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微型組合抗滑樁在青海西久公路某滑坡防治中的應(yīng)用

2014-07-13 11:14
鉆探工程 2014年5期
關(guān)鍵詞:抗滑樁錨索漿液

郭 輝

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司,陜西 西安 710077)

0 引言

微型樁(micropile),又稱樹(shù)根樁(root piles)或小樁(minipile),一般是指樁徑在70~300 mm,長(zhǎng)徑比大于30,采用鉆孔、強(qiáng)配筋和壓力注漿工藝施工的灌注樁。微型樁是由意大利的Lizzi在20世紀(jì)50年代提出的,最初的目的是為了加固歷史性的建筑物基礎(chǔ),20世紀(jì)80年代以后迅速發(fā)展,其應(yīng)用范圍不再局限于傳統(tǒng)的地基加固和基礎(chǔ)糾偏,還被越來(lái)越多地應(yīng)用到邊坡加固和滑坡治理工程中[1~3],國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這些方面做了相關(guān)的理論及試驗(yàn)研究[4~7],都驗(yàn)證了微型樁用于滑坡及邊坡防治工程的可行性和有效性。

微型組合抗滑樁是將多根微型樁按照一定的排布形式組合起來(lái)用于滑坡及邊坡治理的抗滑結(jié)構(gòu)。已有工程經(jīng)驗(yàn)及理論研究表明,與傳統(tǒng)大型抗滑樁相比,微型組合抗滑樁具有場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)滑體擾動(dòng)小、施工速度快等優(yōu)點(diǎn),并能充分展現(xiàn)其改良滑帶土以及與地質(zhì)體有效組合去適應(yīng)不良工程地質(zhì)環(huán)境的優(yōu)勢(shì),現(xiàn)已逐漸在滑坡防治中得到了廣泛應(yīng)用,并取得了較好的效果。

本文以青海省西久公路某滑坡為例,介紹微型組合抗滑樁結(jié)合其它措施治理滑坡的防治效果,理論研究和實(shí)際應(yīng)用均表明,綜合方案發(fā)揮了良好的加固作用。

1 工程概況

1.1 滑坡的空間形態(tài)及基本成因

青海省西久公路某滑坡為礫巖順層滑坡,巖性為紫紅色礫巖夾砂巖,節(jié)理構(gòu)造發(fā)育、巖體較破碎、巖塊強(qiáng)度較高。淺層發(fā)育次級(jí)滑坡,滑坡體為上覆第四系松散覆蓋層?;潞缶壘嚯x公路中線約95 m,前緣位于公路下方,距離公路中線約35 m,滑坡長(zhǎng)約130 m,沿線路寬約90 m。淺層滑體深度5 m左右,深層深為10 m,深層滑體體積約為10.5×104m3,淺層滑體體積約為2.4×104m3。

該滑坡與坡面走向基本平行,坡度50°~80°,公路線路從山坡中部通過(guò),上下坡面植被主要為高山草甸,開(kāi)挖面巖石裸露。

2007年8月路基開(kāi)挖時(shí),引起老滑坡局部復(fù)活。加之該地區(qū)6~8月份雨季經(jīng)常出現(xiàn)暴雨,坡體雨水排泄不暢,沿節(jié)理裂隙入滲到滑面,產(chǎn)生靜水壓力并且軟化結(jié)構(gòu)面,是滑坡滑動(dòng)的另一誘因。

1.2 滑坡穩(wěn)定性分析

滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算采用傳遞系數(shù)法,考慮到一般、暴雨及地震3種工況進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218-2006)以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范,滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)取1.15,在地震+暴雨工況下安全系數(shù)取1.05;綜合考慮滑坡體在未來(lái)?xiàng)l件下的營(yíng)運(yùn)狀況,穩(wěn)定性計(jì)算取值及結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果表

2 治理方案

由于滑坡體主要為順層破碎礫巖,巖質(zhì)堅(jiān)硬,且在公路上檔地形較陡,故不宜采用刷方減載和大方量開(kāi)挖的大型抗滑樁??紤]到施工工期和現(xiàn)場(chǎng)地形條件限制,提出坡腳采用微型組合抗滑樁結(jié)合錨拉式框架梁加固并使用仰斜排水孔的綜合治理措施,具體的滑坡治理工程措施如圖1所示。

圖1 滑坡治理工程措施示意圖

2.1 微型組合抗滑樁

微型樁的布設(shè)形式如圖2所示,靠山側(cè)坡腳處設(shè)置一排微型組合抗滑樁,樁長(zhǎng)17 m,每15根微型樁為一組。每根微型樁由3×25 mm螺紋鋼組成,樁間距650 m×750 mm,樁徑150 mm,每組微型抗滑樁樁頂以承臺(tái)聯(lián)系,承臺(tái)尺寸為3 m×2 m,承臺(tái)間距4 m,共32組,承臺(tái)之間由300 mm厚C25砼擋土板連接。

