随着高速公路建设的快速发展, 边坡治理是其中越来越重要的一部分。抗滑桩作为一种比较成熟的边坡加固技术, 与挡土墙、 (预应力) 锚索等相比具有抗滑移效果好、稳定性强等优点, 但同时也存在着造价高、施工周期长的缺点。钢管桩作为一种小口径的钻孔灌注桩, 常用于承担竖向荷载, 使其在滑坡防治方面承担横向荷载目前应用不多。本文以香格里拉—丽江高速公路 (以下简称香丽高速公路) 海巴洛隧道香格里拉端洞口滑坡治理为例, 详细阐述抗滑桩和钢管桩联合支护在滑坡治理方面的应用。

国家重点高速公路G0613香丽高速公路海巴洛隧道香格里拉端位于虎跳峡镇松鹤村。海巴洛隧道设计为分离式隧道, 左、右幅洞口距离约40m, 左、右线隧道洞口设计均为明洞开挖。在海巴洛隧道左幅洞口前边仰坡进行开挖修坡, 在开挖修坡过程中, 洞口上方边坡出现整体滑塌, 塌落土方>4×10³m³, 滑塌后的洞口现状如图1所示。滑塌的土体导致隧道左幅洞口处无法继续施工, 并且同时对周边未滑塌边坡产生牵引影响, 直接导致未滑塌部分边坡产生多条横向贯通性张拉裂缝, 因此亟待对海巴洛隧道2个隧洞洞口以及2个洞口之间的滑坡体采取措施进行处理。

海巴洛隧道地处高山斜坡中部, 属构造侵蚀、剥蚀高山峡谷地貌区, 地形较陡, 植被茂密, 地质作用以剥蚀、风化作用为主。根据设计院提供的地质报告揭示该工程部位上覆第四系残坡积层含砾粉质黏土、碎石土和角砾土;下伏基岩为三叠系下统灰色、灰褐色板岩;板岩为强风化板岩, 特征为灰褐色, 泥质胶结, 变余结构, 板状构造, 节理裂隙发育, 多呈碎石状;并且由于受构造影响, 该层厚度较厚, 岩体极为破碎。

隧道左幅洞口边仰坡垮塌后, 为更深入详细地掌握海巴洛隧道洞口的地质情况, 于2016年1月委托中国铁道科学研究院对海巴洛隧道入口处边坡的地质详细情况进行勘探。勘探方法为采用超高密度电法分别对隧道左幅中心线、左右幅隧道之间和隧道右幅中心线做了3条物探线, 分别为Ⅰ—Ⅰ, Ⅱ—Ⅱ, Ⅲ—Ⅲ剖面, 3条线的详细地质情况如图 2～4所示。

通过探测, 在工程部位Ⅰ—Ⅰ处分布的地层由上至下分别为碎石土、全～强风化板岩。其中, 碎石土层厚最大约7.0m;全风化板岩层厚6.0～17.0m, 下伏强风化板岩层厚较厚, 探测深度范围内未见中风化基岩。

通过探测, 在工程部位Ⅱ—Ⅱ处分布的地层由上至下分别为碎石土、全～强风化板岩。其中, 碎石土层厚最大约18.0m;全风化板岩层厚4.5～22.0m, 下伏强风化板岩层厚较厚, 探测深度范围内未见中风化基岩。

通过探测, 在工程部位Ⅲ—Ⅲ处分布的地层由上至下分别为碎石土、全～强风化板岩。其中, 碎石土最大层厚约12.0m;全风化板岩层厚5.5～13.5m, 下伏强风化板岩层厚较厚, 探测深度范围内未见中风化基岩。

根据地质勘察报告和物探报告揭示, 海巴洛隧道洞口地层由上至下分别为碎石土、全～强风化板岩。其中, 隧道右幅和两隧道之间的碎石土层厚约12m和18m, 并且由于左幅洞口的垮塌影响隧道洞口右侧未垮塌部分产生横向贯通裂缝, 再加上碎石土层与板岩层的分界面较陡, 导致该工程部位的碎石土层黏聚力大大降低, 边坡存在二次垮塌可能, 因此亟待对该工程部位松散的碎石土表层部分进行局部加固处理;此外, 碎石土层下方为全～强风化板岩, 为防止边仰坡出现大面积垮塌下滑, 也需在坡脚进行加固处理。

抗滑桩防护 采用2m×2.5m抗滑桩布置于海巴洛隧道洞口边坡脚1排共12根, 左幅左侧2根, 左、右幅之间8根, 右幅右侧2根, 长度30m。

抗滑桩与锚索框格梁防护 采用2m×2.5m抗滑桩10根, 分别布置于左、右幅之间8根, 右幅右侧2根, 长度30m, 然后在每个洞顶上方洞口防护范围采用30m锚索框格梁对边坡进行防护。

抗滑桩与钢管桩群防护 采用抗滑桩8根, 分别布置于隧道右幅右侧2根, 两隧道之间6根, 长25m, 然后在抗滑桩防护区域边坡上方打设3排钢花管桩并注浆防护, 采用ϕ108钢管桩, 间距2m, 以梅花形布置, 长25m (见图5, 6) 。

从施工安全分析:方案1仅考虑抗滑桩施工, 未考虑到施工中未防护部分边仰坡存在二次垮塌的安全隐患;方案2考虑采用锚索框格梁对洞口松散碎石土层进行防护, 防护范围太小, 未考虑到两隧道口之间的边坡如果发生垮塌会对隧道洞口施工产生影响;方案3考虑先对注浆固结消除已受影响区域松散碎石土层下滑的可能, 然后再施工抗滑桩, 施工安全隐患小。

