框架式微型桩加固河岸软土边坡效果分析

曾昌海 喻文良

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550081)

微型桩是一种小孔径的钻孔灌注桩，直径小于300 mm，桩内含有加筋体，最早由意大利工程师Lizzi提出[1]。微型桩以其施工快、扰动小、布设位置灵活、工程造价较为适中等优点，在边坡加固等工程中得到工程设计人员的青睐，在“5·12”汶川大地震期间，微型桩被成功应用于边坡抢险。目前业内专家学者对微型桩进行了较为深入的研究，也取得了一系列有价值的成果。冯君等[2]将加固顺层岩质边坡的微型桩体系分为3种类型，并提出了桩-岩土体-桩的相互作用模式和作用力计算分析模型。闫金凯等[3]以黄土为滑坡介质，研究微型桩加固滑坡体的承载机理、受力情况及破坏模式。孔纪名等[4]通过室内模型试验研究了微型桩加固碎石土滑坡的抗滑机理。孙书伟等[5]采用数值分析手段对带承台微型抗滑桩加固单元的加固机理进行了分析。李昌龙等[6-7]计算得出了加筋微型桩的极限抗弯刚度，通过试验对比了不同布置方式下微型桩的受力情况。由以上调研可知，目前微型桩主要应用于道路边坡中，仅有少数工程案例应用于河岸软土边坡[8]，结合微型桩的受力特点及河岸软土边坡的工程特性，可知微型桩在治理此类边坡时有较大应用空间，因此，开展微型桩加固河岸软土边坡研究迫切且必要。

1 工程概况

某市河道综合整治2期工程K0+540-K0+680段边坡位于该市城际铁路与南环线之间，全长140 m。由于该段河道河床淤积，雨季河道排水能力差，存在着较大的安全隐患，因此，需对河道淤泥进行清理，形成底宽30 m、高3.5 m的梯形河道断面，见图1。由于在清淤过程中的过度开挖及左侧河岸35 m处存在较大的堆土体，致使该段河道边坡出现较大的位移，K0+540-K0+580段西侧渠道隆起，隆起约2 m，坡体向渠道中线方向滑移，有明显滑移裂缝，边坡变形情况见图2、图3。

图1 边坡断面设计图

图2 渠底隆起

图3 后缘滑移裂缝

结合破坏特征，初步判定为整体式滑坡。其直接原因为工程活动的堆载超出了土体所能承受的极限，开挖明渠边坡形成临空面，从而出现了沿破坏面整体下滑的现象。滑坡后续状况有待观察。根据以上分析：滑坡目前处发展阶段，滑动面还未完全贯通。隆起区域鼓胀裂缝发育，滑动面随时可能贯通，大面积滑坡随时发生。针对已经出现的滑坡状况，为确保工程安全顺利实施，需尽快对滑坡进行治理。考虑到该段边坡为软土质边坡且推力较小，设计单位建议采用削方(1∶3的坡比)和微型桩(间距1.5 m，直径150 mm，内插3根直径22 mm钢筋)分级支挡相结合的措施进行防护。

2 模拟分析

2.1 模型建立

为准确分析设计单位给定设计方案的加固效果，采用数值模拟技术的方法对该段边坡的加固效果进行模拟分析。该段边坡模型见图4，模型长110 m、宽10 m、高24 m，共计5 804个单元。岩土力学参数见表1。

图4 边坡模型图

表1 岩土体参数表

2.2 模拟结果

本次模拟主要对边坡加固前后、不同加固方法下边坡位移情况进行对比分析。未加固情况下边坡的滑移情况如图5所示，采用多排微型桩(见图6)加固后边坡的滑移情况如图7所示，采用框架式微型桩(见图8)加固后的边坡的滑移情况如图9所示。

图5 未加固工况下边坡滑移云图

图6 多排微型桩布置示意图

图7 多排微型桩加固工况下边坡滑移云图

图8 框架式微型桩布置示意图

图9 框架式微型桩加固工况下边坡滑移云图

由图5可见，未加固时坡体位移量较大，坡体后缘有明显拉裂缝，渠底隆起高度为1.6 m，与现场实际情况基本符合。从图7可以看出，经过2排微型桩加固后，边坡的最大位移量被控制在9 cm以下，边坡后缘下沉拉裂缝及渠底隆起高度减小。从图9可以明显看到边坡在经过框架式微型桩加固后的效果，在框架式微型桩加固工况下，坡体最大位移量被控制在5 cm以下，边坡后缘下沉拉裂缝及渠底隆起高度也有较大幅度减小，边坡基本趋于稳定。经过3种不同工况的对比分析可以看出，框架式微型桩加固时效果最为明显，也从一定程度上反映出框架式加固措施特别是采取框架式支挡结构的空间优越性。

选取2种布置方法中左下角的1根桩对其进行桩身位移和弯矩监测，监测结果如图10、图11所示。从图10、图11可见，在使用多排微型桩加固的情况下，桩身最大位移为7.116 cm，桩身最大弯矩为79.664 kN·m；在使用框架式微型桩加固的情况下，桩身最大位移为4.323 cm，桩身最大弯矩为30.252 kN·m。李昌龙计算出的加筋微型桩的极限抗弯刚度为38.19 kN·m，桩身允许最大位移为5 cm[9]。通过以上分析可知，采用多排桩加固时，桩身弯矩和位移均不满足设计要求，采用框架式加固时桩身弯矩和位移均满足设计要求。可见框架结构在进行抗滑支挡时的优越性。

图10 不同加固工况下微型桩桩身位移

图11 不同加固工况下微型桩桩身弯矩

3 结论

1) 该段滑坡的产生原因为工程活动的堆载超出了土体所能承受的极限，开挖明渠边坡形成临空面，从而出现了沿破坏面整体下滑。

2) 当采用多排微型桩对该段边坡进行加固时，桩身位移较大，桩身弯矩也超过规范要求。当采用框架式微型桩对该段边坡进行加固时，桩身位移与桩身弯矩均满足设计规范要求，且支挡效果明显。与多排微型桩加固方式进行对比可见框架结构在进行抗滑支挡时的优越性。

3) 本文以工程实例对框架式微型桩结构的加固效果加以验证，从加固效果来看框架式微型桩对加固河岸边坡有着显著效果，具有较高的推广价值。鉴于此方法在工程中应用较少的现状，可以在类似工程中适当加以推广。