采用格构式微型钢管桩处理基坑边浅层填土滑坡设计案例

张玉鹏

中铁大桥局集团武汉地产有限公司（430012）

采用格构式微型钢管桩处理基坑边浅层填土滑坡设计案例

张玉鹏

中铁大桥局集团武汉地产有限公司（430012）

武汉市某基坑边填土边坡发生蠕滑，由于周边分布有建筑物、配电房等，大型设备无法施工，采用高压旋喷桩加固结合格构式微型钢管桩进行应急处理，取得良好的工程效果，相关技术措施可为类似工程提供借鉴。

浅层滑坡；高压旋喷桩；格构式钢管桩

0 引言

基坑土方开挖诱发邻近边坡滑动是工程建设中经常出现的问题。一般说来，因为工程项目地处市区，滑坡往往危及周边城市管网、建筑的安全。

目前，浅层滑坡治理的工程措施，大体上包括4个方面：地下排水工程、削坡减载、反压工程、支挡工程、坡体内部加强[1]。胡伟等[2]在江津浅层土质滑坡坡体后沿开挖拦山堰，结合坡面植被水土保持进行治理，取得良好效果；亓兆伟等[3]基于PLAXIS有限元软件对河北省兴隆县某滑坡工程进行治理设计分析，采取削方减载、坡脚反压、浆砌石挡、土墙支挡相结合的措施，取得成功；陈建君等[4]介绍了利用微型钢管桩群成功进行滑坡抢险加固的工程实例。其中，微型钢管桩群因施工便利、布置灵活、支护力较高等优点，在滑坡治理中得到广泛应用，取得良好的工程效果。

1 微型钢管桩抗滑原理

微型钢管桩一般桩径在70～300 mm，长径比较大，单桩承载能力较小，用于滑坡应急处理时，多采用桩群的方式。

目前，关于微型抗滑桩群的工作原理、受力模式、设计计算理论虽然有许多学者分别从理论研究、数值模拟、室内试验（离心机试验）、现场试验等方面进行了大量研究，也产生了诸如参照传统抗滑桩的设计方法、P-y曲线法、有限元或有限差分等数值分析方法，将微型桩、土视为复合整体而简化为挡土结构进行计算，但由于问题的复杂性，还没有出现得到广泛认可和使用的设计理论和方法[5]，呈现出理论严重滞后于工程实践的情况。

根据目前的工程经验，一般认为微型钢管桩在滑坡治理中的作用主要表现为[6]：

穿过滑面进入稳定地层一定深度的钢管桩，能与滑面共同作用，抵抗滑坡体剩余下滑力；

桩体设置时一般需要进行压力注浆，浆体与周围的松散土层形成一个复合体，提高滑坡体的抗剪强度参数和变形能力，间接改善了滑裂面的抗滑移能力；

滑坡治理中一般采用多排微型抗滑桩，并在桩顶设置连系梁使桩群形成空间钢架体系，桩、土形成空间复合结构共同承担滑坡荷载，从而提高滑坡体的整体稳定性。

鉴于此，本方案设计时，主要根据工程实际情况，从滑坡治理的概念上进行整体把握，参照类似工程建设经验进行设计。

2 工程实例

2.1 工程概况

本工程场地位于湖北省武汉市武昌区，场区地貌单元属垄岗地带。蠕滑边坡位于某在建基坑的阳角上，坡脚即为在建基坑的支护桩桩顶边线，基坑开挖深度10 m，采用钻孔灌注桩加两道锚索，其侧壁土层主要为Q3老黏土和强风化泥岩。

该边坡原为上世纪90年代在坡顶建筑修建住宅楼时，填土整平的院落平坝的陡坎，并砌筑有一道240砖墙为其护面。坡顶分布有一幢6层的住宅楼和一个变电箱,住宅楼为毛石混凝土墩基础，建筑距离坡顶线最近约3.5 m,变电箱尺寸为4 m×2.7 m× 2.0 m，浅基础，位于坡顶右侧。