圖2 微型組合抗滑樁布置示意圖

2.2 錨索框架梁

承臺(tái)之上設(shè)置錨索框架梁,框架梁節(jié)點(diǎn)處設(shè)置一根錨索,錨索為7×15.24 mm的預(yù)應(yīng)力錨索,長(zhǎng)度為17 m,錨固段長(zhǎng)度為8 m。

2.3 仰斜排水孔

3 治理方案分析

該滑坡治理中采用了多種加固措施,設(shè)置在巖土體上的加固結(jié)構(gòu)與滑坡巖土體共同構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的抗滑體系。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn),本文只分析微型組合抗滑樁對(duì)滑坡的加固效果及其加固原理。

3.1 壓力注漿

通過(guò)微型樁鉆孔進(jìn)行壓力注漿能夠有效地改善滑體及滑動(dòng)面巖土體物理力學(xué)性質(zhì)。該滑坡為礫巖順層滑坡,巖體破碎,節(jié)理發(fā)育。當(dāng)進(jìn)行壓力注漿時(shí),漿液在壓力水頭作用下通過(guò)滲透、充填、擠壓、粘聚等形式進(jìn)入巖體節(jié)理裂隙和滑坡滑面,包裹裂隙充填物并與之發(fā)生膠結(jié)作用,形成新的具有更高強(qiáng)度的膠結(jié)體,增強(qiáng)了裂隙介質(zhì)的強(qiáng)度和剛度;同時(shí)漿液與節(jié)理裂隙上、下盤(pán)巖體以及滑床與滑體巖體發(fā)生膠結(jié)作用,增加了破碎巖體的完整性,從而提高了滑體巖體的整體強(qiáng)度以及滑面的抗滑力。與此同時(shí),進(jìn)入節(jié)理裂隙以及滑面的漿液與裂隙水發(fā)生水化反應(yīng),也進(jìn)一步阻塞了地表水入滲的通道。

壓力注漿對(duì)巖土體的改性效果可以通過(guò)粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ的變化值反映出來(lái),張友葩等[8]人研究了注漿對(duì)巖土體c、φ值改變程度,設(shè)注漿對(duì)巖土體粘聚力和內(nèi)摩擦角的提高值分別為Δc和Δφ,則由計(jì)算得出:

式中:η——漿液注入率,即注入漿液與巖體體積之比;cg、cs——分別為注漿體和巖土體的粘聚力;φg、φs——分別為注漿體和巖土體的內(nèi)摩擦角;kc、kφ——分別為巖土體與漿液相互作用而引起粘聚力和內(nèi)摩擦角變化的系數(shù),可由室內(nèi)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲得。

由此可計(jì)算出注漿后土體的實(shí)際屈服函數(shù),并可計(jì)算出巖土體的屈服包絡(luò)線(如圖3所示)。圖3可以反映出,巖土體介質(zhì)經(jīng)過(guò)注漿作用后,其粘聚力和內(nèi)摩擦角都會(huì)有不同程度的提高,其中粘聚力的提高幅度較大。在注漿過(guò)程中,漿液可以通過(guò)滲透、壓密、劈裂以及與巖土體的相互作用,改善巖土體的性能,較大程度地提高巖土體的自穩(wěn)定能力。

圖3 Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則

此外,施工過(guò)程中使用良好的注漿工藝是保證注漿效果的關(guān)鍵,本工程嚴(yán)格按照如下步驟施工:鉆孔—清孔—下鋼筋籠—封孔—注漿。

3.2 微型組合抗滑樁樁土效應(yīng)分析

馮君等[6]將常用的微型樁布置結(jié)構(gòu)分為如下3類:獨(dú)立微型樁體系,平面剛架微型樁體系,空間剛架微型樁體系?,F(xiàn)有研究表明,空間剛架微型樁體系對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的滑坡治理效果更好。該滑坡治理方案中采用了微型樁橫縱按3 m×5 m布置的空間桁架微型樁體系,樁頂采用矩形承臺(tái)連接為一體。同時(shí)考慮,組合樁注入漿液將樁體與樁周巖土體連接為一體,從而形成一種樁與樁間被加固巖土體的復(fù)合型結(jié)構(gòu),這種復(fù)合型結(jié)構(gòu)對(duì)滑坡的加固效果遠(yuǎn)大于微型樁之間簡(jiǎn)單的疊加,在承受水平荷載時(shí),樁與巖土體共同作用抵抗剪切和彎曲,每根樁的性能和同樣條件下的獨(dú)立單樁的性質(zhì)是不一樣的,這就是樁-土(巖)效應(yīng)。

