钢管桩在滑坡应急抢险中的应用

陈建君 赵昌贵

(四川省蜀通岩土工程公司，四川 成都 610081)

钢管桩在滑坡应急抢险中的应用

陈建君 赵昌贵

(四川省蜀通岩土工程公司，四川 成都 610081)

简述了滑坡体应急抢险工程中的处置难点，分析了钢管桩施工快捷、布置灵活、支护力较高的特点，依据钢管排桩的抗滑原理，对钢管桩在某滑坡应急处置中的运用作了详细论述，结果表明钢管桩的投入使用提高了滑坡体的稳定性，为滑坡治理提供了安全保障。

滑坡体，应急处置，钢管桩，土体强度，设计

滑坡灾害作为一种常见的地质灾害，其发生具有突发性和不可预测性。在突发性的滑坡的抢险工作中，要求必须采取应急措施，以缩短抢险时间，减少经济损失，保障人民群众的生命安全[1]。滑坡应急抢险工程要求快速有效的控制坡体变形，常用的应急治理抢险手段，其运用都有较高的时间、空间和支护能力限制。钢管桩作为一种简易的支挡工程，在工程运用中逐渐发展出钢管排桩组合形式，这样减少了其长径比过大的不利影响，同时因其施工快捷、布置灵活、支护力高的优点，在多个应急抢险工程中发挥了快速有效的支护效果，而逐渐得到工程界青睐。实际的工程效果表明，微型钢管桩组合已经成为滑坡应急抢险工程中的一种有效措施。

1 滑坡体应急处置的难点

对于滑坡应急抢险工程来说，由于滑坡已经处于蠕滑或即将进入加速蠕滑阶段，坡体稳定性平衡已经被打破，需要快速有效地采取工程措施，减少不利因素对坡体稳定的作用,并提高坡体抗滑能力，将坡体的变形控制住，为下一阶段的永久工程的治理设计提供时间和空间条件。目前常用的滑坡应急处置措施包括：裂缝封填、前缘堆载、后缘减载及简易的支挡工程。对于坡体中的裂缝都应当及时封填并控制坡体外的水体进入滑坡。当坡体变形十分强烈时，应立即采取避险措施。对于小规模的滑坡进行应急处置一般难度较小，可通过清除、砍头压脚等方式快速提高坡体稳定性，消除灾害险情。但对于体积巨大(大中型)的滑坡，由于坡体自身稳定性已经大幅降低，其蠕滑阶段的下滑力在200 kN/m以上，这需要临时支挡工程对坡体及时提供较大的支护力方可达到暂时稳定。然而因为地形或者保护对象往往紧邻滑坡，没有足够的空间在坡脚布置足够量的压脚工程，对滑坡上部减载的施工难度大且易诱发新的灾害支挡工程。常用的滑坡支挡工程，则需要有较大的空间和时间条件，同时对坡体的扰动较大，在滑坡的应急抢险工程中不能使用或难以迅速发挥支挡作用。因此，需要有一种支挡工程能在滑坡还未进入加速蠕滑变形阶段能快速有效的在较小的空间内施工完成，为坡体提供较大的支护力，同时又不对坡体造成较大的扰动。

2 钢管桩的特点

钢管桩属于微型桩的一种，利用人工冲击或回旋成孔，植入带孔的空心钢管，再向钢管中进行注浆而成桩。滑坡治理中多在其顶部用刚性联系梁将其牢固连接，形成一个超静定的框架结构，成为排桩与桩周改良土体共同起到抗滑的作用[2]。

