■薛承鵬

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004）

微型鋼管樁是一種新型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)在于使用范圍廣、施工工期短、穩(wěn)固效果較為明顯[1-3]等，尤其是一些較為狹窄、地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜的施工場地常采用此類支護(hù)。 本文以某服務(wù)區(qū)邊坡治理工程為依托，闡述微型鋼管樁抗滑機(jī)理，對(duì)項(xiàng)目工程地形地質(zhì)條件、病害原因進(jìn)行分析，采用微型鋼管樁支護(hù)方案治理邊坡，以期為同類邊坡工程提供參考。

1 微型鋼管樁抗滑機(jī)理

微型鋼管樁邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)是利用鋼管樁與注漿體相結(jié)合的一種支護(hù)方式，其在邊坡治理過程中常具有以下特點(diǎn)[4-8]：（1）微型鋼管樁布置呈現(xiàn)排列形式，具有框架結(jié)構(gòu)特性，樁與樁之間排列緊密，間距小。 樁基嵌入巖土穩(wěn)定層，微型鋼管樁頂部用梁將其連接固定， 微型鋼管樁同巖土體組成一個(gè)整體，共同承擔(dān)來自邊坡自身的荷載作用；（2）微型鋼管樁加固邊坡利用水泥注漿的方式將水泥漿與巖土體充分混合，使得微型鋼管樁周圍巖土體密實(shí)度增大，提升邊坡中滑體、滑帶和滑床的力學(xué)特性，從而增大邊坡巖土體的抗剪強(qiáng)度，以達(dá)到增強(qiáng)微型鋼管樁支護(hù)邊坡區(qū)域穩(wěn)定性的目的。

2 工程概況

2.1 地形地質(zhì)分析

受持續(xù)強(qiáng)降雨影響，某服務(wù)區(qū)左區(qū)外側(cè)下方4 處總長約105 m 天然邊坡發(fā)生表層滑塌，橫向溜塌范圍延伸至下方地方道路，其中左區(qū)綜合主樓為擴(kuò)大基礎(chǔ)，與溜方邊緣僅5 m，存在山體坡面進(jìn)一步溜塌并牽引服務(wù)區(qū)場地及建筑物變形、開裂的隱患。地質(zhì)橫斷面圖及現(xiàn)場情況見圖1～3。

圖1 地質(zhì)橫斷面圖

圖2 場地平面圖

圖3 左區(qū)下邊坡滑塌

（1）地形地貌

場區(qū)屬低山丘陵夾沖洪積溝谷地貌，地勢西高東低，地形起伏。 左區(qū)以挖方為主，按設(shè)計(jì)標(biāo)高開挖整平后最大挖方厚度約25 m， 左區(qū)綜合樓外5～15 m處紅線外下部天然邊坡高約40～45 m，坡度約20°～40°。

（2）地質(zhì)情況

根據(jù)服務(wù)區(qū)巖土工程勘察報(bào)告，場區(qū)地層情況從上到下為：①殘積砂質(zhì)粘性土（）：母巖為花崗巖，搖震無反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等；力學(xué)強(qiáng)度一般，屬中等壓縮性土，工程性能一般；②全風(fēng)化花崗巖（）：呈散體狀結(jié)構(gòu)，巖芯呈土狀；壓縮性較低，力學(xué)強(qiáng)度較高；但遇水易軟化崩解、強(qiáng)度降低；③砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（）：巖體極破碎，呈散體狀結(jié)構(gòu)，巖芯呈砂土狀，成分主要由石英、風(fēng)化長石及少許云母組成，其中部分長石已高嶺土化，屬極軟巖；壓縮性較低，力學(xué)強(qiáng)度較高；但遇水易軟化崩解、強(qiáng)度降低；④碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（）：風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，巖芯呈2～8 cm碎塊狀，錘擊聲啞易碎，成分主要由石英、風(fēng)化長石及少許云母組成，屬軟巖；力學(xué)強(qiáng)度較高。 根據(jù)現(xiàn)場原位測試結(jié)果并結(jié)合地區(qū)性建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，各巖土物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 各巖土層物理力學(xué)指標(biāo)

