捆绑式抗滑桩在治理堆积体滑坡中的应用分析

任友云

（红河公路局，云南红河661100）

0 引言

堆积体滑坡为地质灾害通常的表现形式之一，其发生的诱因较多，山区公路上一旦发生此类灾害，就会造成交通中断，对地方的社会经济影响较大，故需要采取一种快捷、安全的处理方式来解决这一问题[1]。捆绑式抗滑桩在治理堆积体滑坡，特别在临水路段具有独特的优势。捆绑式抗滑桩应用旋挖钻机成孔，避免了雨季的干扰、地下渗水大等人工挖孔难以解决的问题，其借助于可靠的力学计算模式，使得抗滑坡推力的力学机理得以掌握，随之应用到工程实践中，并取得良好效果。

1 项目概况

云南省某二级公路修建在已稳定多年的老滑坡堆积体中下部，以半幅高填、半幅浅挖形式从电站库区的山腰穿行通过，地面横坡陡峻、高山地貌、植被茂密。公路现状为左侧设桩基挡土墙，沥青混凝土路面，路段位于曲线上，其中有100m 为临水路段。由于填方侧临水，原设计采用桩基挡土墙支挡，当电站库区水位蓄水时，能淹没部分墙身，2018年6月下旬该路段因遭遇连续强降雨，电站库区水位快速上升，反浸路基后诱发堆积体在地层分界处形成滑动，导致公路左侧桩基挡墙墙身倾覆，下部桩基、承台在滑推力作用下位移变形破损，致使该段路基坍落，交通中断，为恢复公路安全运行，需要进行快捷处治。

2 捆绑式抗滑桩的结构及效果分析

2.1 一般结构形式

捆绑式抗滑桩重点是将紧靠的两根及两根以上的圆形截面桩合理的组合到一起，桩底适当嵌入稳定岩体，桩顶使用冠梁连接，使截面抗弯性能得到明显改善，此类结构被视为数根圆桩于顶及底端捆绑连接的整体式抗滑支挡结构。

这些桩可以根据堆积体下滑力的大小，数量上采用双桩组合或多桩组合，截面上分为矩形组合或T 形组合，如图1所示。桩径上分为相等桩径组合或不等桩径组合。根据现场地勘等情况，通过计算来选择不同的、能够充分利用材料的横截面形态的组合形式。

2.2 效果

通过将数根桩合理地组合到一起，能够实现顶部和底部的合理联结，从最大程度地维护好桩的受力状态，促使着整体受力模式更加贴近矩形桩受力特征，体现出理想化的抗弯效果[3]。捆绑式抗滑桩因桩间贴合紧实，为合理的减小互扰的概率，工艺上考虑到桩受力状态的差异，一般采取先施工受压桩，当其强度达到60%以上之后，再施工受拉桩，最大程度地降低施工干扰，确保抗滑效果更加的理想。

2.3 与矩形桩的抗弯性能理论分析对比

采用横截面积相近的1.25m×1.5m 矩形桩与2×Φ1.0m 捆绑式抗滑桩，进行不同桩型的对比分析。

利用材料力学的分析方法，假定为纯弯曲，弯曲正应力在横截面上离中性轴距离越远处，正应力越大，则最远端正应力最大σ max=MУ max/Iz=M/Wz。Wz称为抗弯截面系数，其值与横截面的形态和尺寸有关。当σ max一定时，Wz越大，截面承受的弯矩M越大。因此，可以通过比较Wz来判断截面抗弯性能。

矩形截面：

捆绑桩：

采用单位截面材料的抗弯截面系数进行对比和材料抗弯效能系数：e=Wz/A对比，将两种桩型截面代入上述公式，计算结果见表1。

表1 两种桩型抗弯性能比对表

由表1 可见，显然捆绑桩抗弯效能高于矩形桩，但在实践中，考虑捆绑桩两桩相切处两边所夹土在成孔时会掉落，仍然要用混凝土填充，那么实际截面变为2m2左右，故在面积相近的截面条件下，捆绑桩的抗弯效能稍逊于矩形桩。

3 捆绑式抗滑桩在治理堆积体滑坡中的应用

3.1 方案设计

3.1.1 滑坡形态及规模

该项目堆积体滑坡平面形态呈圈椅形，滑坡体主要为第四系填土及全风化花岗岩，滑坡变形运动模式为牵引—推移复合式，滑坡类型为浅层小型滑坡。

3.1.2 滑体稳定状态及发展趋势

据地勘钻探揭露，滑坡体主要为原堆积体及路基填方上的砾质黏性土，颜色为黑色，松散、潮湿。滑床主要为全风花岗片麻岩。根据计算，滑坡在不利工况下处于不稳定状态，滑坡体仍然向前缘滑动，处于蠕动变形中，对公路上过往车辆及行人安全构成危害，需及时进行处治。

