圆形锚索抗滑桩在滑坡治理中的应用

李德宏,张 学，魏少伟

(1.云南省建设投资控股集团有限公司，云南 昆明 674402；2.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

长期以来，抗滑桩作为一种支挡抗滑结构广泛应用于滑坡整治中。早期抗滑桩的设计主要参照桩基的设计推导演变而来。国外发达国家，像日本、美国、意大利等，抗滑工程中基本只采用圆形截面桩[1-2]。我国在滑坡整治工程中的抗滑桩多采用矩形截面，其作用机制、计算方法等比较成熟[3-5],圆形桩使用很少。

近年来，随着经济建设快速发展，一方面，我国施工机械获得长足进步，人力成本也在持续增加；另一方面，我国对工程建设的安全问题更为重视。在这一背景下，高速公路或铁路抗滑工程仍采用人工挖孔的矩形桩，不仅生产成本不低，而且存在较大的安全隐患；而圆形桩大规模推广所需的高度机械化条件也已得到满足。近年来也有少量抗滑工程因工期、安全等原因开始采用圆形抗滑桩。如成都铁路枢纽北环上行线滑坡整治工程、重庆绕城高速南段新滩大桥河堤综合防护工程、西部某煤系地层边坡防护工程等[6-12]。随着我国工业化水平的不断提高，由机械成孔的圆形抗滑桩必然会被越来越多的工程所采用。

本文以香丽高速公路金沙江大桥重力锚碇基坑西侧(K79+917—K80+054段)滑坡整治工程为例，探讨圆形锚索抗滑桩的应用效果。

图1 金沙江大桥重力锚碇基坑西侧滑坡原地貌(2015年12月)

1 工程概况

云南香丽高速公路金沙江大桥丽江岸重力锚碇区属丽江市龙蟠乡长胜村上莫古喜缓坡地带。重力锚碇基坑西侧原为一大型冲沟(见图1)，冲沟两侧存在多处不良地质体，均向该沟谷内堆积，造成沟谷内高低不平，含水丰富。沟内堆积体左侧边界沿中落鱼断层生成，右侧边界位于4#滑坡体(莫古喜2#隧道所处滑坡体)左边的沟谷壁。堆积体宽约100 m，长约300 m，厚约15 m，堆积体体积约45万m3。

堆积体主要为第四系坡洪积粉质黏土含碎石，呈黄黑、褐灰、蓝灰色，碎石成分以深灰、灰黑色板岩为主，可塑～硬塑，土体很湿。下伏基岩为强～中风化三叠系板岩，强风化岩体呈碎石状，绿泥石化强烈，节理裂隙十分发育。中风化岩体为板状构造，绿泥石化和矽卡岩化强烈，局部见石英细脉条带穿插，节理裂隙发育。

沟谷内地下水的类型主要有松散堆积体孔隙水和基岩裂隙水。现场调查发现：沟谷内有大量地下水渗出和泉水冒出；裸露坡面也极为潮湿。从整体地貌看，该沟谷为汇水地形，地下水含量高，导致岩土体整体强度偏低。

重力锚碇基坑西侧边坡即在此沟谷堆积体上开挖，原设计5级坡，高约48 m，每级坡高10 m，坡率1∶0.3～1∶0.5，各级坡均设置锚索框架，锚索长度20～25 m。2016年8月，边坡开挖至3级平台出现大面积垮塌(见图2)，严重危及重力锚碇基坑施工安全，并对整体施工工期造成不利影响。

图2 基坑边坡大面积垮塌(2016年8月)

2 滑坡病害分析

2.1 病害规模与滑面

重力锚碇基坑西侧沟谷走向近NE32°，沟谷上部为铁路隧道施工便道，距重力锚碇基坑底面约70 m。边坡开挖至原设计3级平台处，发生沟谷内堆积体滑坡，滑坡滑动方向NE46°，滑坡宽约120 m，长100 m，滑体厚约15.0 m，体积约14.4万m3。该滑坡主要为堆积体沿基岩顶面滑动，滑面倾角16°(见图3中滑面Ⅰ)。滑体物质主要为碎石土，地下水丰富。随着边坡变形继续发展，可能诱发沿强风化和中风化基岩交界面的潜在滑动，滑体厚21.0 m，体积约20.7万m3。潜在滑面倾角20°(见图3中滑面Ⅱ)。

图3 滑坡地质分析断面Ⅲ-Ⅲ′(单位：m)

2.2 滑动原因

边坡已发生堆积体沿基岩顶面的滑动，滑动原因可归纳为以下几点：

1)地质因素。重力锚碇基坑西侧滑坡原地貌为大型冲沟，沟内覆盖层含水量高，岩土体强度低；下伏强～中风化板岩，覆盖层与基岩交界面易形成相对隔水软弱带。地层岩性与地质构造是滑坡发生的物质基础。

2)降雨因素。该边坡滑动发生在雨季。降雨对边坡稳定性的影响体现在：①地表水入渗降低覆盖层岩土体强度；②地下水软化覆盖层与基岩交界面。降雨是滑坡发生的最主要诱发因素。

