高速公路建设中圆形抗滑桩滑坡处治的应用

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冉鹏成

四川公路桥梁建设集团有限公司机械化施工分公司 四川成都610200

摘要

成宜高速公路横跨仁寿、威远、荣县、宜宾市翠屏区和宜宾县等五县区,全线采用双向六车道高速公路标准,设计时速120公里/小时。目前项目路基土石方基本接近尾声,该项目作为四川省第一条完全EPC模式,挑战施工与设计深度融合,保障工程质量安全,同步推进过程进度,创新管理与施工方法,其中滑坡处治环境中的圆形抗滑桩的应用,成为高速公路建设中的一个亮点。


关键词

高速公路;圆形抗滑桩;滑坡处治;路堑

正文


【引言】众所周知,抗弯结构“工字形”最好,其次为“矩形”,再之为“正方形”,最弱为“圆形”。但由于“工字形”抗滑桩在现实没有可操作性,故没有在工程实践中采用。因此,“矩形”抗滑桩一直是上世纪六十代以来抗滑桩问世以来的主流结构。其主要采用人工挖孔形成,后期随着机械的进步,逐渐出现了“水磨钻与机械冲孔”两种形式成孔的“矩形桩”,但由于受到条件限制,其应用范围相对有限。成宜高速ZCB3-4标段自施工以来,滑坡开裂地方较多,为严格落实省交通厅发布的限制使用落后工艺、设备、材料的要求,限制使用人工挖孔桩施工。由于地质条件差、工期紧和人工开挖安全风险等高因素故采用机械成孔(旋挖)的圆形抗滑桩成为工程建设中的一个必备工艺。虽然其先天不足,存在抗弯能力偏弱的特点,但由于其施工进度快,施工环境较安全故得到了较为广泛的应用。

1、工程概述

ZK83+638~ZK83+740段左侧为挖方路堑,边坡开挖最大高度7.91米。路线沿斜坡中下部展线,斜坡整体呈上陡下缓地貌,坡向217°,斜坡后部为中厚层砂状陡壁,斜坡中下部坡表堆积了大量碎石土,含碎石粉质粘土,钻孔揭露厚度约6.6-18m。

ZK83+638~ZK83+740段挖方路堑暂未挖到设计标高,仅向下开挖了2~3m。由于整段路堑在斜坡的中下部展线,斜坡表层为厚层崩坡积土体,坡脚的开挖极易破坏原始斜坡土体的静力平衡状态。因此在坡体条件及开挖坡脚的共同作用下引起了斜坡的变形破坏,首先引起斜坡坡口线外19处土体开始出现拉裂缝,裂缝宽度0.3~0.5m,可见深0.5m,延伸长度约10m,走向与边坡开挖方向(路线轴向)基本一致,随时间推移,受地表水下渗影响,斜坡岩土物理力学性质进一步降低,斜坡牵引变形加剧,斜坡坡体后缘拉裂变形发展至破口线外约56.5m处,裂缝最大宽1m,最大可见深度约1.2m,延伸长度约20m。

2、滑坡处治施工方案选择

在滑坡工程中,人工挖孔抗滑桩对劳动者是一种安全风险。尤其是当坡体中含水量高、地层松散时,更增加人工挖孔的难度,故采用机械成孔圆形抗滑桩不失为一种上佳之选。

设计单位提出了抗滑圆桩+C20砼护面墙+路堑墙(方案一)、抗滑方桩+桩前设置挡土板+路堑墙(方案二)的处治方案。根据咨询专家意见,最后采取了全埋式圆形抗滑桩+挡土墙+清方支挡+截排水措施的方案。

在一些地质灾害工点治理中,若采用施工速度相对较慢的人工挖孔桩,必然会造成节点工程无法有效实现。基于此,在一些控制性的“卡脖子”工点采用机械成孔圆形抗滑桩是一种可选的强大后备力量。

作为新时代高速公路建设的代表之一,如何创造精品工程,适应自然与人文环境,体现以人为本的工程建设理念,圆形抗滑桩的应用是其中一个典型而优秀的代表。

3、圆形抗滑桩处治滑坡合理性分析

抗滑桩被广泛应用在高速公路工程滑坡处治中,但多数为矩形抗滑桩,采用圆形抗滑桩的实例相对比较少。主要原因是和矩形抗滑桩相比,圆形抗滑桩成桩之后,受到抗弯结构特性的影响,难以形成土拱效应。每根圆形抗滑桩之间的土层容易被挤压出来,受力性能比较差,而且设计和计算的难度比较大,需要综合考虑多方面因素1】。此外,在具体施工中,很多高速公路地下水位比较高,存在松散堆积路段,矩形抗滑桩施工难度比较大,任何一个环节控制不当,都会延误施工工期,甚至会影响滑坡处治效果。而采用圆形抗滑桩就可以对在滑坡进行合理支挡,从而提升滑坡处治效果。

