圆形抗滑桩在山区高速公路滑坡处治中的应用

李耀华，叶琼瑶，邓胜强，宋元平

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

广西区北部某高速公路通过山岭重丘区，沿线高边坡较多，工程地质条件复杂，施工期间边坡滑坡等地质灾害频发，对项目施工工期、进度及造价控制影响很大。本文以其中某滑坡处治为例，对圆形抗滑桩在该类滑坡灾害工程处治中的应用进行研究，分析评价其合理性。

1 工程概况

滑坡路段场地工程地质条件较复杂，属古滑坡区，施工过程中已开挖成型准备防护的右侧边坡数次出现小规模滑塌；2016年10月，当地雨水频繁，在多重诱因下，该路段在10月底发生中等规模的新生滑坡，此后滑坡处于缓慢变形状态。

1.1 地形地貌

滑坡路段属剥蚀丘陵地貌，地势略高，地形起伏较大，山体自然坡较陡，坡度约10°～45°。古滑坡范围较大，对应路段长度约80 m，地形较平缓，为灌木林地；路线自古滑坡中下部采用挖方形式通过，左侧为一级挖方边坡，坡率1∶1.5；右侧为两级挖方边坡，滑坡期间两级边坡坡率均为1∶2，最大边坡高度约21.6 m。

1.2 地层岩性

覆盖层：包括第四系人工填土(Qme)、坡洪积第2层(Qdl+pl-2)块石混黏性土、坡洪积第1层(Qdl+pl-1)块石混粉质黏土、残积层(Qel)粉质黏土等，组份杂乱，结构较松散，厚度大小不一。其中人工素填土为公路路基填土，层厚约1.5 m；块石混黏性土为后文新生滑坡堆积体，厚0.8～15.5 m；块石混粉质黏土为后文古滑坡堆积体，下伏于块石混黏性土层，厚3.3～6.5 m；粉质黏土为原状土层，分布于整个山坡，厚0.65～13.4 m。

基岩：为全～中风化泥盆系中统郁江阶(D2y)泥灰岩，其中全风化层厚度1.4～7.6 m，强风化层岩体破碎，厚0.7～14.3 m；中风化层埋深较大，岩体较完整。

1.3 地质构造

滑坡路段处于附近一褶皱向斜构造的影响区，距离某区域性大逆断层约1.5 km。受构造影响，场地基岩裂隙较发育，岩体较破碎，岩层产状为260°∠31°。

1.4 水文地质

场地地表水体主要为山坡东侧的冲沟水，水量随季节变化较大；地下水属潜水，为覆盖层中孔隙水和基岩裂隙水，主要接受大气降水补给，少量为地势较高处冲沟水体补给，沿覆盖层孔隙及基岩裂隙向山脚及低洼处排泄，地下水位较高。

2 滑坡特征及成因机理分析

2.1 滑坡特征

2.1.1 古滑坡

古滑坡范围地形较平缓，在平面上呈脚掌形，后缘依地形起伏呈现出圈椅状地形特征，后侧山坡较陡，前缘斜坡平缓，滑坡舌、滑坡古丘明显，空间上呈现出明显的“上陡下缓”的分布特征，整个滑坡周界较清晰；滑面为紫红色块石土(Qdl+pl-1)与下部褐黄色粉质黏土(Qel)的接触面，最大埋深约18.1 m，处于稳定地下水位以下；滑坡体主要由块石混黏性土(Qdl+pl)组成，成分杂乱；原地表裂缝不明显；剪出口位于对应路段左侧边坡外侧15～23 m处，前缘呈弧形。古滑坡主滑方向长度约157 m，底部宽度约70 m，滑动面积约9 250 m2，平均厚度约12 m，已滑动体积约11.1×104m3(原始地形)，属牵引式中型中层滑坡。