3)外界因素。沟谷内块石土多为铁路隧道施工弃渣，对滑坡的发生起到加载作用。

2.3 滑坡推力计算

1)安全系数确定

依据《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)[13]，滑坡推力计算考虑3种工况：

①正常工况。边坡处于天然状态下。

②非正常工况Ⅰ。边坡处于暴雨或连续降雨状态下，即暴雨工况。

③非正常工况Ⅱ。边坡处于地震等荷载作用状态下，即地震工况。

正常工况安全系数K取1.3，非正常工况Ⅰ(暴雨工况)K取1.2；考虑到重力锚碇基坑西侧边坡施工后回填等因素，非正常工况Ⅱ(地震工况)K取1.1。其中，非正常工况Ⅱ为验算工况。

2)抗剪强度指标确定

正常工况：依据勘察报告，正常工况下滑面Ⅰ(覆盖层与基岩交界面)抗剪强度指标黏聚力c=18 kPa，内摩擦角φ=16°；滑面Ⅱ(强风化板岩与中风化板岩交界面)c=24 kPa，φ=21°。

非正常工况Ⅰ：以分析断面 Ⅲ-Ⅲ′(即图3)中的滑面Ⅰ作为反算滑面，反算指标即为饱水状态下结构面抗剪强度指标。依据目前滑动状态，设安全系数K=1.0，反算得出滑面Ⅰ的c=15 kPa，φ=13°。据勘察报告与以往经验，在饱水情况下滑面Ⅱ的c=20 kPa，φ=19°。

非正常工况Ⅱ：抗剪强度指标同正常工况。

3)滑坡推力计算

滑坡推力计算依据的断面为分析断面 Ⅲ-Ⅲ′。

正常工况下K=1.3。经计算得出：滑面Ⅰ的滑坡推力为901.2 kN/m；滑面Ⅱ的滑坡推力为 1 377.6 kN/m。

非正常工况Ⅰ下K=1.2。经计算得出：滑面Ⅰ的滑坡推力为 1 599.9 kN/m；滑面Ⅱ的滑坡推力为 1 784.75 kN/m。

非正常工况Ⅱ下K=1.1。经计算得出：滑面Ⅰ的滑坡推力为 1 601.7 kN/m；滑面Ⅱ的滑坡推力为 1 732.8 kN/m。

综合以上计算成果，以非正常工况Ⅰ的强风化板岩与中风化板岩交界面(滑面Ⅱ)滑坡作为最不利工况，滑坡推力按 1 784.75 kN/m考虑，进行加固工程设计。

3 桩型比选及工程加固措施

3.1 圆形桩与矩形桩比较

基于上述对该工点的分析，对于堆积体滑坡以支挡加固措施最为适合。但在该工点采用常规人工挖孔的矩形桩，面临工期无法满足、施工期人员安全难以保证的突出难题。

在场地满足旋挖钻设备架设条件时，圆形抗滑桩在施工速率方面是人工挖孔的矩形桩所无法比拟的，在施工安全方面，圆形桩往往要表现得比矩形抗滑桩可靠得多。而对于成桩费用，一方面我国施工机械不断进步，另一方面人力成本随我国经济的发展而持续增加，人工挖孔桩在成桩费用方面的优势也越来越小。综合来看，旋挖法成孔的圆形抗滑桩取代人工挖孔的矩形桩是发展趋势。本项目最终采用圆形桩作为主要支挡措施。

3.2 工程加固措施

滑坡加固以抗滑桩支挡工程为主，为保证边坡整体稳定，设置2排抗滑桩。下面一排抗滑桩设置在原设计边坡2级平台，共22根。桩深入到基坑坑底以下10 m或稳定地层以下一定深度。桩采用φ2 500 mm或φ1 500 mm 2种旋挖桩型，桩长20.0～45.0 m，桩间距5.0 m。桩顶以下1.0，5.0，9.0，13.0，17.0 m设置5φ15.2 mm预应力锚索，每排设置2根或1根。设置2根锚索时锚索分别位于抗滑桩两端；设置1根锚索时锚索位于两桩中间位置，以限制抗滑桩变形。所有锚索均设置在腰梁上，腰梁高0.50 m，厚0.45 m。锚索设计荷载为600 kN/根。上面一排抗滑桩设置在滑坡体中部，共18根，桩深入到基坑坑底以下10 m或稳定地层以下一定深度。桩采用φ1 500 mm旋挖桩型，桩长20.0～35.0 m，桩间距5.0 m。工程措施参见图3。

为了解决预应力锚索在圆形抗滑桩上的安装问题，将锚索设置在抗滑桩桩身的腰梁上(如图4所示)，通过腰梁将锚索锚固力传递至抗滑桩桩身，形成圆形锚索抗滑桩。

对于下面一排圆形锚索抗滑桩的施工，在施工前应首先在桩位进行反压回填，保证地面与桩顶齐平。在施工过程中应重点做好区内截排水工作，同时加强边坡内出水点的疏干排泄，确保边坡稳定与基坑施工安全。抗滑桩施工完成后，开挖桩前土体进行喷锚防护，并逐排施工腰梁与锚索。锚索张拉应依据监测结果合理调整。

4 结论

1)与传统的矩形抗滑桩相比，圆形抗滑桩在缩短施工工期、保证施工安全等方面有明显的优势。

2)通过在圆形抗滑桩桩身设置腰梁的方式解决了预应力锚索在圆形抗滑桩上的安装问题，形成圆形锚索抗滑桩结构，可抵御更大滑坡推力。

3)本次采用圆形锚索抗滑桩治理滑坡为类似工程提供了一种全新的思路。圆形锚索抗滑桩是一种值得推广的治理措施。

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