 导致圆形抗滑桩受力能力比较差的主要原因是圆截面轴线附近的钢筋,所能提供的有效截面惯性比较小,通过不均匀布置配筋的方法,可有效改善这一问题,将受拉钢筋、受压钢筋采用构造筋2】

4、高速公路建设中圆形抗滑桩滑坡处治的应用

4.1合理选择支挡位置

本工程滑动面比较明显,按照《公路工程地质勘察规范》中的规定,安全系数可取0.98,然后在通过传递系数法,对滑坡进行反算。但成都地区,降雨量比较大,为避免暴雨时期,发生山体滑坡,安全系数可略微提升,选择1.15基本可以满足施工要求。此外,本工程滑坡滑动面坡度比较陡,下滑段比较长,需要支挡的坡段比较短,因此,滑坡剩余下滑力比较大。当剩余下滑力达到3500kN时,剪出口位置的下滑力也会达到1500kN。剩余下滑力比较大,如果只在滑坡前缘抗滑段进行圆形抗滑桩支挡,违法保证滑坡处治效果,并且要重新填筑边坡,施工量会增加3】。因此,经过多方论证分析, 在滑坡后缘通过圆形抗滑桩进行支挡,可提升边坡抗滑性。在不考虑抗滑桩前被动土体压力时,当抗滑桩受力达到748kN时,即为最佳的圆形抗滑桩支挡位置。

4.2合理选择成孔方法

就本工程而言,路基左侧边缘覆盖比较深,从路基标高之下,最深处达到15m。虽然矩形抗滑桩具有良好的受力特性,但受到具体施工工艺及机械设备的影响,只能采用人工开挖方式。但如果遇到雨季,覆盖层会被雨水浸泡,路基含水量增多,会降低开挖速度,而且不利于保证施工的安全性,因此,矩形抗滑桩无法满足具体施工要求。

圆形抗滑桩施工机械设备规模比较小,机械设备可顺利进场,在抗滑桩成孔时,可以选择冲击钻成孔或者旋挖成孔4】。其中旋挖成孔施工时无需泥浆护壁,对周围生态环境的影响比较小,成孔速度也比较快,考虑到施工工期和施工的安全性,选择了旋挖成孔方式。

4.3抗滑桩成桩施工

 本工程圆形抗滑桩的直径为2.0m,中对中间距为4.5m,长度为23m,在圆形抗滑桩顶部一下1m和3m位置,分别设置1根预应力锚索,由8束15.2j钢绞线组成。施加的预应力为200kN,提升圆形抗滑桩抗变形和位移的能力,提升综合受力性能。此外,圆形抗滑桩锚固段的土体为粉质粘土,含水量比较高,为保证提升滑坡处治效果,抗滑桩采用了非对称配筋施工,具体截面配筋图如图1所示:

 

1 圆形抗滑桩截面配筋示意图

1中①表示受力主筋,②表示受压主筋,③表示构造钢筋。1区是圆形抗滑桩受拉钢筋配筋区,2区是受压钢筋配筋区,3区是构造钢筋配筋区。

1区配置了48根直径为32mm的受拉钢筋;2区配置了24根直径为32mm的受压钢筋。和矩形抗滑桩相比,此种圆形抗滑桩在受压测配置了较多的钢筋,有效利用了受压区钢筋的抗压作用,从而降低了受压区的截面高度,可有效减少手拉区域的配筋量5】

【结束语】

综上所述,本文结合工程实例,分析了高速公路建设中圆形抗滑桩滑坡处治的应用,分析结果表明,在采用抗滑桩处治地层滑坡、地下水发育等滑坡时,矩形抗滑桩施工难度比较大,而且不利于保证施工的安全性。而圆形抗滑桩可此阿勇旋挖成孔,在配筋时,可将圆截面分为三个区域,受拉区、受压区、构造区,通过非均匀配筋,可有效改善圆形抗滑桩的受力性能,从而提升滑坡处治效果,保证高速公路施工顺利开展。

【参考文献】

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