小型钢管桩在表层土滑层治理中的设计与应用

刘蕾

摘要：在很多高速公路路基边坡顶端及隧道洞口边仰坡顶部均会出现表层土滑坡现象，边坡治理也成为的工程后期养护的重要工作。由于边坡开挖，边坡顶部覆盖层失去原来约束，在边坡土层扰动后的较长一段时间出现表层土滑层，发现滑层后治理困难。本文通过对湖北省谷竹高速边坡表层土滑层治理的实例，提出利用小型钢管桩在表层土滑层治理的设计理论，以解决表层土滑层治理难题。

关键词：小型钢管桩；表层土滑层治理；设计与应用

引言

表层覆盖土经常出现在工程各类型的地质中，由于工程建设的大面积开挖，在很多高速公路路基边坡顶端及隧道洞口边仰坡顶部均会出现表层土滑坡现象，边坡治理也成为的工程后期养护的重要工作。由于边坡开挖，边坡顶部覆盖层失去原来约束，在边坡土层扰动后的较长一段时间出现表层土滑层。经历时间长，滑动前期表现特征不明显，部分高边坡还有一定牵动效应，导致边坡开挖线上好长一段距离出现连锁滑动，对高速上的行驶车辆造成很大的安全威胁，严重时表层土滑坡冲到路面上，造成高速交通中断，造成巨大的经济损失和不良社会影响。发现表层土滑坡后，由于场地限制，治理起来非常困难。在湖北省谷竹高速边坡表层土滑层治理中，采用了小型钢管桩技术，施工效率高，处理后边坡美观。经观测，滑坡处也一直处于绝对稳定状态，达到了预期的治理效果。本文通过对小型钢管桩技术的应用为例，提出利用小型钢管桩在表层土滑层治理的设计理论，以解决工程实际中表层土滑层治理难题。

1工程概况

湖北省谷城至竹溪高速公路位于鄂西北，沿线经过武当山山脉群，地形复杂，高低起伏，短距离内的高差非常大。高速公路沿线地质构造上位于南秦岭构造带内，且处于南秦岭构造带与扬子克拉通的接触带附近，基岩地层呈单斜构造，地貌形态为丘陵区。洞顶表面地形起伏变化较大，进出口为第四系残坡积粉质粘土，厚度1～2m，该类堆积土结构松散，无胶结性，上部土质松散，下部土质均匀。勘察报告显示粉质粘土内摩擦角φ为22°～25°,粘聚力c一般为5～10KPa，路基设计最高一级设计边坡坡比为1:1～1:1.5。发生表层滑坡的段落横断面图如下：

2小型钢管桩设计

2.1原施工图是的设计参数

谷竹高速地处湖北省鄂西北，在地貌上属构造剥蚀堆积丘陵岗地区和构造剥蚀侵蚀低山区二种基本地貌单元，山丘上部及沟谷低洼地带和河流两岸多由第四系松散堆积、冲积层所覆盖；构造剥蚀侵蚀地形坡度一般20°～40°，局部近直立；沿线山高谷深，峡谷蜿蜒，危崖峭壁，山势险要，区内水系发育。根据湖北省鄂西北气象水文资料，年平均降水量为902.5mm，降水量年内分配不均，暴雨多，强度大，历史最大暴雨为90mm/h。

谷竹高速设计洪水频率：1/100；地震等级：动峰值加速度系数≤0.05g，抗震设防烈度为烈度Ⅵ度。

2.2小型钢管桩设计参数的取值

根据《滑坡治理工程设计与施工技术规范》（DZT0219-2004），小型钢管桩设计抗剪断安全系数Rs=1.7～2.0，本工程取1.9。

根据表层土滑坡情况，为方便施工和就地取材，小型钢管桩采用φ48mm×3.5mm钢管，φ48mm×3.5mm钢管的钢管抗剪强度[τ]取125MPa。钢管插入滑面不小于滑面以为的长度（本工程实际取2m），现场可根据实际材料或现场情况进行变换。

