖與花崗巖侵入接觸帶位置，花崗巖后期侵入，導(dǎo)致坡面巖體產(chǎn)狀復(fù)雜。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，滑面為變質(zhì)砂巖和花崗巖不整合接觸帶。

地形地貌?；碌靥幧襟w中前部平緩位置，坡度角約10°，其上部較陡，自然坡度角達16°～24°，中部為較緩寬平臺，易匯水，遭遇強雨水天氣時易形成滑坡。

雨水作用。特大暴雨期雨水透過較厚的殘積層及全風(fēng)化層下滲，滑體殘積層及全風(fēng)化層含水率增大。下伏滑床主要為強風(fēng)化變質(zhì)砂巖，其界面為滯水面，長期雨水下滲作用使滑帶土體軟化、層間結(jié)合力變差、抗剪強度降低。

人類工程活動。坡體開挖前處于穩(wěn)定狀態(tài)，坡體開挖后，破壞了原巖土體平衡條件，為邊坡滑移提供了剪出空間。

受以上因素影響，在邊坡施工過程中，原巖土體的平衡條件被打破，在雨水下滲作用下變質(zhì)砂巖與花崗巖侵入接觸帶不斷軟化、導(dǎo)致巖土體抗剪強度降低，當(dāng)滑體下滑力大于滑面的粘阻力時，逐漸形成工程滑坡。

2.2 工程方案設(shè)計參數(shù)選取及計算

(1)滑動面確定

依據(jù)16個監(jiān)測點的監(jiān)測結(jié)果，明確了CX-3孔下20 m處出現(xiàn)拐點，位移曲線發(fā)生突變點深度為滑面控制點，同時結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查邊坡形成剪出口位置及后緣裂縫位置分布特征，以及坡體巖士體特殊的結(jié)構(gòu)分布和變質(zhì)砂巖與花崗巖不整合接觸帶位置，淺部高阻層可解釋為松散層覆蓋土，中部為相對低陽區(qū)為變質(zhì)砂巖、花崗巖不整合接觸面，后緣松散層面角度約25°。

(2)參數(shù)選取及計算

通過現(xiàn)場勘測，對巖土C、φ值及重度等數(shù)據(jù)進行選取。因坡體現(xiàn)狀已基本形成滑面，關(guān)于滑面強度參數(shù)的選取不能按巖土體強度計算，根據(jù)對K49+280主滑斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)和變形情況的分析，最深開挖處的邊坡穩(wěn)定系數(shù)取值為1.05，重度取1 KV/m'，滑面傾角為6°，由此反算得出滑面內(nèi)聚力8 KPa，內(nèi)摩擦角取9.5°。

根據(jù)滑坡病害的具體情況，為防止滑坡進一步發(fā)展而造成對高速公路正常營運的影響，利用反演分析法確定滑面力學(xué)指標(biāo)及下滑力，取安全穩(wěn)定系數(shù)K=1.2，按原設(shè)計坡形坡率，剩余下滑力為3 309.65 KN；按卸載后坡形坡率，剩余下滑力為2 745.96 KN。

并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù)，重新調(diào)整邊坡抗滑樁施工方案。按照處理方案，抗滑樁設(shè)計情況如下:卸載原第三、四級邊坡，在二級平臺上采用雙排圓柱設(shè)計，一級平臺上采用單排圓柱設(shè)計，前后排樁凈間距6 m，柱縱向間距5 m，樁基尺寸采用2 m，單排抗滑樁采用冠梁連接在一起，雙排樁采用連梁連接在一起。

3 施工方案

根據(jù)施工現(xiàn)場情況，確定抗滑樁施工方案：K49+065～K49+420路塹邊坡處置范圍內(nèi)的抗滑樁共有129根，樁徑均為2 m，其中Z1～Z34號樁長25 m，Z43～Z50號樁長30 m，Z35～Z42、Z51～Z129號樁長35 m，樁基混凝土為C30。單排樁無錨索時，冠梁截面為矩形；有錨索時，為五邊形。雙排樁：靠近路基一側(cè)樁，平臺面以下鉆孔深度為36 m，澆筑35 m；遠離路基一側(cè)樁，平臺面以下鉆孔深度35 m，澆筑34 m，冠梁上預(yù)留兩孔錨索。樁中心間距5 m，雙排樁凈間距6 m；表中樁號為K49+200相對樁號，樁位以坐標(biāo)為準(zhǔn)。施工前，復(fù)核樁位。根據(jù)地質(zhì)條件、樁基礎(chǔ)根數(shù)、施工安全、工期目標(biāo)等綜合考慮，采用旋挖鉆鉆進成孔?；炷凉嘧⒉捎么怪睂?dǎo)管法利用Φ325×8 mm導(dǎo)管灌注水下混凝土，施工工期為6個月。施工計劃如表2所示。

