樹根樁在某變電站邊坡加固中的運用

依托工程實例，實地踏勘，結合高密度電法解譯和計算分析得出邊坡并未形成貫通性的滑面，僅為局部擋墻后部土體滑塌變形。經(jīng)方案比較，采用樹根樁+錨索聯(lián)合支護對邊坡體進行加固處理，樹根樁施工機械受場地限制小，布樁靈活、擾動較小，費用經(jīng)濟合理，經(jīng)過一個雨季運行，邊坡變形監(jiān)測滿足要求。

變形分析; 邊坡加固; 樹根樁+錨索聯(lián)合支護;"" 經(jīng)濟合理

U417.1A

市政工程市政工程

［定稿日期］2023-06-07

［作者簡介］何云松（1991—），男，碩士，研究方向為巖土工程。

0" 引言

樹根樁實質(zhì)為100～200 mm的鉆孔灌注樁。因其布置施工性狀如樹樁而得名。近年來樹根樁在地基處理、既有建筑物加固領域運用廣泛，技術較為成熟。在處理地基基礎不均勻沉降，承載力不足等問題中得到了廣泛運用，取得了很大的經(jīng)濟效益［1］。GJ79-2002《建筑地基處理技術規(guī)范》中將“托換法”加入了樹根樁內(nèi)容，并對樹根樁的設計、施工、質(zhì)量檢測都做出了相應的規(guī)定［2］。但在滑坡、邊坡的加固中仍然運用不多。

孫少銳［3］參考樹根樁應用于托換工程的設計計算方法，根據(jù)樹根樁的實際特征，詳細地推導了樹根樁加固邊坡后樹根樁與土均質(zhì)化復合“土體”的本構模型，研究了樹根樁應用于邊坡加固后的應力場、位移場的變化及邊坡的穩(wěn)定性情況。得出樹根樁加固可以有效提高邊坡穩(wěn)定性。顏春等［4］針對本身是穩(wěn)定的膨脹土邊坡應重點考慮膨脹土工程特性引起的淺層的牽引漸進式破壞，采用樹根樁＋CMA混合液綜合防護方案對于預防具有軟弱面的中弱膨脹土邊坡淺層失穩(wěn)的加固非常有效，作為一種較新的膨脹土防護加固技術值得參考借鑒。劉亞升等［5］采用樹根樁—錨索復合土釘墻對該區(qū)域基坑進行支護，取得了較好的實踐效果，變形在合理范圍內(nèi)，證實了設計方案的可行性。

樹根樁的設計計算是一個十分復雜的問題，直到今天仍未找到很好考慮各種影響因素的理論設計方法，《滑坡防治設計規(guī)范》（GB/T38509-2020）主要考慮了縱筋抗剪強度對邊坡穩(wěn)定性的提高作用［6］。

李子運［7］考慮到公路修復的迫切性，采用可便宜快速施工的300 mm樹根樁進行邊坡支護，該樁可用鉆孔機鉆孔后快速施工，樹根樁采用壓力灌漿，樁體實際直徑比設計值大，GB/T38509-2020《樁與樁周土滑坡防治設計規(guī)范》主要考慮了縱筋抗剪強度對邊坡穩(wěn)定性的提高作用結合更為緊密，樁端土與持力層被膠結加固。

綜合來看，對于中小型滑坡、老邊坡（位于建筑場地內(nèi)，施工空間有限），特別是應急搶險過程中，大尺寸的支護結構受工期、空間、工程造價影響無法快速開展。這種情況下，樹根樁因其具有集約化設計、輕量化施工的優(yōu)點，被逐漸推廣。與常規(guī)抗滑樁相比，微型樁施工工藝更加簡單、快捷、環(huán)保。此外，微型抗滑樁施工機械受場地限制小，布樁靈活、擾動較小等優(yōu)勢，值得被推廣。

本文從實際工程案例出發(fā)，綜合實地踏勘、地質(zhì)鉆探，以及高密度電法查明邊坡變形原因。在此基礎上，采用最優(yōu)目標分析法，得出再邊坡安全系數(shù)和造價最優(yōu)的條件下，樹根樁+錨索布置的最優(yōu)方案，采用GEO5整體計算分析得出邊坡穩(wěn)定性滿足設計規(guī)范要求，施工完成后，變形量滿足要求。

1" 項目概況

某變電站位于北側連通鎮(zhèn)內(nèi)道路，南側為斜坡，坡度約30°，距離約20 m處為村民自建擋墻和房屋。地勢北高南低，變電站與南側道路高差約30 m。該變電站于2007年投入使用，建成后運行至今，站址東南角出現(xiàn)地坪開裂、構支架基礎下沉現(xiàn)象，處于填方區(qū)的圍墻普遍出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。運行期間，村民于站址南側距離站址邊緣約20 m位置開挖坡體自建房屋，開挖高度約5～7 m，自行修建毛石擋墻進行支擋。受村民自建擋墻開挖影響，站址東南角下方部分村民自建擋墻墻頂后方約3～5 m位置出現(xiàn)地表開裂，裂縫寬度約3～5 cm，局部出現(xiàn)滑移，形成約20～30 cm的后緣錯臺。

