小直径钻孔灌注桩在河道岸坡加固中的应用研究

邱 超，徐玉亭，杨 蕾，高 健

(南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210000)

于河道岸坡上设置抗滑桩是提高边坡稳定性最简单高效的措施之一。抗滑桩一般采用增大桩体横截面(直径)和材料强度的方法来提高其抗滑能力，然而，大口径的抗滑桩施工设备一般都比较庞大笨重，强烈的机械冲击与震压，常常会影响现有岸坡稳定及周边建筑物安全。其次，大直径钻孔设备对施工场地和搬运条件都有较高的要求，桩位布置和成桩深度也受到诸多限制。无论在什么条件下，大直径钻孔桩的成本一般都较高。

鉴于大直径抗滑桩的上述缺陷，在复杂的现场条件、工程地质和施工地条件下，难以实施，因此，需要提出现场可实施的小直径抗滑桩方案来对岸坡进行加固处理。

1 工程区概况

南京市河西北部地区水系分为两大独立区域，一个是龙江片区，另一个是南湖片区，本次工程主要位于龙江片区。龙江片区内的河道主要有龙江河、龙江东河、里圩河、清江东沟、清江沟、中保河、中保北河、清江北沟、清江南沟，总长约9092m。

龙江东河沿岸为老城区，河道两岸现状均设有二级浆砌石挡墙，于标高5.0m处现有硬质二级平台。根据河道竣工图纸，原河道设计河底高程为2.5m，岸顶高程6.5m，河底及二级平台处每隔5.5m设有毛石砼对撑结构(地笼)，如图1所示。

龙江东河裕顺雅苑段现状挡墙运行多年，二级挡墙墙后地面因小区建设相比原设计加高了约1m，泄水孔也因年久失修堵塞不通，地下水无法顺畅排出，墙后水土压力造成局部挡墙出现轻微位移。根据地勘资料墙后填土多为杂填土，压实不足致部分土体脱空。2019年9月一场降雨过后，裕顺雅苑小区沿河1～5号住宅楼与河道二级挡墙间混凝土地坪出现严重开裂、塌陷现象，其余部分住宅楼与河道间水泥地坪局部有轻微裂缝等险情。地面塌陷同时引起墙后已实施完成的雨污水管道拉裂破坏，雨污水再次渗入墙后土体，进一步加剧了墙后水土压力。另据周边居民反映，因河道挡墙泄水孔堵塞不通，墙后排水不畅，片区局部区域易出现积淹水现象。经现场踏勘，河道一级挡墙暂未出现明显位移、开裂等破坏。鉴于该险情严重威胁到周边居民生命财产安全，并对他们的生产生活产生了影响，亟需采取有效措施消除岸坡可能存在的失稳险情。

2 区域地质概况

根据区域地质资料，工程场地在大地构造上位于扬子断块区下扬子断块内，下扬子断块在新构造运动期以大面积的升降运动为其主要特征，断块内盆地由断陷型转为坳陷型，第四纪以来构造运动微弱，主要表现为缓慢间歇性升降运动。场地内无活动断裂通过，基本没有滑坡、崩塌等不良地质现象，区域上建设场地基本稳定。

根据地勘资料，工程范围内揭露地基土有3层，经钻探揭示，场地在勘探深度范围内所揭示的土层，根据区域地质资料分析对比，按其成因类型及土的性状自上而下可分为：

①杂填土：广泛分布。杂色，场地现状为沥青混凝土路面，厚度0.2～0.4m，杂填土由碎石、砖块及夹粉质粘土等建筑垃圾构成。该层均匀性差，分布不一，工程性质不稳定。厚度3.3m～4.0m左右。

②1淤泥质粉质粘土夹薄层粉土：普遍分布。灰色，饱和，流塑。土质较均匀，夹薄层粉土。微透水。该层局部未揭穿，最大可见厚度22.20m，顶板埋深3.30～4.00m。

②2淤泥质粉质粘土与粉质粘土互层：普遍分布。灰色，饱和，软塑～流塑。淤泥质粉质粘土与粉质粘土互层，土质较均匀，夹少量粉土粉砂。微透水。该层未揭穿，最大可见厚度23.00m，顶板埋深25.50m。

场地地下水为主要为孔隙潜水。赋存于①杂填土层中，②1淤泥质粉质粘土夹薄层粉土层为相对隔水层。勘察期间钻孔地下水初见水位埋深为3.10～3.20m；稳定水位埋深为3.30m，标高▽3.32～▽3.85m。水位标高受河流影响较大，场地地下水水位变化主要受大气降水和外河的影响。