表2 抗滑樁施工計劃

根據(jù)施工方案要求，制定施工工藝流程，如圖1所示。

圖1 抗滑樁施工工藝流程

3.1 施工準(zhǔn)備

開始施工前，對施工現(xiàn)場進行清理，將雜物、積水等影響施工的因素進行排除。同時根據(jù)現(xiàn)場場地情況，以兩根樁共用一套泥漿循環(huán)系統(tǒng)的原則設(shè)置泥漿池。泥漿池與泥漿泵、沉淀池以及進出泥漿槽等共同組成泥漿循環(huán)系統(tǒng)。

3.2 護筒制作、埋設(shè)

鋼護筒采用Q235板材卷制，在工廠內(nèi)制造。鋼護筒制造施工流程為:板材定制、采購→劃線、號料和切割→將板材沿長度方向接長，拼縫開V形坡口→接縫處磨光整平→卷制鋼護筒短節(jié)→將短節(jié)組焊成吊裝節(jié)。

鋼護筒埋設(shè)采用挖埋配合機械下壓的方法施工。鋼護筒埋設(shè)后各方向傾斜度不超過1%，平面偏差不超過50 mm，具體參數(shù)如表3所示。

表3 鋼護筒參數(shù)表

3.3 泥漿備制及循環(huán)系統(tǒng)

選擇用于制作泥漿的粘土塊并將其打碎，采用鉆具沖擊成孔將粘土原料投入孔底，利用沖擊鉆頭上下沖擊，攪拌成泥漿。泥漿性能指標(biāo)如表4所示。

表4 泥漿性能指標(biāo)

新鮮泥漿由泥漿泵從泥漿池泵送孔底，孔底的鉆渣被泥漿懸浮至孔口后，沿泥漿槽順流至沉淀池，砂石靜置沉淀后，通過泥漿泵抽入泥漿池形成循環(huán)。

粗顆粒鉆渣清理干凈后，在護筒口架設(shè)一臺泥漿泵，經(jīng)濾砂器去除泥漿中細(xì)粉砂后，直接排入泥漿池形成新的泥漿循環(huán)，直至含砂率滿足設(shè)計要求。

3.4 抗滑樁鉆進施工

(1)鉆孔。采用泥漿護壁成孔工藝進行鉆孔，泥漿在鉆孔過程中可起到護壁作用，泥漿采用膨潤土、火堿以及纖維素的混合材料，用攪漿機在泥漿池中攪拌好泥漿后，由泥漿泵入孔內(nèi)，旋挖鉆均勻緩慢鉆進。

(2)鉆進。進行抗滑樁鉆進施工時，鉆進開始階段就采用低速鉆進，主卷揚機鋼絲繩承擔(dān)不低于鉆桿、鉆具重量之和的20%，以保證孔位不產(chǎn)生偏差。當(dāng)鉆進位置到達護筒底以下3 m后，可以提高鉆速采用高速鉆進，鉆進速度與壓力有關(guān)，采用鉆頭與鉆桿自重摩擦加壓，150 MPa壓力下，進尺速度為20 cm/min；200 MPa壓力下，進尺速度為30 cm/min；260 MPa壓力下，進尺速度為50 cm/min。

(3)終孔。當(dāng)鉆孔達到設(shè)計高程后，停止鉆時，并通過檢測鉆渣進行地質(zhì)情況核實。

(4)清孔。通過檢測符合驗收標(biāo)準(zhǔn)后，立即進行清孔。清孔后的孔內(nèi)泥漿性能及孔底沉渣必須經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)滿足規(guī)范要求?？變?nèi)泥漿指標(biāo)參數(shù)如表5所示。

表5 清孔后孔內(nèi)泥漿指標(biāo)參數(shù)

3.5 鋼筋籠制作安裝

(1)鋼筋籠制作。鋼筋籠以鋼筋12 m定尺長度分節(jié)，最重為17.9 t，最長為35 m。由加工車間制作完成后，由專用吊具運輸、吊裝，防止吊運時損壞或變形。分段鋼筋籠縱向連接，全部采用滾軋直螺紋套筒接頭。