2.1.2 新生滑坡

新生滑坡周界清晰，后缘呈圈椅状，前缘受路基边坡开挖影响呈直线形；后壁处于古滑坡后壁前侧3～8 m位置，两侧边界与古滑坡边界基本一致；滑动剪切破坏带为原古滑坡中上层块石混黏性土底部的黏性土，软～可塑状，厚0.2～0.3 m最大埋深约15.2 m，基本处于稳定地下水位之下。滑坡体主要为块石混黏性土(Qdl+pl-2)，成分杂乱，该层自滑坡体中部向后缘逐渐变薄至尖灭。滑床岩性以下伏原古滑坡堆积体为主，埋深4.76～15.2 m；滑坡区剪切裂缝和拉张裂缝发育，规模大小不一；新生滑坡剪出口位于第1级边坡坡脚位置，与路槽顶标高接近，内侧边坡坡面出现明显滑移变形，原坡脚挡墙分缝处出现较明显的错开现象；新生滑坡主滑方向长度约60～80 m，底部宽度约70 m，滑动面积约5 650 m2，平均厚度约8 m，已滑动体积约4.5×104m3，为在古滑坡基础上因坡脚被切断、路堑边坡失稳坍塌导致的古滑坡的局部复活，属牵引式中型中层滑坡，如图1所示。

图1 场地滑坡平面图(单位：m)

根据滑坡专项勘察期间的监测结果，新生滑坡处于缓慢发展期，而古滑坡则基本稳定状态，未见明显滑移。

2.2 滑坡成因机理分析

本路段古滑坡的形成是地形地貌、岩土体性质、地质构造、地下水、降雨等综合作用的结果，其中不利的地质条件(原始陡坡地形、层间软弱带)为古滑坡的形成提供了物质和空间基础；地质构造(岩体破碎、顺层)是古滑坡形成的地质基础，地下水及强降雨作用是滑坡产生的直接诱因。

在古滑坡的基础上，因工程建设出现人工开挖边坡形成临空面，为新生滑坡体剪出提供了空间条件，而边坡坡体主要由古滑坡的块石混黏性土组成，结构疏松，成分杂乱，雨水易渗入；层间滑带黏性土的强度低，性状差，边坡开挖后经历多次强降雨，在地下水浸泡作用下黏性土层发生软化、泥化，强度急剧降低，进而发生滑动，故其滑动机理可概括为：(1)滑坡体中堆积体成分杂乱，强度不一，特别是其中的黏性土在连续降雨等诱因下，在滞流于其中的地下水间夹浸泡作用下急剧软化、泥化，强度降低，首先发生滑移，从而使上部岩土体失去支撑，稳定性降低，进而牵引上部土层滑动。(2)在建高速公路挖方施工后，形成人工边坡，出现较大临空面，破坏了原有的应力状态。

3 圆形抗滑桩处治方案

根据前文内容，本滑坡处治时应将新生滑坡与古滑坡一同考虑，消除安全隐患和降低滑动风险，并提高路基整体安全稳定性。经综合比选，本滑坡处治拟采用抗滑强支挡结构，同时辅以截排水、填塞地面裂缝等措施的综合处治方案。

考虑到场地滑坡体规模较大，滑面尤其是古滑坡滑面埋深较大，估算滑坡推力也较大，滑坡体成分杂乱，结构松散，加上当时雨水较多，覆盖层遭水浸泡，含水量较大，而地下水位也偏高，新生滑坡尚处于滑移变形期，施工工期紧和单纯人工挖孔施工速度慢且存在较大风险等多方面因素，经综合对比，初步确定采用圆形抗滑桩方案，以机械成孔方式进行施工。该方式相对于人工挖孔施工具有不需泥浆护壁、污染小、成孔速度快、安全性较高、能较好适应地下水丰富及场地复杂环境的优点，如图2所示。

图2 滑塌处治典型断面图(单位：m)

4 圆形抗滑桩处治方案合理性研究

在以往高速公路滑坡灾害处治中，抗滑桩得到了充分的利用，而95%以上为矩形抗滑桩形式，采用圆形抗滑桩的案例较少。究其原因，主要是圆形抗滑桩存在受力性能相对较差、相关计算较为复杂、桩后土拱效应难以形成、桩间土体容易挤出等缺陷。但实际上，圆形抗滑桩在基坑工程、地下工程及市政工程中得到了大量的利用，不少文献[3-5]也对圆形抗滑桩的计算及应用范围进行了探讨，包括公路工程中地形较陡、地下水位较高、松散堆积体等滑坡路段，采用矩形抗滑桩需要进行人工挖孔，施工较为困难，且存在安全风险，也容易延误工期；而选用圆形抗滑桩进行机械成孔施工具有安全、快速、污染小等诸多优点，亦可有效发挥支挡作用。