為查明地基下沉、圍墻開裂及坡體滑移的原因，采用地質(zhì)勘察、高密度電法等勘察方法進行勘察分析，經(jīng)過計算分析提出邊坡支護方案。

經(jīng)查明該場地土層相關參數(shù)詳見表1，變電站內(nèi)表層為混凝土地坪和碎石墊層，下部為素填土。主要為①素填土，可塑～硬塑狀態(tài)，粉質(zhì)黏土為主，混有少許碎石，結構松散，不均勻。標貫實測錘擊數(shù)4.0～8.0 擊，平均為5.8擊，為修建變電站填筑，填筑時間約10～13年，層厚0.40～7.20 m，現(xiàn)狀場地均有分布。

邊坡體土層主要為②1含碎石粉質(zhì)黏土：硬塑狀態(tài)，碎石粒徑多為2～40 mm，局部揭露最大粒徑約 60 mm，母巖成份

為多為強-中風化砂巖、泥質(zhì)砂巖，局部為全風化砂巖，棱角狀～次棱角狀，質(zhì)量約占總質(zhì)量20%～40%。標貫實測錘擊數(shù)8.0～22.0 擊，平均為14.0擊，場地內(nèi)均有分布。

結合高密度電法，可知，側線中間及上部淺層覆蓋層厚度較大，勘察深度范圍內(nèi)，未揭露基巖埋深，其中在0～24 m段，50～60 m段厚度較薄，約1～2 m，下方存在高阻異常區(qū)域，推測為較大孤石，結合現(xiàn)場情況為0～24 m為下方民房院子，50～60 m處為村民自建擋墻。其余測線段分布3～9 m厚度不均的粉質(zhì)黏土夾碎石層。

由高密度電法解譯剖面圖可以看出，邊坡整體并未形成貫通性的裂隙，僅出現(xiàn)了邊坡局部垮塌和變形，詳見圖1。

2" 變電站變形原因分析

針對地基下沉、構支架基礎下沉、圍墻開裂問題，初步分析認為：主要原因是場地內(nèi)填土未有效壓實，壓實度未達到規(guī)范要求，且壓實不均勻。導致變電站建成投產(chǎn)后，因填土沉降且沉降不均勻，導致地坪、圍墻開裂，構支架基礎出現(xiàn)持續(xù)不斷的下沉。場地填土時間約10～13年，層厚不均勻。變電站填土厚度南側最大為7.40 m，北側0.4 m，中間厚度約為2.3 m，填土壓實系數(shù)0.92～1.0，密實度未達原設計要求且差異較大。

依據(jù)實際踏勘，該變電站修建后，南側村民自建擋墻，導致坡體下方存在高差5～9 m的臨空面，詳見圖2。由于擋墻強度和做法不規(guī)范未能對邊坡起到支擋作用，于2017年變電站南側坡體出現(xiàn)局部失穩(wěn)，距離墻頂約 3～5 m 的坡面出現(xiàn)地表開裂，部分產(chǎn)生20～30 cm的滑移錯臺，詳見圖3，之后逐漸穩(wěn)定，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。場地排水系統(tǒng)不完善，雨水積蓄排出不暢，大量地表水滲入，弱化坡體巖土強度，從而促進坡體的不穩(wěn)定滑移和變形。

市政工程何云松， 湯偉： 樹根樁在某變電站邊坡加固中的運用

對邊坡選取三個剖面分別進行不同工況下的穩(wěn)定性計算，計算時素填土采用直接天然快剪參數(shù)，其余各層土采用直剪天然快剪參數(shù)。計算結果見表2。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，高密度電法解譯，計算結果可以得出，南側村民自建擋墻，導致坡體下方存在高差5～9 m的臨空面，使得擋墻頂部出現(xiàn)裂隙，邊坡出現(xiàn)垮塌變形。

3" 樹根樁邊坡加固計算分析

3.1" 加固方案的設計比選

該滑坡治理設計包括：支擋結構設計、坡面排水系統(tǒng)、坡面防護等內(nèi)容。根據(jù)邊坡現(xiàn)狀地形、周邊環(huán)境、地質(zhì)條件等，擬定了支護方案：

（1）坡腳板肋式擋墻護腳+坡面掛網(wǎng)噴錨護面+場地排水系統(tǒng)梳理。采用C25毛石混凝土進行充填密實。該方案能有效地增強整個坡體穩(wěn)定性，防止坡面坡頂裂縫發(fā)展，同時對坡腳民房也能形成有效保護。缺點：由于坡腳現(xiàn)有簡易民房和院子，施打錨索需要施工空間，需對其進行拆除和占用土地，涉及協(xié)調(diào)和賠償問題。

