抗滑桩在开州湖特大桥岸坡滑坡加固的应用分析

文/陈元忠

1 问题的提出

滑坡是路基边坡失稳常见的表现形式，斜坡土体或岩体在长期遭受水流冲刷、人工切坡、地下水活动等因素影响后，因受到重力作用而沿软弱面整体或分散向下滑移的病害现象即为滑坡。通常情况下，滑坡是水文地质、地形地貌、人为因素、内外应力等综合作用的结果。一般从两个方面着手改善和解决土体或岩体滑坡失稳：一是减轻或消除地表水、地下水的不利影响；二是改善和优化边坡土体或岩体力学强度性能。常见的防治措施包括排水沟修建、人工植草、预防雨水下渗等降水措施以及削坡减载、挡土墙、抗滑桩、固结灌浆、柔性边坡等改变土体力学强度的工程措施。降水措施的实施主要作用：降低孔隙水及动水压力，尽可能避免边坡土体和岩体溶蚀分解，达到边坡加固和稳定的目的。

长期以来，抗滑桩在岸坡滑坡治理方面的应用日益广泛，抗滑桩桩柱穿过滑坡体深入滑动面以下的滑床稳定层，并主要借助对桩的锚固力，以发挥支挡滑坡体滑动力、平衡滑动体推力、稳定边坡的作用，对于浅层及中厚层滑坡体较为适用[1]。当滑坡体下滑过程受到抗滑桩阻抗，桩前滑体便会达到稳定状态。抗滑桩材料可根据滑体薄厚、实际推力、施工条件、防水要求等，在钢桩、木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩之间进行选择。

2 工程概况

开州湖特大桥位于瓮开高速公路K35～K37 段，横跨洛旺河峡谷，中心桩号为K36+075，全长1257m。桥跨布置为3×30m 现浇连续箱梁+1100m 单跨钢桁梁悬索桥+2×30mT 梁，主桥为1100m 单跨钢桁梁悬索桥，主缆边跨分别为302m 和143m，主缆中跨为1100m，垂跨比1/10。开州湖特大桥开阳岸主塔塔高141m，隧道锚，引桥为先简支后结构连续2×30mT梁，引桥最大墩高30m。开阳岸桥区为0～30m 的堆积体，两侧山嘴为危岩体，坡面陡峻，地质条件差，桩基采用左右承台各20 根长约65m 的摩擦端承桩。项目地处黔北山地，属浅切低山溶蚀、侵蚀地貌类型，场区内存在堆积体、错落体、危岩体等不良地质。开州湖特大桥开阳岸边坡防护工程量大，防护形式多种，施工工序多样，工作面狭窄，涉及多专业、多工种高边坡平行交叉作业，属高空作业，施工工作面小，危险系数及安全防护难度大。

根据地形、地质条件，结合现场补勘及对边坡受力情况的分析，并经多次现场勘察和严谨的方案评审，最终开阳岸边坡采用清载+抗滑桩+锚索+边坡防排水的综合治理方案。抗滑桩孔桩开挖土方直接人工开挖、石方采用人工打眼开炸，除渣采用人工孔底装渣、卷扬机或人力绞架提升出孔的方式除渣，最终孔渣需转运至规定地点。护壁及桩身钢筋采用场外加工房加工成半成品，现场搭设支架下放焊接安装，有条件的地方可采用吊车配合安装；护壁砼及桩身砼均采用拌和站集中拌和，砼运输车运至现场直接灌注。因场地受限，灌车无法直达时，采用天泵配合灌注。

3 施工质量控制要点

3.1 挖孔施工及清渣

主要采用间隔桩进行桩身跳槽开挖，并在开挖后立即浇筑，浇筑7d 后再开挖邻桩。挖孔过程中，必须在桩孔四角吊垂线，以便随时检查孔段垂直度，将孔段截面尺寸及挖深控制在设计范围。终孔后，还应缓慢匀速下放钢筋骨架探孔器，检查实际孔径和垂直度，对于不符合要求的局部区域应予以调整，并将护壁泥浆、桩底残渣及积水等及时清除。此后，尽快按设计要求安排桩心混凝土浇筑，避免孔洞内岩土层遭受污染和软化。

在孔桩开挖口设置两套摇头卷扬机出渣系统，卷扬机所用钢丝绳直径10mm，并配直径50cm、高50cm的圆形提升渣桶，单桩循环出渣量约13m3/循环。孔口外侧比锁口低1.5m，通过提升架将渣桶移动至锁口外的堆渣处倾倒，待达到一定量后由运输车运至指定的弃渣场。

3.2 空气检测

挖孔过程中必须按照规范要求采用气体检测仪经常性检测孔内是否存在有毒有害气体。具体而言，在挖孔施工人员下孔前，必须通过鼓风机吹风的方式更换和净化孔洞内空气，然后再进行空气质量检测，若检测出的CO2实际含量超出0.3%，或是存在其他有毒有害气体超标情况时，必须及时通风；有些有毒有害气体含量虽然未超标，但是施工人员能明显感觉到呼吸不适，此时也应当进行通风处理。采用浅孔松动爆破法及微差毫秒电雷管起爆方式进行孔内岩层爆破，具体应按单孔设计，孔内爆破施工后按25L/s 的风量通风排烟至少15min。