根据钢管桩的施工工艺和受力特点，钢管桩与传统抗滑结构有以下特点：1)钢管施工机具小，工程布置灵活，适用于狭窄的施工作业区，对施工空间要求小，在一些地形条件较差的坡体上仍可以进行施工。这使得钢管桩能与前缘堆载等工程组合应用，而挡土墙则必须布置在剪出口部位而无法与堆载工程组合应用。2)施工机具可多台同时施工，施工简便，成桩速度快，能在较短的时间内形成有效的支护力。目前抗滑桩每天开挖的深度仅一节护壁的长度且还要进行护壁工程施工，然而采用潜孔锤成孔，每日可达20 m，且场地中可像抗滑桩工程一样同步施工。挡土墙的施工因开挖和浇筑，需要的时间和空间条件也很高。3)施工对坡体的扰动小，不需要大直径抗滑桩和挡土墙一样对坡体进行较大的扰动，不易形成人工诱发坡体失稳。钢管桩的单孔直径在300 mm以下，而相同支护力的抗滑桩的截面则需要1.2 m2以上，挡墙的布设还受到高度的限制，且要求滑坡前缘剪出口附近有足够的空间可供施工。4)虽然支护力小于大直径的钢筋混凝土抗滑桩，但通过多排桩体的组合可形成较大的支护力，根据工程经验三排钢管桩的组合可以提供500 kN/m的抗力，这远大于抗滑挡墙的抗滑能力，对坡体起到有效的支护效果。5)钢管桩长度易调整，浪费较少。钢管长度一般6 m～9 m，钢管桩根据实际需要进行切割，切割部分还可应用到其他桩上，避免了浪费[1]。6)由于钢管桩要采用注浆，利用从管体中的小孔渗出的浆体可对滑坡土体尤其是滑带附近的土体起到加强作用。

当然，钢管桩由于长径比的限制和其桩体复合结构的特点，钢管桩的长度通常在30 m以内，作为临时工程通常适用于滑体厚度15 m以内的中层或浅层土质滑坡。在岩质滑坡中，由于滑体和滑床均可视为完整的刚体，其变形只在滑带附近，这使得在滑面处桩身应力集中，桩体易发生滑面处剪切破坏。对于滑坡宽度大的情况，可以视保护对象的分布与其他应急抢险工程相互配合，灵活布置，从而节约工程造价。

3 钢管排桩的抗滑原理

对于微型钢管桩来说由于其长径比大，直径小，传统的依靠嵌固段在稳定地层受压提供反力而使桩体不发生大的弯曲而形成较大抵抗力的原理已经不再适用。为减少钢管桩长径比过大的问题，发挥钢管桩强度高、弹性大、能适应发生较大的变形的优点。目前在钢管桩的运用中通常是设置多排平行布置的桩群，并利用顶部设置的连梁(板)形成“强梁弱桩”的方式。利用小直径本身的一定刚度和强度，以及它在岩土体内分布的空间组成桩土复合体的骨架，使岩土体构成一个有机整体，骨架有约束土体变形的作用[3]。由此坡体传递的荷载将由桩与桩间土体共同承受。桩与土作为一个整体来抵抗外部荷载的作用。钢管桩承受了主要的荷载，它不仅将坡体内部分的应力传递到桩间土体，更重要的是利用其深埋于稳定岩土体中的嵌固段，通过桩体的应力扩散作用，将不稳定滑体中的应力传递到稳定的岩土体中，从而起到稳定边坡的作用[4，5]。通过在钢管桩外注浆或在钢管上钻孔而注浆可以大大提高桩体周围土体的强度，尤其是滑动面附近的土体强度。利用注浆还可以起到对坡体中裂缝的充填作用以及挤密土体的作用，减少水对坡体的不利影响。注浆的浆液还可以对钢管桩体起到保护作用，提高管体的抗腐蚀能力与使用年限。通过合理的施工，可以将钢管桩由临时的应急抢险工程起到更加长久的作用。

由此，可以将钢管排桩、桩顶连续梁和桩间土体形成的组合结构等效成一个实体的大直径抗滑桩来进行钢管桩的具体结构设计。通过将钢管、注浆体的强度等效到土体的抗剪切强度可得到滑面处等效桩体的抗剪切强度。而等效桩体发生弯曲将形成拉应力与压应力。其中抗拉应力主要由桩体受拉区的钢管来承受，受压区由桩体与土体共同承受。根据等效桩体中钢管桩的截面、强度、间距及土体的强度可得出桩体的抗弯强度。由此按照大直径桩受到滑坡土体作用及桩前土体的抗力共同的模式可计算出等效桩体在不同截面处的剪力与弯矩。通过比较即可判定桩体是否满足强度要求，并可由其进行桩体截面、强度、间距的设计。