基坑开挖前，边坡护面墙已经有一定程度的倾斜，建设单位出于安全考虑，对该危墙进行了拆除。受此扰动，边坡发生了蠕滑。滑动体平面上整体呈倒U型，水平横向宽约18.4 m，纵向长约15 m，滑体出口估计在支护桩顶处，滑面深度约6.0 m。因地层蠕滑，6层建筑前的水泥道路裂缝宽度持续扩展，建筑角部地面与结构脱开，变电箱基础与周边地层出现裂缝。该险情直接威胁坡顶6层建筑、配电箱的安全，若发生滑坡，初步估计直接经济损失超过1 000万元。边坡蠕滑现场见图1，周边环境示意见图2。

图1 边坡蠕滑现场照片

图2 蠕滑边坡周边环境图

2.2 抢险加固方案

2.2.1 坡体填土高压旋喷桩加固

治坡先治水是滑坡治理的基本理念[7]。本滑坡涉及的范围较小，平面上纵横不超过19 m，滑面深度不超过6.0 m。为了防止雨水、生活污水等入渗入边坡，进一步降低边坡的稳定性，提高填土的工程力学性质,对滑体整体采用高压旋喷桩进行加固，加固深度按穿过填土进入Q3老黏土层不少于1.5 m控制。这一控制标准，可确保加固范围将潜在滑动面包含在内，以提高边坡的稳定性。

2.2.2 钢管桩布置

微型桩群的设置位置，需要兼顾考虑安全性和经济性两方面因素。根据一般的工程经验，将微型桩群布置在边坡中部附近往往可以获得较大的安全系数[8]。本工程由于滑坡总体平面面积较小，滑体轮廓复杂，周边环境保护要求较高，最终确定在整个滑体内布置微型桩群。

微型桩群的布置需要考虑群桩效应和桩基土塑性挤出两个问题，目前这两个问题均无成熟的计算方法。群桩效应会限制单桩的承载能力的发挥，但是过大的桩间距也不利于微型桩和土共同发挥作用而产生最大的承载能力。Bruce研究表明，侧向受力的微型桩群,当排间距在7～8倍桩径时，可忽略排间的群桩效应,当列间距达3倍桩径时，可忽略列间的群桩效应。排内桩间问题，主要参照滑坡抗滑桩有关设计规范的经验或半经验公式,即垂直于滑动方向的桩的计算宽度B0，按B0=1.5b+0.5（当桩径b≤1 m时）和B0=b+1（当桩径b＞1 m）时取值。本工程选用直径114 mm、厚4 mm的微型钢管桩，滑体内集束式成排布置，共计5排，排距2.5 m。每排由两行钢管桩，排内各钢管桩间距500 mm，排距、桩间距满足规避群桩效应和防止桩间土流动挤出的要求。详细平面布置见图3。需要说明，为避免钢管桩与基坑支护锚索相碰，布置桩位时预留了下部桩锚支护的锚索施工通道。

图3 钢管桩群平面布置图

2.2.3 钢管桩的长度

微型桩群的锚固长度涉及的因素较多，如稳定地层的强度、滑坡推力、桩的刚度、桩前滑体的抗力等，目前普遍的做法基本是参照抗滑桩设计的做法进行考虑。抗滑桩设计时，是按照“传递到滑动面以下地层侧壁应力小于地层的侧向容许抗压强度”来控制。这种做法实际上只能作为确定锚固深度及校核地基强度时的参考。从长期的工程实践来看，对于土层或软质岩层中，1/3～2/5桩长是比较适宜的。本项目滑动边坡的最大高度为6.0 m，其下为基坑桩锚支护结构，因此滑面深度应该在6 m以内。考虑到基坑侧壁土层为Q3老黏土及强风化泥岩，选定微型桩长为9.0 m，嵌固深度不小于3.0 m。

2.2.4 注浆

微型钢管桩群处理滑坡,一般与注浆相结合。注浆的主要目的在于充填钢管桩与土体的孔隙，以确保桩、土复合结构有效形成，以抵抗下滑力。此外，注浆也同时起到加固周边土体和增强微型桩承载能力等作用。本项目采用常用M20水泥砂浆，孔底注浆压力小于0.6 MPa，实施时依据现场情况调整。当孔口周围出现冒浆时,采用低压、浓浆、间歇灌浆方法进行，补注浆2次，确保注浆饱满。