這種考慮注漿連接效應(yīng)的空間剛架微型樁體系對(duì)滑坡的治理效果是很顯著的,但是由于目前對(duì)這種綜合體系作用機(jī)理及作用效果的定量研究開(kāi)展緩慢,常采用等效截面法進(jìn)行工程設(shè)計(jì),無(wú)法最大限度地發(fā)揮這種綜合體系的作用,造成不同程度的浪費(fèi)。因此,微型組合抗滑樁治理滑坡的理論研究亟待迅速開(kāi)展,以便為設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

3.3 抗剪穩(wěn)定性驗(yàn)算

本文按滑面抗剪條件對(duì)滑坡治理后的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算[9],微型樁僅有鋼筋提供的抗滑力可按式(3)計(jì)算:

式中:n——微型樁的數(shù)量;[τ]——微型樁鋼筋抗剪強(qiáng)度,普通鋼材的抗拉強(qiáng)度為300 MPa,其對(duì)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度根據(jù)有關(guān)理論可取120 MPa;A——鋼筋的截面積(3×25 mm鋼筋的截面積為1473 mm2)。

對(duì)于由15根微型樁組成的組合抗滑樁,即可由式(3)得出F1=2651 kN。組合樁間距為4 m,分布在每米上的抗剪力為663 kN,可以滿足該滑坡治理需求。

4 施工技術(shù)

本工程的施工順序?yàn)?微型組合抗滑樁→錨索→框架梁→仰斜排水孔。當(dāng)微型樁完成大部分工程量后可以并行其余的工程措施。

先采用跳排方法施工坡腳的微型組合抗滑樁。施工工藝為鉆進(jìn)取土成孔→清孔撈渣→下鋼筋籠→下注漿管并進(jìn)行注漿→孔口溢出濃漿后可填土(邊投邊振搗)→填土至孔成樁結(jié)束,施工應(yīng)由中間向兩側(cè)展開(kāi)。微型樁施工還應(yīng)注意以下施工技術(shù)要求:

(1)微型樁樁位測(cè)放應(yīng)準(zhǔn)確,偏差不得超過(guò)±10 cm。考慮沉渣的影響,鉆孔實(shí)際深度大于設(shè)計(jì)深度0.3 m。

(2)微型樁采用干鉆成孔,禁止水鉆成孔,成孔直徑≮150 mm。

(3)微型樁孔內(nèi)注灰砂比為1∶1(水灰比為0.4~0.5)水泥砂漿,注漿體強(qiáng)度≮20 MPa。

(4)注漿采用從孔底到孔口返漿式注漿,壓力不低于0.4~0.7 MPa,以確??變?nèi)漿液飽滿。并注意二次補(bǔ)漿回灌。

(5)微型樁深度按進(jìn)入基巖下不小于6 m為宜,每段微型樁施工中,至少按2~3孔取心或出渣,對(duì)地層變化、軟弱帶及基巖面深度作現(xiàn)場(chǎng)編錄,以驗(yàn)證設(shè)計(jì)微型樁深度能否達(dá)到要求,并及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。

(6)建議選擇經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)員,在施工中做好地質(zhì)編錄等工作。

(7)15根微型樁為一組合抗滑樁,其頂部做C25鋼筋混凝土承臺(tái)。承臺(tái)尺寸3 m×2 m,微型樁頂部嵌入承臺(tái)長(zhǎng)度不小于承臺(tái)厚度的80%。

5 治理效果

本工程竣工后已經(jīng)歷了2個(gè)雨季的考驗(yàn),經(jīng)過(guò)后期監(jiān)測(cè)表明,滑坡穩(wěn)定性良好,達(dá)到了預(yù)期的治理效果,說(shuō)明本工程采取的治理方案是可行的和有效的。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)本工程實(shí)踐表明,與傳統(tǒng)大型抗滑樁相比,微型樁施工便利、治理滑坡效果明顯且經(jīng)濟(jì)效益顯著。良好的治理效果主要取決于壓力注漿帶來(lái)的巖土體自身穩(wěn)定性的提高和微型組合抗滑樁鋼架結(jié)構(gòu)結(jié)合樁間土形成的樁土體系。

(2)目前微型樁的理論研究已遠(yuǎn)滯后于工程應(yīng)用,致使設(shè)計(jì)中無(wú)規(guī)范參考,使用等效截面法設(shè)計(jì)無(wú)法最大限度地發(fā)揮微型樁體系的作用,同時(shí)造成材料的浪費(fèi)。因此,微型樁治理滑坡的理論研究亟待迅速開(kāi)展,以便為設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

[1] 劉衛(wèi)民,趙冬,蔡慶娥,等.微型樁擋墻在滑坡治理工程中的應(yīng)用[J].巖土工程界,2007,10(2):54 -56.

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