从防护效果分析:方案1和3防护效果最好, 方案2仅仅是针对隧道口区域边坡进行防护, 未对两隧道口之间的边坡进行防护, 防护效果较差。

从经济性分析:方案2经济性最好, 方案3次之, 方案1最差。

从工期分析:方案2最快, 方案3次之, 方案1最慢。

经综合比较分析, 方案3为最优方案。

首先, 通过对洞口区域受扰动的松散碎石土层进行注浆加固, 将碎石土作为加固原材料与固化剂 (水泥浆) 混合发生化学反应, 生成水化物和坚固的土团颗粒, 再经过凝硬和碳酸化作用, 使加固的土体具有整体性、水稳定性和一定强度。其次, 在坡脚设置8根抗滑桩穿过滑动面嵌入到强风化板岩稳定层, 利用稳定地层岩土的锚固作用平衡上部滑动层的滑坡推力。

抗滑桩的计算是将土层看作符合 Winkler 假定的弹性地基, 而抗滑桩被看作弹性地基梁进行计算。在稳定性计算时, 土体注浆后固结所带来的有益部分作为安全储备不予考虑。

采用理正岩土6.5软件分别针对I—I, II—II, III—III 3个典型断面按照抗滑桩设计参数进行设计计算, 计算结果显示, 在最不利工况下的稳定系数K=1.43, 满足规范要求。

考虑到隧道边坡碎石土覆盖层较厚、土质松散、坡度较陡等因素, 该边坡防护施工的思路为先在边坡的坡腰处打设钢花管桩群并注浆固结, 保证边坡碎石不会局部垮塌后, 再在坡脚施工抗滑桩。

根据现场实际地形, 考虑到海巴洛隧道右幅洞口处松散体已处于松动状态, 施工顺序从海巴洛隧道右幅开始向左侧施作钢花管桩。

采用YXZ-50A全液压锚固钻机进行钻探, 清孔, 压入ϕ108钢花管进行注浆。

钻孔时采用钻杆+扶正器+潜孔锤+钎头组合钻具, 进行风动干式成孔。此工艺可有效防止钻孔偏斜, 保证孔道残渣少。钻孔结束后, 利用钻杆进行二次扫孔, 以便顺利进行下管工序。

下管采用套管跟进工艺, 成孔后, 利用钻杆边旋转边顶进将钢花管带入孔内2m。引导钻孔钻好后, 使钻头退出, 钻杆全部卸下, 将预先加工好的钢花管安装在大臂上, 低速推进钢花管。当第1根钢花管推进孔内外露40cm时, 停止钻进, 人工持钳进行钢花管连接, 使两节钢花管在接头处用套筒连成一体, 钻机再以冲击压力和推进压力顶进钢花管。以同样的方法继续顶进钢花管至设计长度。

下管完毕后, 拌制1∶1纯水泥浆进行注浆。井口周围50cm用水泥浆密封, 防止浆液从管口部位溢浆, 注浆过程中压力一般为0.7～1MPa, 终压达到2MPa, 并稳定在10min左右。

为加快工期, 组织4支开挖队伍, 采用间隔跳挖方式进行开挖。

测量放样→开挖井口段→浇筑锁口混凝土→井口周边硬化并砌筑周边截水沟→安装井口护栏、井架→开挖→安放钢筋笼→浇筑桩体。

采用人工开挖方式进行开挖, 按照土方开挖→清孔壁、校核垂直度和桩尺寸→混凝土护壁→下一节开挖的顺序直至设计孔底。

针对坚硬岩石, 人工开挖困难地段采用YQ-100型钻机, 打眼安放卷装炸药, 进行放炮开挖至设计深度。

由于现场地形狭窄, 无法安置大型起重机, 只能考虑采用在孔内人工绑扎的方式制作钢筋笼。

桩身混凝土强度等级采用C30, 运输采用9m³混凝土运输车, 运输过程中要避免发生分离、漏浆和严重泌水等现象。灌注采用串筒伸至浇筑面1～2m, 以避免混凝土发生离析。桩身混凝土的灌注要连续进行, 每灌注0.5m左右时, 用插入式振动器振捣密实1次。混凝土灌注完毕后, 对露出地表的抗滑桩及时养护。

为了解施工后边坡的位移情况, 根据施工实际情况, 布置了5个位移观测点:①在隧道左、右幅洞口仰坡顶埋设位移观测点2个;②在隧道右幅右侧仰坡脚处埋设观测点1个;③在隧道左、右幅之间仰坡脚处埋设观测点2个 (见图7) 。

经过90d观测, 并经历了一个雨季考验后, 观测结果表明, 最大位移发生在海巴洛隧道右幅右侧处, 累积最大位移约33mm, 目前已保持稳定。从整体观测结果可知, 该处理方案达到预期治理目标。

海巴洛隧道洞口滑坡治理竣工经过一个雨季的考验, 滑坡体已处于稳定状态, 说明抗滑桩和钢管桩联合治理的方案成功可行。抗滑桩具有使用条件广泛、抗滑能力强等优点;钢花管桩群具有施工工艺简单、高效便捷等优点, 可以有效提高边坡的整体性。两种支护体系联合应用可充分发挥各自优势, 并能取得良好的支护效果和经济效益。