微型金属桩在某牵引式顺层地质灾害治理中的应用

代思学

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局六总队，贵州 凯里 556000）

据受力形式的不同，将滑坡分为推移式滑坡和牵引式滑坡两类。其中牵引式滑坡往往表现为坡体前缘临空条件较好，或受工程活动开挖、水位升降等外部因素影响，坡体前缘先发生变形，使中后部坡体失去支撑而产生变形滑动或裂缝，由此产生逐级后退变形，也称渐进后退式滑坡。在工程建设中，由于土层厚度大，进行坡体切脚而导致牵引式滑坡的事故时有发生。鉴于此，对牵引式滑坡的形成机理和加固处置研究极具重要价值。

1 滑坡概况

某安置区南东侧发生局部滑坡，主滑方向为121°，滑坡所处斜坡中下部，后缘自然坡度较缓，在10°～30°之间。在对安置区进行场坪开挖时，致使边坡前缘临空，坡度在40°～60°左右。修筑的护脚墙未能起到支挡效果，开挖形成的边坡未进行坡面封闭，并未采取有效截排水措施，表层土体结构松散，极易富集地表水体，遭受暴雨或持续降雨气候，土体吸水饱和，加上前缘发育的顺向岩层，牵引后缘土体出现开裂缝，随着雨量的加剧入渗，岩土体力学性能降低，达到边坡下滑极限状态，最终形成滑坡灾害。

场区内土层为第四系残坡积层（Qel+dl）含碎石粘土，下伏岩层为青白口系隆里组（Qbl）粉砂质板岩，土层集中分布于滑坡体上，下伏岩层为强、中风粉砂质化板岩，强风化岩体裂隙较发育，岩石较破碎，遇水易软化，中风化层岩石较完整、较坚硬；安置区距区域性北西向锦屏断层北西约3km，区内岩层单斜，岩层产状：161°∠27°，与区内坡向形成斜交顺向关系；区内河流为呈西北向东南迳流的小江河，场地北东侧距小江河约300m，小江河水位及流量受季节性控制，属雨源型河流，滑坡坡脚比场地外小江河历史最高洪水位高出约57m，区内地下水以大气降水补给为主，地下水迳、排方向与滑坡方向基本一致，总体由西向东迳流。

2 滑坡基本特征、成因机制及发展趋势

2.1 边界条件、形态及规模

2.1.1 滑坡边界

经调绘，滑坡表现为后缘可见两条地表开裂缝，缝L1呈南西、南东向展布，长约80m，宽5cm～20cm，最大可见深度约15cm；缝L2呈南东向，长约27m，缝宽3cm～10cm，最大可见深度约9cm，裂缝上宽下窄，呈“V”字形尖灭。滑坡前缘以底部内侧挡墙为界，后缘以外侧裂缝为界，左翼以北东向裂缝为界，右翼以北西向裂缝为界。

2.1.2 滑坡形态及规模

经地面开裂缝调查及钻探揭露，滑坡体在平面上呈“围椅”状，滑坡前缘坡度在40°～60°之间，后缘坡度在10°～30°左右；前缘横宽约60m，后缘横宽约55m，纵长平距约35m，滑体均厚约5m，滑体方量为1.0×104m3，属牵引式小型浅层顺向岩质滑坡。

2.2 影响因素及形成机制

2.2.1 影响因素

本滑坡成因与地形地貌、岩土组构、工程活动及降雨等因素密切相关[1]。

滑坡区属山麓斜坡堆积地貌，地势整体北西高南东低，滑坡后缘最高点位于南西侧滑坡顶，海拔高程362.21m，滑坡前缘最低位于滑坡南东侧开挖场坪处，海拔高程341.26m，相对高差20.95m。开挖后形成前缘较陡后缘较缓的滑坡有利地形。

据调查及钻探，滑体物质主要为强风化粉砂质板岩，结构松散状，含水率较高，裂隙较发育，遇水易软化，上部多呈半岩半土状，结构破碎，且为斜交顺向坡，为滑坡的形成提供了有利物源。

因安置区建设场坪时，对坡体进行开挖切脚，致使前缘临空而牵引后缘拉裂，加之岩层顺向，为滑坡的形成提供了足够的应力释放空间，是滑坡形成的主因。

由于表层土体较松散，增加了降雨的入渗速率，受降雨的影响，滑体重度增大，坡体抗剪强度降低，水体易沿开裂缝入渗并软化顺层滑移面，使其抗剪强度大大降低，促使坡体自稳能力降低，是滑坡形成的诱因。

2.2.2 形成机制

滑坡变形主因为安置区建设对坡体进行开挖切脚，切坡后下部挡墙后未进行回填压实，且使边坡前缘存在足够的应力释放空间而牵引后缘强风化软弱顺层面滑移，导致后缘坡体形成开裂缝并不断加深、展宽，滑坡两翼出现断续剪切裂缝[2]，加之上覆土体透水性好，结构松散，且遭受长持降雨，水体从地表和开裂缝入渗土体，下渗至下伏顺层滑移带，使滑移带岩体力学性能降低，拉张裂缝和剪切裂缝渐渐连通贯穿从而导致滑坡。