4 钢管桩的设计案例

下边以某应急处理滑坡为例，介绍钢管桩在滑坡应急处置中的运用。

4.1 工程概况

该滑坡平面上呈倒“U”形，水平横向宽约140 m，纵向长约150 m。后缘及左右侧裂缝贯通，前缘坡脚老挡墙变形明显，边界清晰。根据最不利滑面搜索，滑体推测厚约15 m～25 m,平均厚度约20 m，滑体体积约45×104m3,属中型中层土质滑坡。自2011年3月发现距滑坡体后缘约2 m陡坎处长约60 m、最宽约30 cm、最深约100 cm的裂缝以来，滑体蠕滑变形加剧，险情危急。直接威胁坡上坡下民居50余户、约200名居民的人身安全，若滑坡体发生整体下滑，将中断交通，堵塞河道，带来不可估量的损失。另外，考虑汛期临近时间紧迫，居民长期搬迁避险社会安定问题，开展应急抢险治理工作十分必要。灾情发生后，第一时间紧急实施了5 000 m3坡脚堆载反压措施。根据现场地面巡查、裂缝监测以及位移监测结果分析，堆载工程虽然达到滑坡变形减缓不至于产生大面积滑动的目的，但是由于坡体稳定性仍不足，需要在前期实施的堆载反压的效果基础上，在滑体上设置支挡工程，达到滑坡基本稳定和为后续综合治理时前缘抗滑支挡工程施工提供安全保障的目的。设计在滑坡强变形体上设置钢管桩予以支护，为后期施加更有力的支护措施提供安全和时间保证。

4.2 钢管桩布置

钢管桩布设于滑坡前部，平面延长约50 m，共100根，桩长20 m,23 m，见图1。根据计算，可提供约500 kN/m滑坡推力设计，设计桩径250 mm，内置159 mm钢管，壁厚8 mm，三排，间距1.5 m,梅花形布设。管内高压注入水泥砂浆，砂浆体强度30 MPa。桩顶设置连梁，连梁为钢筋混凝土梁，单排并以格构相连。桩身钢管嵌入梁内0.3 m，钢筋混凝土保护层厚度不小于35 mm。

4.3 钢管桩的成孔

钢管桩采用潜孔锤跟管钻进，干钻，结合空压机成孔，孔径250 mm。

根据场地地层及施工现场条件，采用潜孔锤跟管钻进成孔，选用阿特拉斯DHD380型冲击器及配套套管，配套空压机风量不小于25 m3。钻进终孔后，进行孔深测量，使孔底沉淀物不大于100 mm，若未达到，继续清孔达到设计要求为止。清孔后，及时吊放钢管。钻孔达到设计深度、验收合格后进入下道工序。成孔质量：孔径偏差：-20 mm≤d≤20 mm；孔深：0≤h≤-100 mm；垂直度偏差：<1%；沉渣厚度：≤100 mm。

4.4 钢管制安

钢管采用一般结构用无缝钢管，钢管外径159 mm,管壁厚8 mm。钢管下孔前，应先在管壁上开孔，以便灌浆时砂浆能进入管壁与孔壁的间隙。用台钻钻眼，孔径10 mm，竖向四个方位均匀布设，竖向间距300 mm。钢管定制长度单节不小于6 m。要满足设计长度，需进行钢管的对接。接长方式采用将1.0 m长，φ140×7 mm的钢管插入φ159×8 mm钢管内0.5 m后焊接牢靠，外露0.5 m以便下孔施工过程中进行接长。在下孔钢管接长时，上下两段φ159×8 mm钢管端头连接时也应焊接牢靠。5根5×20 mm的扁铁进行帮焊加强连接，扁铁沿接口圆周均匀布置，焊接长度30 cm。套管和扁铁的焊接要求无虚焊、漏焊、裂纹，按照相关规范执行，焊工必须持证上岗。钢管桩的防腐，根据经验，对建筑腐蚀量的限制，未试验的直接采用2 mm控制。钢管桩的防腐，对于永临结合工程很重要，参考桥墩防腐经验这里采用涂装法，常用焦油环氧涂料。钢管的吊放安装：吊装采用钻机卷扬进行。同时采取措施确保钢管标高准确。