2.3力学计算

根据《滑坡治理工程设计与施工技术规范》（DZT0219-2004）要求，不考虑注浆加固后复合土体的作用，按最不利原则考虑滑坡推力由钢管全部承担。通过设计，小型钢管桩的上下层距为H，每层相邻2根钢管桩的间距L为：L=2Htan22°，本工程粉质粘土内摩擦角φ取22°，H为1m，覆盖层厚度t取2m，如下图：

2.5小型钢管桩布置

根据以上计算并结合谷竹高速现场条件，小型钢管桩设计为梅花形布置，并垂直于滑面，上下层距（坡面距离）均为1.0m，水平向2根钢管间距0.81m，结构形式采用内插φ48mm×3.5mm钢管后压浆，形成小型钢管桩抵抗滑坡推力。施工时钻孔孔径60mm，桩长4.0m。小型钢管桩孔内注入M30水泥净浆（水灰比0.5:1，注浆压力0.6～1.2MPa）。其他实际工程可根据地质情况，调整钢管大小、浆液形式、注浆压力等指标，对小型钢管桩的结构形式进行对应设计。

3小型钢管桩施工

小型钢管桩的施工跟注浆锚杆的施工工艺类似，且此类施工工艺到目前已经非常成熟，总体施工工艺流程为：坡面截、排水→测量放线→钻孔→成孔→钢管安装→注浆→坡面恢复。湖北省谷竹高速的小型钢管桩施工时，采用MG-50钻机钻孔成孔，BW-150注浆机对钢管进行整体注浆。

4结论

随着工程建设范围的不断扩大，不同类型是边坡的理论分析与综合治理日益引起重视，深入探讨工程中各种不良现象产生的原因，为工程建设提高参考资料和决策依据十分必要，也具有重要的理论与工程实际意义。本文结合具体工程实践，对小型钢管桩技术在边坡顶表层土滑层治理中的理论研究进行了深入探讨，也取得了如下成果：

4.1通过对土体产生破坏过程和机制的深入了解，土体在有内插杆件的破坏过程中，是由杆件周围的土体发生剪切破坏，然后沿着破坏的裂缝向上发展，进而产生一条跟土体内摩擦角度差不多的裂缝，因此设计内插杆件（本设计是小型钢管桩）承受双内摩擦角范围上的土体荷载最符合极限受力状态，能完全抵抗土体荷载就能确保受力稳定，土体表层也就不会产生滑坡。

4.2本小型钢管桩设计采用的极限受力状态，没有考虑表层土与下层（坚硬层）的摩阻力，也没有考虑小型钢管桩承受的土体中块与块之间的粘聚力，较实际受力状态偏于保守。

4.3本小型钢管桩技术的设计机理是：由钢管与注浆水泥固结体（水泥-土固结体）共同组成的柱状抗滑体，以抵抗表层土的自重推力，自身是抵抗剪切破坏为主的复合型结构。设计时，钢管是主要受力构件，注浆水泥固结体（水泥-土固结体）是次要受力构件，力学性能较为复杂。设计中，先通过滑动土层的力学性能，确定小型钢管桩对土体的抵抗范围，再将小型钢管桩力学计算抽象为一个单纯的受剪钢结构模型，从而选取钢管形式，计算出钢管截面面积、间距、排数、排距等，再按滑坡治理设计规范确定钢管型号、直径、壁厚。

4.4相对于抗滑桩、锚杆框架梁、锚索等滑坡处理技术来讲，小型钢管桩技术在处理表层土滑坡中优势非常明显：小型钢管桩施工工艺简单，施工速度快，对原坡面和土体破坏程度小，成桩质量便于控制，工程造价、施工安全风险也远远低于其他处理措施。

4.5小型钢管桩技术在谷竹高速滑坡出来中得以成功应用，并取得了很好的效果，证明此项技术在实际施工应用中安全、高效、可靠，但在其他工程应用中，需要注意的是：小型钢管桩在布置时应插入到滑动面以下一定距离，才能保证小型钢管桩的受力状态，下插深度可视滑动面以下地层岩性及钢管桩总长而定，从施工经验上考虑，下插深度不小于桩长的1/3，且不小于2.0m。

参考文献

[1]陆婉婷.微型嵌岩钢管桩在桩基础加固中的应用[J].广东土木与建筑.2007(06).