（2）坡體樹根樁錨索支擋+坡面掛網(wǎng)噴錨護面+場地排水系統(tǒng)梳理坡體上施打樹根樁，增強坡體抗滑力，提高坡體的整體穩(wěn)定性，另施加錨索拉力控制樹根樁組的樁頂位移。該方案實施點位于坡體之上，能有效地控制變電所區(qū)域坡體穩(wěn)定，同時避免施工過程中與村民的協(xié)調(diào)和賠償問題，不用拆除現(xiàn)有民房。缺點是不能對坡腳民房形成有效保護，詳見圖4。

（3）坡腳擋墻處設置抗滑樁。缺點：造價高由于坡腳現(xiàn)有簡易民房和院子，需對其進行拆除和占用土地，涉及協(xié)調(diào)和賠償問題。

經(jīng)與建設單位協(xié)商，綜合造價、環(huán)境因素、地質(zhì)條件等因素考慮，擬采用樹根樁+錨索進行坡體加固。

3.2" 樹根樁支護計算

由于缺少成熟的計算方法，本文根據(jù)根據(jù)GB50010-2010（2015年版）《混凝土結構設計》和GB/T38509-2020《滑坡防治設計規(guī)范》進行計算（表3）。

（1）依據(jù)GB50010-2010（2015年版）《混凝土結構設計規(guī)范》單樁抗剪強度計算。

①等效矩形截面計算：

B=1.76×r=1.76×180=158.4 mm

h0=hw=1.6r=1.6×180=144 mm（且hw/B=0.91lt;4）

②樁身混凝土抗剪強度（C30）：

V=0.25βcfcbh0=0.25×1×14.3×158.4×144/1000=22.83 kN

③配置箍筋時樁身抗剪強度：

V＝0.7ftbh0+fyvh0Asv/S=0.7×1.43×158.4×144+400×144×157/100=22.8+90.4=113.26 kN

綜上可得，樹根樁單樁抗剪強度為113.26 kN，每延米上（7根樁）抗剪強度為792.85 kN。

樹根樁箍筋鋼筋直徑不應小于縱向受力鋼筋最大直徑的1/4，且不應小于6 mm，箍筋間距宜取100～200 mm，且不大于400 mm，以及樁的直徑。

（2）考慮鋼筋的抗剪強度計算邊坡抗滑整體穩(wěn)定（根據(jù)GB/T38509-2020《滑坡防治設計規(guī)范》）。

Plt;lt;Rtn（1）

Rtn=nτtn（2）

τtn=βn［τ］As（3）

βn=（Es/Et）1/4（4）

式中：P為滑坡推力（kN）；Rtn為小口徑樁組合抗滑樁群抗滑力（kN）；n為每米小口徑樁的數(shù)量，單位為根；τtn為單樁容許抗剪強度（kN）；βn為考慮鋼筋彎曲影響的折減系數(shù)；Es、Et為土體以及小口徑樁的彈性模量（MPa）；［τ］為鋼筋抗剪強度（kN）；As為鋼筋橫截面面積（m2）。

4" 結論

綜合結果可以看出，兩種計算方法相差不大，樹根樁在邊坡中加固作用主要體現(xiàn)在抗剪作用中。通過GEO5巖土計算軟件，采用樹根樁加固后，邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)得到提高，正常工況下為1.47，地震工況下安全系數(shù)為1.32。

坡體樹根樁錨索支擋+坡面掛網(wǎng)噴錨護面+場地排水系統(tǒng)梳理+站內(nèi)地坪注漿加固該方案在邊坡坡體上進行，采用多根樹根樁外加錨索進行控制位移。能有效地控制變電所區(qū)域坡體穩(wěn)定，可以避免施工過程中與村民的協(xié)調(diào)，不用拆除現(xiàn)有民房建筑。樹根樁群布置頂部采用混凝土承臺連接為整理，施加三排構造性錨索，提供抗拉拔力，提高樹根樁群的整體性，減少樁頂位移。能有效另外采用注漿處理，對站內(nèi)未達壓實度土體進行注漿處理，填充填土空隙，減少站內(nèi)沉降。

參考文獻

［1］" 王輝，陳劍平，闕金聲. 樹根樁在基礎加固中的設計與應用研究［J］. 巖土力學， 2006（S2）：5.

［2］" 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布. 中華人民共和國行業(yè)標準．建筑地基處理技術規(guī)范 JGJ 79-2012［S］. 中國建筑工業(yè)出版社， 2013.

［3］" 孫少銳. 樹根樁加固邊坡的穩(wěn)定性分析與評價［D］. 南京：河海大學， 2001.

［4］" 顏春， 劉彥， 黃中文. 樹根樁+CMA混合溶液在膨脹土路塹邊坡處治中的綜合應用［J］. 重慶交通大學學報（自然科學版）， 2015， 25（3）：69-73.

［5］" 劉亞升， 丁曉峰， 王曉磊. 樹根樁—錨索復合土釘墻在某基坑支護中的應用［J］. 西部探礦工程， 2017， 29（11）：3.

［6］" 國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會.滑坡防治設計規(guī)范： GB/T 38509-2020［S］.

［7］" 李子運. 山區(qū)公路路基塌方快速修復新技術研究［D］. 重慶：重慶大學， 2013.