２０１ ７／０６总第４９６期 铜旬高速公路抗滑桩加固方案优化研究 孟国桥 （中铁十八局集团第五工程有限公司，天津３００４５１） ［摘要］本文以铜旬高速公路地质灾害治理工程为例，介绍了一种新的加固设计方案，即通过挡土 墙下方设人工挖孔抗滑桩，桩身嵌入深部基岩以防止路基深层滑动，并将抗滑桩伸出地面一定长度支护 加固挡土墙。该方案可达到对路基稳定性表本兼治的效果，为同类工程的设计提供参考。 ［关键词］高速公路；挡土墙；抗滑桩；方案优化 ［中图分类号］Ｕ４１８．５５ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１００１—５５４Ｘ（２０１７）０６—０１２５—０４ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｔｉ ｓｌｉｄｅ ｐｉｌｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅ ｉｎ Ｔｏｎｇ ｘｕｎ ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ＭＥＮＧ Ｇｕｏ－ｑｉａｏ 公路挡土墙的失稳问题是岩土工程领域一个 非常重要的课题，在公路、铁路、矿山、堤坝等 工程中都会时常碰到¨ 。恢复挡土墙稳定的方法 主要有重力式翼墙、后跺式扶臂墙、预应力锚固 等。重力式翼墙和后跺式扶臂墙加固方法是一种被 滑桩桩长的优化设计方法。 １ 工程概况 １．１工程地质及水文地质概况 陕西铜川至旬邑高速公路沿线途经黄土沟壑 区，穿越大山深沟，滑坡体较多，地形地质条件复 杂。路线全长５０．３３８ｋｍ，采用４车道高速公路标准 动承载的加固方式，由于其需要占用更多的场地， 且施工周期较长，工程成本较高，最关键还有其不 能解决钭坡路基的深层滑动问题，因而使用的越来 建设，设计时速８０ｋｍ／ｈ。 越少。至于预应力锚固，从加固效果来说比前两者 根据钻孔资料（见图１）可知，中铁十八局管 要好，可使失稳挡土墙恢复到甚至超过原有的支承 段最大滑坡体段表层土为人工填土，表层土下为粉 能力；尤其是当原来的挡土墙出现外鼓和局部破裂 质粘土，再往下为灰岩，节理裂隙发育，岩石破 时，这一加固方式会更加有效，但是如果要同时治 碎。主要物理力学性质指标试验值见表１所示。 理路基的深层滑动，则在某些情形下，预应力锚固 不太适合，比如锚索所受横向力较大，滑床岩性不 好，加锚处太靠近滑坡后缘 ＪＬ ３＿＿４ Ｊ。 对于陡坡路堤旁的挡土墙，其失稳在很大程 度上是由于边坡的滑移而引起的，另一部分原因是 频繁的车辆载荷，所以在加固挡土墙的同时应考虑 滑坡的治理，否则不能根治工程隐患，挡土墙的破 坏还会继续随时间进一步发展。 本文以陕西铜川至旬邑高速公路地质灾害治 图１工程地质钻孔剖面图（＾ Ｍ’） 理工程为例，介绍了某滑坡路段既有挡土墙的一种 新的加固设计方案，通过挡土墙下设人工挖孔抗滑 桩治理路基深层滑动，并将抗滑桩伸出地面一定长 度支护加固挡土墙，以达到对路基稳定性的表本兼 治的效果。本文重点探讨了基于这种设计思路的抗 ＤＯＩ：ＩＯ．１４１８９，ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｍ１９８１．２０１７．０６．０２１ ［收稿日期］２０１７—０４—０３ ［通讯地址］孟国桥，天津市滨海新区新北路３１９９号 ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ １ ２５ 专题论述 ＳＵＲＶＥＹＩＮＧ 表１主要物理力学指标试验值 地层岩性 容重 内聚力 内摩擦角 ／（ｋＮ／ｍ ） Ｃ ａ ／（。） 人工填土（天然） １８．５ １６．