4.5 注浆成桩

注浆液采用水泥砂浆，水泥标号525号，普通硅酸盐水泥。水灰比0.4～0.5，灰砂比3∶1；砂浆体强度为30 MPa。钻孔完成后将钢花管缓慢送入孔中设计位置，同时在钢花管内安装φ30 PVC高压注浆管，注浆管伸入钢管底部，距孔底0.5 m，保持管路畅通。利用高压灌浆管输浆，注浆压力在0.6 MPa～1 MPa之间，依据现场注浆情况调整。注浆浆液采用专用搅拌机搅拌，搅拌时间不少于3 min，浆液自制备至用完的时间不超过2 h。在配制浆液时，应先开动搅拌机，加水到一定程度时方可向搅拌桶内依次加入水泥砂浆充分搅拌。注浆过程是先快后慢，当浆液从排气孔中溢出时关闭排气阀门，进行加压注浆。当孔口周围出现冒浆时，采用低压、浓浆、间歇灌浆的方法进行，补注2次后应停止注浆。注浆必须饱满。

4.6 冠梁施工

钢管排桩采取“强梁弱桩”的原理，在桩顶设置连梁，连梁为钢筋混凝土梁，单排并以格构相连，梁宽0.3 m，高0.4 m，C25混凝土浇筑，桩身钢管嵌入梁内0.3 m，钢筋混凝土保护层厚度不小于35 mm，见图2。

4.7 治理效果

经过一个月的施工后，钢管桩即投入使用。通过钢管桩和最初的堆载反压工程的相互配合，滑坡的变形得到有效控制，已有的变形不再继续发展。在顺利通过汛期后，在滑坡前缘强变形体的钢管桩之前布设了一排大直径钢筋混凝土抗滑桩对滑坡进行了永久支护。钢管桩工程迅速的施工和发挥效果，这为该滑坡应急抢险工程发挥了重大功效，为永久治理提供了充分的时间和安全保障。

5 结语

1)钢管桩作为一种抗滑支挡工程，由于其灵活、有效、及时、施工方便、对坡体扰动小且可以提供较大的支护力，能实现对变形中滑坡快速有效的支挡作用，能提高滑坡稳定，为滑坡永久治理工程提供时间。

2)钢管桩可以同堆载等工程手段配合使用，在控制长径比的条件下布设在滑坡前缘可以提供大于挡土墙和接近小直径抗滑桩的支挡力，可以作为临时工程支挡正在发生蠕动变形的中下型的土质滑坡。

3)钢管排桩的抗滑支挡的机理为桩土复合结构抗滑作用和注浆加固作用，起到类似抗滑桩的作用，并可对滑带土起到一定的加固作用。

4)钢管排桩设计采取的是强梁弱桩的原理，利用桩顶联系梁可将小直径桩连接成支护体系。

5)从目前看，钢管排桩在滑坡应急治理起到了良好的社会和经济效益。作为一种临时支护工程手段，其应用还将日益广泛。

[1] 严君凤.小口径钢管组合桩在滑坡应急抢险中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2008(7):41-43.

[2] 刘永明.小直径钢管排桩抗滑机理分析及计算理论[D].成都：西南交通大学，2008.

[3] 米志健.小直径钢管排桩在滑坡治理中的应用与研究[J].工程与建设，2011,25(5):670-673.

[4] 张建明.滑坡治理方法优选分析[J].山西建筑，2013，39(20)：54-55.

[5] 黄晓华.公路边坡病害治理的轻型支挡结构[J].重庆交通大学学报，1999,18(3):90-94.

[6] 张 琦，杜 毅.巢湖市北外环滑坡破坏机理分析及防治措施[J].岩土工程学报，1992,14(3):9-13.

The application of steel pipe pile in landslide emergency rescue

CHEN Jian-jun ZHAO Chang-gui

(SichuanShutongGeotechnicalEngineeringCompany,Chengdu610081,China)

This paper simply described the treatment difficulties of landslide emergency rescue engineering, analyzed the features of steel pipe pile fast construction, flexible layout, higher supporting and protecting force, according to the anti sliding principle of pipe pile, discussed in detail the application of steel pipe pile in a landslide emergency rescue, the result showed that the put into use of steel pipe pile improved the landslide stability, provided security safeguard for landslide treatment.

landslide, emergency disposal, steel pipe pile, soil strength, design

1009-6825(2014)30-0086-03

2014-08-04

陈建君(1983- )，男，硕士，工程师； 赵昌贵(1983- )，男，硕士，工程师

TU473.13

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