2.3 发展趋势

据调绘及航空摄影，目前滑坡体后缘已形成开裂缝，前缘开挖形成了高陡临空面，整个滑坡体处于蠕滑变形阶段，现状条件下边坡处于基本稳定状态，在暴雨或长持降雨条件下处于欠稳定状态，任其不断发展，可能造成滑体整体下滑乃至大范围滑坡。

3 钢管桩结构设计与加固效果评析

3.1 滑坡稳定性分析与评价

3.1.1 定性分析

据工程地调与钻探，由上述分析，结合滑坡现状变形迹象研判，因整个滑坡体上覆土层结构松散且极易饱水，强风层裂隙发育，水体极易沿裂缝下渗至强风化破碎带，为滑坡创造了有利的滑移面。为此，自然工况下滑坡处于基本稳定状态；暴雨或长持降雨条件下，滑坡处于欠稳定状态。

3.1.2 定量计算

定量计算采用传递系数法对边坡稳定性进行分析并用简化Bishop法进行验证[3]。滑坡工况Ⅰ为自重（天然状态）条件；工况Ⅱ为暴雨（饱和状态）条件。平面滑动面计算模型如下（图1）。

图1 计算模型图

滑面计算参数采用实验法结合工程类比法进行确定，主要岩土参数建议取值如下（表1）。

表1 岩土参数取值建议表

滑坡稳定性由：

进行计算，选取最危险1-1′断面，综上对滑坡体的定量计算得出在工况Ⅰ条件下Fs=1.24，处于基本稳定状态；工况Ⅱ条件下Fs=1.02，处于欠稳定状态。

3.2 钢管桩设计及验算

3.2.1 桩后土压力计算

表2 1-1′断面设桩土压力计算表

由以上计算结果可知，设桩处推力采用侧压力Ea=182.45KN/m。

3.2.2 桩前锚固段被动土压力计算

表3 钢管桩嵌固段被动土压力计算表

故钢管桩嵌固段6m满足要求。

3.2.3 钢管桩弯矩、剪力计算

钢管桩设置为3排，间距1.0m、排距1.0m，承担全部主动土压力为182.45kN/m，钢管桩弯矩、剪力采用连续梁进行计算，其计算结果如下（表4）。

表4 1-1′断面前排桩桩身内力计算结果表

经上计算可知，钢管桩最大剪力Q为119.7kN，位于桩滑面及嵌固面，最大弯矩M为359.1kN.m，位于桩滑面及嵌固面。

3.2.4 截面尺寸验算

单桩截面尺寸验算：

圆形截面支护桩的截面承载力可用截面宽度为1.76倍r和截面高度为1.6倍r的矩形截面代替圆形截面后，并对矩形截面斜截面承载力的规定进行计算。取钢管桩桩径为130mm，其中b=1.76×r=114.4mm；h0=1.6×r=104mm；单桩截面承受剪力V=0.25βcfcbh0=42.53kN；则每延米单元须包含钢管桩数n=119.7/42.53=2.8，取n=3。钢管桩间距为1.0×1.0m，须布置3排桩，呈梅花形布置，计算结果如下（表5）。故每个单元钢管桩综合截面能够承受剪力V组合=42.53×n=127.59＞119.7KN。

表5 钢管桩计算结果表

3.3 加固效果评析

滑坡采用桩径为130mm、桩长12m、桩间距1m、壁厚5mm、管径为89mm的3排钢管桩进行支护，钢管呈梅花形布设，桩孔及下管结束后，在桩孔内采用YXZ-50A的全液压锚固钻机进行钻探并喷射C30混凝土浇筑[4]，钢管桩最大抗弯矩359.1kN.m，最佳桩间距为1m，嵌固段为6m，此工况下抗滑安全系数为1.48，满足设计要求。

钢管桩在牵引式顺层滑坡应用中具有刚度强、易施工、开挖少、抗水平荷载效果好及抗弯能力强等多重优势，在工程抗滑中得到广泛应用，在各类土层中成桩可行，若遇较坚硬岩层，桩体也能被有效打入并达到适宜位置。即便遇起伏较大的持力层，桩体也能被有效打设到位，普遍适用于第四系覆盖层相对较浅、持力层基本能满足嵌固要求的岩层中，若操作得当，桩体得到有效打入，将能促成单桩承载性能好的力学优势，抗震效果也能得到有效发挥。缺陷在于其抗腐蚀性较差，进而影响了桩体本身的耐久性；但与抗滑桩施工工艺相比，施工难度较低、周期相对较短，还具有造价较低等优势[5]。

4 结论

（1）钢管桩架构整体抗倾覆较强，其本身形成的抗滑力偶可抵抗下滑力，因其刚性节点的存在，整体增加了钢架的抗倾覆能力。

（2）钢管桩结构充分发挥了超静定架构刚度较强的优势，在牵引式滑坡加固应用中凸显出较强的抗滑效果。

（3）所采用的滑坡推力计算和钢管桩架构抗倾覆力计算方法可行，但结构面参数取值略趋于保守，源于对滑面取样分析时未能精准筛选出滑带物质，将在今后的实际工作中加深探索、加强研究。

（4）所应用采取3排钢管桩进行抗滑加固的方法适用于成桩具刚性支撑的地层，在地层偏压的牵引式顺层滑坡治理中经济可行，支护效果尤为明显。