3.1.3 方案拟定

此次处治结合旋挖钻机等施工设备，施工工艺较成熟，施工效率高。根据现场实际情况，拟采用捆绑式抗滑桩和桩板墙结合方案进行该段路基滑坡的治理。其中滑动面以上桩体自由段长度17m，桩顶以上路基填方高2m，滑动面以下锚固段长度11m，锚固层岩性为底部4.6m 中风化片麻花岗岩（③3 层）和10m强风化片麻花岗岩（③2 层）。抗滑桩拟采用3×Φ 1.5m 捆绑桩，内侧距离路肩3m 布置，桩束间距6m。

3.2 下滑推力的计算

对该段滑坡按条分法，条宽10m 左右，算法按《公路路基设计规范》（JT GD30—2015）要求的传递系数法计算。依据地勘资料，②层（滑坡堆积体）滑动残余剪切试验C=18.8kPa，Φ=14.5o，根据现场容重测试和钻孔中取样室内试验结果综合确定滑体岩土天然重度取18kN/m3。

在自重工况和自重＋地震工况下，传递至桩板墙的边坡的剩余下滑力分别为1546.93kN/m 和1305.63kN/m，土压力作用模式为三角形分布，故间距为6m 捆绑式抗滑桩，单根捆绑桩分担的作用力kNEx= 1546.93×6 = 9281.58kN，桩板墙和捆绑桩及帽梁竖向高度合计19m，则对应三角形分布的底部线集度为2×9281.58/19＝977.01kN/m。

3.3 桩身内力及变形计算

捆绑桩目前还处在探索阶段，准确的空间受力模式有待实践认知。本计算采用“m”法，建立捆绑桩的空间计算模型，见图2、图3、图4、图5。

图2 模型图

图3 边界条件

图4 桩间接触

图5 土压力加载图

图2 为Midas Civil 软件建立的捆绑桩模型，图3为抗滑桩嵌入段的土弹簧，图4 为模拟抗滑桩之间无相对滑动的控制连接。地勘中滑动面以上成分为路基填筑土，滑动面以下为强风化片麻花岗岩（③2 层），取m＝60000kPa/m2。由于精确的捆绑桩受力模式目前尚在探索，此次考虑土弹簧的空间作用，按照所有水平推力F 由最后面两根桩承担，然后通过桩土接触，传给前一根桩，以此计算各桩的内力及变形，如图5所示，桩顶通过冠梁固接联系。水平推力按三角形分布加载于滑动面以上的桩身，见图6。

图6 传力模式图

在滑坡推力作用下，各桩身弯矩见图7，图中数据示出最大值的10% 数值。其中1 号桩的桩身弯矩最大，最大位置约为滑动面位置，最大弯矩值为9729.8kN/m。

图7 三根桩弯矩图

桩身纵向主钢筋52Φ32 配筋非均匀配置，采用Midas 程序的弯矩曲率功能计算该非均匀配筋截面的屈服弯矩，经计算，圆形截面屈服弯矩为10302kN/m，大于下滑推力作用下的桩身最大弯矩9729.8kN/m，桩身强度设计满足使用要求。在滑坡推力作用下，各桩身变形如图8所示，数据显示出所有节点位移数值，其中捆绑桩桩顶位移0.059m，小于捆绑桩悬臂长度10m 的1/100（10cm）；桩板墙顶部位移0.094m 小于整体悬臂长度18m 的1/100（18cm）；滑动面处的位移值为0.004m，满足采用“m”法计算桩身内力的变形要求(6mm)，故桩身位移满足规范要求。经以上计算，捆绑桩在计算土压力作用下，桩身强度和刚度均满足规范要求。

图8 三根变形图(单位：m)

3.4 治理阶段

3.4.1 总体施工步骤

施工准备—施工放样—捆绑桩—冠梁—桩板墙—回填—铺筑路面—验收。

3.4.2 捆绑桩施工工序

确定桩位和排浆措施—测量放样—埋置护筒—钻机就位—挖泥浆池和清水池—调试机械设备—开机钻进—终孔报检—吊放钢筋笼安装声测管—检验导管和安装导管—二次清孔—报检—灌桩体水下混凝土—破桩头—桩基检测—进行下道工序。

3.4.3 捆绑桩重点工艺施工说明

该捆绑式抗滑桩是将紧靠的三棵圆形截面的钻孔灌注桩组合而成，桩底一般嵌入岩体，桩顶用冠梁连接而成，使其截面抗弯性能改善，该结构可看作是数根圆桩在顶和底端都被捆绑连接的一种整体式抗滑支挡结构，采用旋挖钻孔施工，其施工工艺与灌注桩一致，成孔时应隔桩开挖，避免震动对相邻未达强度的桩体造成损伤。

4 结语

目前，抗滑桩作为滑坡治理工程中被广泛应用的抗滑支挡结构，其抗滑效果在工程中是得到认可的，鉴于捆绑式抗滑桩作为一种新型的抗滑支挡结构，其还没有在工程当中被广泛地采用。通过概述，基本了解了捆绑式抗滑桩的结构形式及效果分析，依照相关项目的实践情况，认识到具体的施工方案以及在堆积体滑坡中捆绑式抗滑桩的实际利用成效，旨在为同类型工程的开展提供借鉴。