(2)鋼筋籠起吊。采用汽車吊機大小雙鉤起吊鋼筋籠，先將汽車吊機大鉤吊鋼筋籠上端，小鉤吊鋼筋籠下端，將鋼筋籠水平吊起后，大鉤起、小鉤落，使鋼筋籠逐步豎立。

(3)鋼筋籠對接。鋼筋籠對接時，底節(jié)鋼筋籠固定于護筒口，套筒和箍筋安裝完成后下放定位。下放過程中根據(jù)設(shè)計，要求安裝保護層墊塊。

(4)鋼筋籠定位。鋼筋籠定位需從豎向和水平兩個方面進行。豎向定位時，在孔口處設(shè)兩根“型鋼扁擔(dān)”，鋼筋籠下放至孔內(nèi)后，將2根定位鋼筋與鋼筋籠主筋聯(lián)接，然后將定位鋼筋頂部穿過型鋼扁擔(dān)，整體下放至設(shè)計位置；水平定位時，在鋼筋籠外側(cè)設(shè)置鋼筋籠限位，控制鋼筋籠的平面位置。

3.6 混凝土灌注

(1)混凝土配合比

在施工前開展混凝土配合比的設(shè)計和試驗，經(jīng)監(jiān)理工程師根據(jù)試驗結(jié)果確定好符合設(shè)計要求的混凝土配合比后，進行抗滑樁混凝土制作，具體要求為:抗滑樁混凝土選用可泵性、和易性較好的C30水下混凝土，混凝土坍落度為18～22 cm，初凝時間不少于12 h，其中水泥成分為42.5PII硅酸鹽低堿水泥，摻合料為粉煤灰、礦粉，砂選用細(xì)度模數(shù)為2.3～3.0的中砂，碎石為壓碎值和吸水率分別小于10%、2%的石灰?guī)r，水采用檢測合格的淡水，外加劑選用的混凝土外加劑。

(2)水下混凝土灌注

采用垂直導(dǎo)管法和閥門+隔水栓的方式進行樁身水下混凝土灌注施工。在混凝土到達現(xiàn)場后，第一時間做混凝土試塊，每根樁2組、6塊，放入樁基旁的試塊盒內(nèi)養(yǎng)護，留存。采用φ325×8 mm導(dǎo)管進行水下混凝土灌注，混凝土采用攪拌車通過便道運至現(xiàn)場，初灌時由儲料斗和料斗儲存混凝土，初灌成功后，即可移除儲料斗，拆除料斗，在導(dǎo)管口上安裝漏斗，進入正常灌注過程。開始灌注首批混凝土?xí)r，混凝土儲量應(yīng)滿足導(dǎo)管初次埋深1 m。在檢測符合要求后即可進行正常灌注。灌注完畢后，要及時清洗好灌注工具。在混凝土初凝后、終凝前進行鋼護筒拆除，為了防止孔位處土體坍塌，對樁頭造成破壞，對鋼護筒頂部1 m深度的周邊區(qū)域進行浮土清除，然后再使用吊機設(shè)備拔出鋼護筒。

4 結(jié) 語

建筑工程邊坡抗滑坡施工的開展，需在詳細(xì)了解施工區(qū)域的氣候和地貌、水文情況后，合理調(diào)整工序、組織施工，在施工過程中有效控制施工工藝和施工計劃，積極發(fā)現(xiàn)安全隱患并且加以控制，這樣才能保障建筑工程的社會效益。

在開展高速公路邊坡抗滑坡施工時，其重點、難點主要體現(xiàn)在對滑坡原因分析和滑坡推力計算兩個方面?；略蚍治鰹楣こ淌┕し桨傅拇_定提供依據(jù)，滑坡推力計算則用于施工技術(shù)的選擇和施工工藝的確定。

(1)在進行滑坡原因分析時，需根據(jù)鉆探資料及結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查，查明滑坡的類型和性質(zhì)，同時結(jié)合地質(zhì)與坡面產(chǎn)出關(guān)系、風(fēng)化狀態(tài)、氣候、人為因素等多個角度分析滑動產(chǎn)生的原因。

(2)計算滑坡推力時，需注意滑坡推力的分布受滑坡類型、部位以及地質(zhì)條件等多方面因素的影響，是一項復(fù)雜的工作。受雨水滲透影響，道路地層中存在許多液體，由此導(dǎo)致道路邊坡土質(zhì)的強度和密實度下降，使土層中分布的不均勻塑性滑體出現(xiàn)塌陷問題，可結(jié)合實際情況確定抗滑樁施工技術(shù)。一般可基于極限平衡理論中的傳遞系數(shù)法采用極限平衡分析法計算滑坡推力。