相对于矩形抗滑桩，圆形抗滑桩受整体截面和装配等条件限制，配筋空间有限，所配置钢筋提供的有效截面惯性矩较小，整体受力性能较差是不争的事实。在此基础上，我们可适当转变思路，在滑坡滑动方向已明确的条件下，通过加强桩身的不均匀配筋来改善其整体和针对性受力，即将受拉钢筋、受压钢筋配置在滑坡滑动方向原中性面的前后两侧，接近垂直于中性面两侧采用构造配筋即可，该方法既能充分利用钢筋混凝土强度又可节约钢筋。

在以往规范中，关于圆形受弯构件正截面承载力验算中均局限于均匀配筋，部分文献[4-6]对圆形抗滑桩非均匀配筋的计算进行了较深入的研究，计算过程较为复杂，不便于手算，故本次计算采用理正岩土软件中的抗滑桩模块进行非均布配筋的方法进行，即在圆截面梁受拉区180°范围与受压局部120°范围采用非均匀配筋的方式，此两范围以外配置构造钢筋，如图3所示。

图3 圆形抗滑桩截面配筋图

图3中1区配置57根φ32 mm的受拉主筋，3根1束，共19束；2区配置38根φ32 mm的受压钢筋，2根1束，共19束；3区为12根φ32 mm的构造钢筋。与矩形抗滑桩配筋不同的是，圆形抗滑桩受压侧也配置较多的钢筋，这是充分利用受压区钢筋的抗压作用，减小受压区截面高度，从而可以减少受拉区配筋，否则受拉区配筋过多，钢筋的净距难以满足规范要求，这类似于双筋矩形截面梁的计算。

本次计算重点与目标为滑坡推力、抗滑桩稳定性(包括截面尺寸、长度、间距等)，其他各岩土层及滑(带)面的物理力学基础参数按勘察报告所推荐参数采用，计算软件为理正岩土计算软件中的抗滑桩模块，计算方法采用“K”法；圆形抗滑桩初拟为全埋入式，桩身采用C30混凝土，桩长按24 m、26 m考虑，桩径2.0 m，并采用φ16 mm的HBR400箍筋进行抗剪，箍筋间距15 cm，抗滑桩锚固段为强～中风化层泥灰岩，要求嵌入中风化岩层2～3 m，主要布设于滑坡范围路中线右侧24 m位置并往两侧适当延长一定距离，桩中心间距取4.0 m，共16根；桩顶设高度1 m的桩间系梁，以增强抗滑桩整体抗滑刚度，计算结果如表1、表2所示。

表1 滑坡推力计算表

表2 圆形抗滑桩配筋验算结果表

注：A类情况为抗滑桩于新生滑坡在非正常工况Ⅰ下K=1.15剩余下滑力情况的验算结果；B类情况为抗滑桩于滑坡按古滑坡滑面在非正常工况Ⅰ下K=1.10剩余下滑力情况的验算结果

计算结果表明，圆形抗滑桩方案的桩径、桩间距、桩长选取合理，钢筋配置经济适宜，整体满足规范要求，是合理可行的。

5 结语

本滑坡处治中圆形抗滑桩共16根，施工完所有

抗滑桩仅用时22 d，时效性十分明显。圆形抗滑桩施工完毕后的监测表明，滑坡已处于稳定状态。截至目前，该路段滑坡综合处治施工已完工近一年时间，期间不但经历了雨季的考验，更是经受了广西百年一遇的降雨考验，现状稳定，表明本套圆形抗滑桩工程处治技术切实可行，其采用非均匀配筋也是科学合理的。本工程实践为今后类似公路边坡滑坡等地质灾害的处治设计提供参考借鉴。

[1]JTG C20-2011，公路工程地质勘察规范[S].

[2]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[3]赵明华.圆形与唤醒挡土桩的配筋计算[J].湖南大学学报，1998(2)：78-82.

[4]陈浩军.钢筋混凝土圆形截面受弯构件正截面配筋计算[J].中南公路工程，2001(3)：41-45.

[5]陈富坚.圆形与环形截面抗滑桩的非均匀配筋计算方法[J].公路交通科技，2006(9)：32-35.

[6]舒海明，王曙光，喻邦江，等.圆形抗滑桩在某煤系地层滑坡治理中的应用[J].交通科技，2013(2)：71-73.