3.3 护壁支护

从桩顶至桩底均需进行护壁施工，桩径3×4m 及2×3m 情况下护壁厚度分别为50cm 和35cm，护壁采用与桩身同标号的C30 混凝土，混凝土设计配合比为水泥∶砂∶碎石∶水∶减水剂=330∶1105∶800∶165∶1.88。为保证开挖施工的安全性，一次浇筑深度应控制在1m以内，并加强护壁钢筋循环长度控制，在护壁钢筋上下预留接缝弯头，以避免护壁钢筋材料发生上下脱节。护壁支护结构的顶锁口必须超出地面线0.3～0.5m，并将钢管埋件预埋在井口，以便于护栏安装。护壁井口防护详见图1。

图1 护壁井口防护图

护壁浆液现浇施工时应通过竹板和木棒插实，并同时使用速凝剂，如果浇筑过程中出现护壁处存在漏水、漏浆、蜂窝等现象，则必须及时疏导、堵塞。完成护壁浆液浇筑，并按要求养护，使其达到初凝状态后拆除内模。

考虑到3×4m 桩径尺寸较大，为保证结构安全，应增设工字钢内撑，并结合治理断面实际情况将滑动面设置在5～15m 的范围。在该范围内设置I14 工字钢“十字架”内衬，以发挥最佳的支撑护壁作用；通过木楔将工字钢内衬端头塞紧，并将∠75×5mm 角钢焊接在上下层之间，使其形成结构完整的桁架体系。

3.4 孔内混凝土浇筑

按照双面焊接的方式焊接桩身垂直纵向筋，并严格控制钢筋搭接长度，尽可能将受拉钢筋设置在桩后靠近山体侧。孔内浇筑的混凝土采用C30 混凝土集中拌制，其设计配比与护壁支护现浇混凝土完全一致。为防止产生施工缝，还应单桩连续浇筑。对于孔底积水厚度不大（小于100mm）的情况，宜采用干法浇筑，即通过串筒或导管将混凝土浆液注入孔内，串筒或导管的底口与混凝土浆液的距离控制在1～2m。如果渗水量增大时，应进行水下混凝土灌注，即将导管设置在孔中央，孔底设置性能良好的隔水混凝土，并对注浆导管进行承压、水密、接头抗拉等性能试验，完全符合要求后灌注施工。

终孔后，由项目部质检人员先进行自检，合格后再报请监理方验孔，检验过程中主要将设计孔径4～6倍的钢筋骨架探孔器匀速缓慢放入检查孔内，并主要检测孔深、孔径、孔位偏差及垂直度等验孔参数，合格无误后再安装孔桩钢筋。

3.5 岸坡稳定性评价

本文主要采用极限平衡法和ABAQUS 有限元法，并结合第三方所得出的监测结果进行岸坡稳定性分析。极限平衡法主要利用安全系数进行岸坡稳定性评价，分析过程和结果较为直观，也最为常用。而有限元法主要采用基于强度折减法理论的ABAQUS 有限元分析软件，通过在外荷载条件不变的情况下，计算岸坡内土体最大抗剪强度和岸坡内外荷载剪应力实际值之比，即折减后抗剪强度参数值，以进行岸坡稳定性评价。本工程委托中铁西北科学研究院有限公司进行开州湖特大桥开阳岸岸坡稳定性的自动化监测预警，第三方提供的各段高边坡监测工程量设计详见表1。

根据开州湖特大桥岸坡加抗滑桩强度折减后岸坡塑性区有限元模拟结果可知，抗滑桩施工前岸坡土体强度折减后，土体塑性区边坡左侧存在明显的滑动带；抗滑桩施工后使原岸坡土体受力性能改变，岸坡土体强度折减使得抗滑桩一侧塑性区遭到阻断，边坡稳定性提升。抗滑桩施工前岸坡土体安全系数2.3，施工后安全系数提高至2.7。

4 结语

开州湖特大桥岸坡滑坡加固治理中主要采用抗滑桩方案，清载、锚索、边坡防排水措施为辅助方法。该边坡加固治理至今已逾两年，对岸坡滑坡体及抗滑桩桩体位移监测结果显示，该特大桥岸坡滑坡变形体已经得到了有效治理。工程应用结果表明，抗滑桩设计计算必须基于一定的假设条件，并在设计阶段将此类假设所引起的误差控制在规范所要求的范围内，以保证工程治理方案的合理可行。此外，对于大型滑坡体的治理必须加强过程及结果监测，以便根据施工中所发现的问题及时调整设计和施工方案，保证岸坡滑坡加固治理效果。