2.2.5 桩顶连梁

在微型钢管桩群顶部设置钢筋混凝土联系梁，将分散的单根桩连接成一个具有水平刚度的整体，形成空间框架结构。这种强梁弱桩的措施，能够协调边坡下滑力在个各桩内的分配，最大限度地发挥承载能力。本项目在桩顶设置格构式联系梁，梁宽截面尺寸0.75 m×0.5 m，C30混凝土，钢管桩锚入梁深度0.4 m，钢筋混凝土保护层厚度不小于35 mm。典型的加固剖面如图4。

设计中，采用Madis有限元软件对加固前后边坡的稳定性进行计算验证。结果表明，加固前边坡抗滑安全系数为0.86，加固后提高到1.37。

图4 微型桩加固治理剖面图

图5 加固前最大剪应变云图

图6 加固后最大剪应变云图

3 治理效果

加固结构支护施工完成后，坡顶水平位移监测速率稳定在1 mm/d以内，18天左右边坡水平位移即完成收敛，最终水平位移累计值为12 mm，说明治理效果良好。6层建筑边水泥地面裂缝宽度大约经历40余天才停止增加，这说明微型钢管桩群支护属于柔性支护，蠕滑边坡内部新的平衡的建立，在坡体内部不同区域之间并不同步，是一个渐进的过程。

4 结语

基坑开挖诱发周边浅层滑坡，是工程建设中常见的问题。由于基坑周边环境条件的限制,传统的抗滑处理方式对这类问题的适用性较差。微型抗滑桩作为一种新型抗滑支挡结构，其施工简便，施工场地要求低,布置灵活,对边坡扰动小,能有效增加滑坡的稳定性，成为处理这类问题的一种良好的方式。

由于目前缺乏微型抗滑桩的工作原理、受力模式、设计计算理论的研究与探讨，该类项目的设计应从概念上进行把握，结合已有的建设经验进行设计，是一种可行的方式。

水是滑坡处理的重点，需要结合具体项目的特点，采取可靠的措施避免水对土体的浸泡、软化。

微型钢管桩群与土体形式桩、土复合结构共同承担下滑力，是目前得到普遍认可的观点。因此，微型钢管桩群设计既要避免群桩效应，又要通过桩顶连梁使其成为具有空间结构的整体，以求最大限度地发挥桩群的承载能力。

微型桩支挡结构属于柔性支挡，滑动边坡新平衡的建立，是一个边坡内部不同部分桩、土变形逐步发展，受力平衡逐步建立的过程，并非各区域同步完成。

[1]王恭先.滑坡防治中的关键技术及其处理方法[J].岩石力学与工程学报,2005,24（21）：3818-3827.

[2]胡伟,吕玉香,等.江津浅层土质滑坡失稳分析与治理[J].地下空间与工程学报,2010,6（增2）：1559-1561.

[3]亓兆伟,付茂盛.某浅层碎石土滑坡稳定性分析及治理措施研究[J].山西建筑,2016,42（13）：77-79.

[4]陈建君,赵昌贵.钢管桩在滑坡应急抢险中的应用[J].山西建筑,2014,40(30)：86-88.

[5]刘凯,刘小丽,苏媛媛.微型抗滑桩的应用发展研究现状[J].岩土力学,2008,28(增刊)：675-679.

[6]贺永强,杨仕教,罗辉,等.基坑滑坡治理中钢管微型桩简化计算方法研究[J].岩土工程学报,2014,36(增2)：174-179.

[7]罗丽娟,赵法锁.滑坡防治工程措施研究现状与应用综述[J].自然灾害学报,2009,18(4)：158-164.

[8]CAI F,UGAI K.Numerical analysisofthe stability ofa slope reinforced with piles[J].Soilsand foundations,2000,40(1)：73 84.