2.2 病害產(chǎn)生的原因

根據(jù)現(xiàn)場勘查并結(jié)合地質(zhì)資料，該處病害產(chǎn)生的原因如下：受持續(xù)強(qiáng)降雨影響，服務(wù)場區(qū)大量地表水通過綜合主樓外側(cè)邊溝幾處泄水口集中排往外側(cè)邊坡， 使邊坡表面土層受水影響自重增加，同時(shí)由于外側(cè)山體地形陡峭， 導(dǎo)致多處邊坡淺層滑塌，場區(qū)邊緣水溝開裂、損毀。

2.3 處置方案比選

由于服務(wù)區(qū)綜合主樓為擴(kuò)大基礎(chǔ)，與溜方邊緣最小距離僅5 m，為防止該段落山體坡面進(jìn)一步溜塌并牽引服務(wù)區(qū)場地及建筑物變形、開裂，根據(jù)現(xiàn)場踏勘并結(jié)合地質(zhì)情況，提出以下2 個(gè)方案進(jìn)行比選。

2.3.1 方案一：坡底支擋及土釘坡面支護(hù)方案

（1）在滑塌邊坡坡底設(shè)置高3 m C20 片石砼支擋，擋墻基坑開挖及擋墻澆筑需跳槽施作；（2）對(duì)發(fā)生溜塌的邊坡進(jìn)行清理，清除表層植物及浮土后拍實(shí)邊坡；（3）溜塌邊坡上施打土釘，土釘間距2.0×2.0 m。 先在設(shè)計(jì)位置處鉆孔，鉆孔孔徑Φ9 cm，再將外徑為Φ50 mm、壁厚5 mm 的無縫鋼管置入孔中，鋼管上鉆4 排出漿孔，鉆孔按間距7.5 cm 交錯(cuò)布置，通過該導(dǎo)管往土體注漿并形成土釘；注漿采用C30 水泥漿液，水灰比0.5∶1，可添加早強(qiáng)劑，注漿壓力1～2 MPa；土釘長度6 m，傾角20°；（4）初噴6 cm厚C20 混凝土，初噴前先將泄水管預(yù)設(shè)好，掛Φ8@10 cm×10 cm 鋼筋網(wǎng)，并噴C20 混凝土至設(shè)計(jì)厚度（20 cm）。 支護(hù)方案見圖4。

圖4 坡底支擋及土釘坡面支護(hù)方案橫斷面

2.3.2 方案二：微型鋼管樁方案

為防止該段落山體陡坡進(jìn)一步溜塌，牽引服務(wù)區(qū)場地及建筑物變形、開裂，于服務(wù)區(qū)場區(qū)外邊緣拆除環(huán)形場地排水溝后施打微型鋼管樁加固 （其中，每處溜塌段落前后各順延5 m），方案橫斷面見圖5；具體方案如下：（1）在溜塌邊坡上方服務(wù)區(qū)場地內(nèi)靠近水溝的位置進(jìn)行混凝土壓頂梁的刻槽施工，頂梁高50 cm，寬230 cm，壓頂梁頂面與原地面齊，梁刻槽后采用厚2～5 cm 的水泥砂漿進(jìn)行基底調(diào)平，遇局部架空采用C30 砼嵌補(bǔ)；（2）微型鋼管樁橫向間距0.75 m，排距1 m，共設(shè)置3 排，呈梅花型布置，鉆孔孔徑Φ15 cm。 由于施打鋼管樁的位置有場地設(shè)置的管線，鋼管樁位置可根據(jù)管線的位置適當(dāng)調(diào)整或改移管線；鋼管樁采用干鉆成孔，樁底需進(jìn)入砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖層；（3）將外徑Φ108 mm 內(nèi)徑Φ96 mm鋼管置入孔內(nèi)，鋼管樁需采用外焊接鋼管的接頭形式進(jìn)行接長，合理安排鋼管樁接頭位置，應(yīng)相互錯(cuò)開，不得設(shè)置在同一水平面上；（4）采用壓力注漿向管內(nèi)灌注C30 水泥砂漿，注漿采用孔底返漿法，注漿壓力1～2 MPa，穩(wěn)壓時(shí)間不小于10～15 min，并注意及時(shí)補(bǔ)漿，至少補(bǔ)漿2～3 次，形成微型樁體；（5）本段落微型鋼管樁施打完成后，為增強(qiáng)微型鋼管樁整體剛度，斜向施打全粘結(jié)型錨桿（間距3 m），并在頂部預(yù)留長度1.2 m 用于與壓頂梁錨固；（6）所有微型鋼管樁施打完成后再行樁頂壓頂梁澆筑，混凝土壓頂梁高50 cm，壓頂梁中部設(shè)置1 層10 cm×10 cmΦ8 mm 鋼筋網(wǎng)，微型鋼管樁頂部與Φ8 mm 鋼筋網(wǎng)采用Φ20 mm 鋼筋焊接；同時(shí)在壓頂梁上設(shè)置排水溝，并將水溝匯水排出滑塌體范圍；（7）對(duì)發(fā)生淺層溜塌的邊坡進(jìn)行清理，清除表層植物及浮土后拍實(shí)邊坡，并采用客土噴播植草（喬）防護(hù)對(duì)坡面進(jìn)行綠化防護(hù)；其中，排水溝外邊緣至坡頂1 m 范圍內(nèi)采用8 cm C20 素砼滿鋪。