3 加固方案

为消除裕顺雅苑片区龙江东河岸坡存在失稳隐患，并解决因地面开裂塌陷导致的雨污水管破损渗水易造成积淹水等险情，需采取必要的工程措施进行加固处理。

根据对现状河道岸坡稳定计算及现场勘察分析，龙江东河裕顺雅苑段岸坡整体抗滑安全不满足规范要求，现状坡顶填土较高，土质较差，地面开裂塌陷最为严重，拟采用抗滑桩进行岸坡加固处理。

3.1 抗滑桩桩位平面布置

现状河道岸坡为2级直立挡墙，岸顶为居民小区，房屋临河而建，且岸顶地下铺设有雨污水等管线，受场地条件限制，岸顶无法布置抗滑桩。为便于施工，考虑于河道二级平台上采用小直径抗滑桩进行岸坡加固。

根据工程经验，抗滑桩位置考虑放在滑体重心处附近，设计暂按锚固长度不小于2倍滑动面高度，拟定抗滑桩桩长为15m，其中滑面以上约5m，滑面以下约10m，如图2所示。

根据现场施工条件及现有施工技术分析，现场可施打灌注桩直径为0.5m，抗滑桩间距按经验公式d=0.9×(D+1)确定，拟定单排抗滑桩的中心距为1.2m，排距为0.125m。

3.2 抗滑桩横断面设计

龙江东河河底高程为2.5m，河道一级挡墙高2.5m，二级平台高程为5.0m，二级平台后二级挡墙高1.5m，后期小区在原设计河道岸顶高程基础上加高了0.5～0.7m，新建了砖墙结构作为围墙。根据地勘资料，现状地面以下3.7～3.9m为杂填土，河道常水位以下为淤泥质粉质黏土，土质较差、深度较深。

考虑于河道二级平台上设置抗滑桩，桩径0.5m，桩长15m，双排布置，桩顶设冠梁连接。

4 抗滑稳定复核

采用北京理正岩土计算软件分别对原始河道岸坡稳定及设置抗滑桩后河道岸坡稳定进行计算对比分析。

4.1 计算工况

根据岸坡稳定影响因素的分析，考虑岸坡各种不利情况，结合GB 50286—2013《堤防设计规范》要求，确定本次岸坡稳定分析工况见表1。

表1 岸坡稳定计算工况

4.2 现状河道岸坡稳定

因工程段河道断面形式统一，针对河道左岸堤坡选取1个代表性断面进行计算，计算结果见表2。

表2 现状断面抗滑稳定计算结果

从上表计算结果可以看出，现状断面在施工期(如河道干法清淤施工)工况下抗滑稳定安全系数不满足规范要求。

4.3 设置抗滑桩后河道岸坡稳定

因本工程抗滑桩设置于河道一级挡墙后，抗滑桩自身桩顶位移及抗倾覆稳定还需满足相关规范要求，本次计算除采用理正岩土计算软件对加桩后河道整体岸坡抗滑稳定计算外，另采用理正深基坑软件对桩顶位移及抗倾覆稳定进行复核。

4.3.1整体岸坡抗滑稳定

整体岸坡抗滑稳定计算结果见表3。

表3 加桩后断面抗滑稳定计算结果

4.3.2桩顶位移及抗倾覆稳定

因理正深基坑软件无法对梅花形布置的双排桩进行建模，本次采用抗弯刚度等效原则，将梅花形布置的双排桩等效为单排桩进行计算。根据JGJ 94—2019《建筑桩基技术规程》5.7.2-2公式，在桩顶允许水平位移、桩顶水平位移系数等参数不变条件下，等效核算抗弯刚度，而C30混凝土弹性模量E值基本无变化，故通过等效惯性矩进行布桩核算。

根据前述布桩方案，对于中轴线每米抗弯刚度为：

(1)

等效为单排桩后，对于中轴线每米抗弯刚度为：

(2)

式中，拟定单排桩下桩径为0.8m，桩间距为2m。

桩长不变，将该桩型及布置方案在软件中建模后计算结果如图3所示。最大位移4.19mm，满足要求。

图3 内力计算包络图

抗倾覆(对支护底取矩)稳定性验算：

(3)

式中，Mp—被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定，对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值；Ma—主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

(4)

式中，Kov=1.837>=1.200，满足规范抗倾覆要求。

5 结语

本文提出了小直径钻孔灌注桩作为抗滑桩，采用双排梅花形布置形式，有效解决了老城区河道因用地条件及施工条件限制无法实施大直径抗滑桩情况下的岸坡加固问题，经软件计算分析及工程实施完成后运行效果来看，双排梅花形布置的小直径抗滑桩能够达到与单排大直径抗滑桩同样的岸坡加固效果，可为类似条件下滑坡治理提供方案借鉴。