圖5 微型鋼管樁方案橫斷面

方案對(duì)比結(jié)果見表2。 因服務(wù)區(qū)在邊坡修復(fù)過程中正常運(yùn)營， 為保證服務(wù)區(qū)綜合主樓使用安全，對(duì)上述2 個(gè)邊坡加固方案的加固效果、 施工難度、施工費(fèi)用及工期進(jìn)行比較，經(jīng)綜合考慮，決定采用微型鋼管樁方案對(duì)邊坡進(jìn)行加固治理。

表2 邊坡治理方案對(duì)比

2.4 邊坡處理前后穩(wěn)定性分析

根據(jù)現(xiàn)場邊坡情況及地質(zhì)資料，利用GE0-SLOPE 軟件對(duì)處理前的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果見圖6， 邊坡處理前邊坡的計(jì)算安全系數(shù)為1.100。 因服務(wù)區(qū)綜合主樓臨近邊坡，按GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》要求，邊坡安全系數(shù)不小于1.35。利用GE0-SLOPE 軟件反算可知，微型鋼管樁需沿最不利滑面施加不小于232 kN 的抗滑力，可使邊坡安全系數(shù)不小于1.35。

圖6 邊坡加固前計(jì)算結(jié)果

微型樁設(shè)計(jì)采用文獻(xiàn)[9]的計(jì)算方法，微型鋼管樁沿滑面的抗剪計(jì)算如下：

其中：Rfa為微型鋼管樁抗滑力，kN； τfa為單樁允許抗剪強(qiáng)度，kN；n 為每m 微型鋼管樁數(shù)量，根；βa為考慮鋼筋彎曲影響的折減系數(shù)；[τg]為微型鋼管樁抗剪強(qiáng)度，kN/cm2；As為鋼管樁橫截面積，cm2；Es、Et為土體及微型鋼管樁的彈性模量，kPa。

本次選用外徑Φ108 mm 內(nèi)徑Φ96 mm 的無縫鍍鋅鋼管為微型鋼管樁的原材料，鋼管抗剪強(qiáng)度[τg]=12 kN/cm2，鋼管樁橫截面積As=19.23 cm2。因微型鋼管樁需提供不小于232 kN 的抗剪力，將公式（1）、（2）代入公式（3）中可知n=2.13，取整n=3，故最終微型鋼管樁每m 布設(shè)數(shù)量為3 根。微型鋼管樁提供的抗滑力為327.4 kN。

利用GE0-SLOPE 軟件對(duì)處理后的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果見圖7。 邊坡處理后計(jì)算安全系數(shù)為1.405，滿足規(guī)范要求。 通過微型鋼管樁進(jìn)行邊坡支護(hù)后，隨著灌注水泥漿的完成，邊坡巖土體逐步穩(wěn)定，且位移變量持續(xù)降低直至趨于穩(wěn)定，說明邊坡支護(hù)措施有效，服務(wù)區(qū)綜合主樓可安全使用。

圖7 邊坡處理后計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)語

服務(wù)區(qū)左區(qū)天然邊坡治理采用微型鋼管樁方案，目前已施工完成近3 年，經(jīng)過位移觀測樁及測斜管監(jiān)測，該處邊坡未發(fā)生位移與變形，說明微型鋼管樁對(duì)該邊坡處理是可行且有效的，可為類似的邊坡治理提供參考。