５ １０ 人土填土（饱水） １９ １６．３ ９ 残坡积粉质粘土 （天然） １９ １８．１ １２ 残坡积粉质粘土 （饱水） １９．５ １６．６ １１ 灰岩 ２６．７ ２０ ３５ 表层为人工填土，青灰色，杂色，主要为块 石和碎石组成，块石直径大于１１０ｍｍ，取芯呈块 柱状，约占７５％，碎石多呈棱角状，约占２５％，直 径５０～６０ｍｍ，成份为灰岩，结构松散，为挡土墙 施工填方，其中０．５０—１．００ｍ为坍塌路基混凝土。 采取率７５％。 粉质粘土，黄褐色，土质较均匀，湿后粘性 好，切面较光滑，含少许铁猛氧化物及泥岩风化碎 屑。采取率８７％。 灰岩，浅灰黑色，隐晶质结构，中厚层构 造，岩石节理裂隙极发育，节理面见黄褐色氧化 膜，岩体较破碎，取芯多呈６～８ｃｍ，块状及短柱 状，少量呈１０—１ ５ｃｍ柱状，岩石坚硬。采取率 ７５％，ＲＱＤ＝１１％。 从现场勘查，此段相对周边地势较低，大气 降雨时大量地表水汇聚此斜坡，水量较大。钻孑Ｌ资 料看出，地下水位埋深较深，约１２ｍ。该滑坡主要 是浅层滑坡，因此地下水的影响较小，水的作用主 要是来自地表水。 １．２路基破坏基本特征 该段路基下沉开裂严重，路面上裂缝较发 育，裂缝呈弧形状，长约２６ｍ，宽约１ｍ，下沉约 ６０ｃｍ，距裂缝１．５ｍ范围内路基也有下沉迹象，总 宽５．９ｍ，目前仅有内半幅路基可以通车。 路基外侧挡土墙为浆砌片石挡墙，挡墙高 ４．２ｍ，宽０．８ｍ，挡墙上有３条明显的斜向裂缝，裂 缝宽约５ｃｍ。 路基为滑坡的后缘，滑坡前缘直到下方的民 房，房屋前当地居民所砌简易小挡墙有倒塌迹象。 １２６建筑机械 据访问居民的房屋未见裂缝。由后缘向前缘追索， 可见两侧明显的地表裂缝，滑坡周界清晰。 １．３影响因素及破坏机理分析 滑坡的形成是由其地形地貌、地层岩性、水 及人类工程活动共同作用的结果。根据该工点的现 场地质调查情况及钻孔资料，可初步认为导致路基 滑坡与挡墙破坏的主要影响因素有： （１）该处为填方路基，碎块石含量较高，较 松散，强度较低。路基本身在修建时，强夯和碾压 不到位，其下伏土体欠密实，固结不够，地基软 弱，致使路基整体强度不够。 （２）由于该路段为宣恩至恩施的主干道，车 流量很大，且多为大型载重货车，在自重及外部动 荷载作用下边坡产生主动土压力，该压力超过浆砌 片石挡墙的极限强度，最终导致防护失效。 （３）大气降雨是该处滑坡的一个重要诱因。 此段相对周边地势较低，大气降雨时大量地表水汇 聚此斜坡，水量较大，且该处植被发育，雨水通过 植物根系渗透到土体中，滞留在滑坡体内，使得坡 体地层含水量急剧增大，地层容重增大，下滑力增 大，同时滑动面上的物质经过长时间的浸泡软化导 致抗剪强度迅速降低，直接降低了滑体的稳定性， 最终导致滑坡滑动。 ２加固方案设计与分析 ２．１路基整体稳定性分析 一般陡坡路堤的破坏模式主要包括：①基底 为岩层或稳定山坡，因山坡坡度大，路堤整体沿与 山坡接触的坡面产生滑动；②路基随同山坡面覆盖 层沿倾斜基岩面滑动；③路基连同下卧软弱土层沿 某一圆弧滑动面滑动；④路基连同其下的岩层沿某 一弱岩层面滑动。根据以上规律和现场地质调查 及计算机最危险滑面搜索，以Ｍ—Ｍ’主滑剖面为 例，图２显示出了所有安全系数小于１的路基可能破 坏模式。 从图２可以看出，计算机搜索计算出的最危险 滑面与现场调查发现的滑面不一致，实际滑面更浅 些。这主要是因为深部土层在上覆压力的固结作用 下，力学性质实际要优于浅部土层，而计算机搜索 采用的是均质土层模型；同时大气降雨对表土层的 影响也＿更大些．所以导致实际滑面发，卜 浅部 考 Ｉ虑刮随荷破坏的发腱和地卜水的侵袋，深部土体力 学性质会逐渐劣化，同时采取７儿１同措施以后，也有 可能产 更深层的滑动，所以以 ３所，Ｊ 的破坏模 式为加 没汁汁并的依据 图２ 路基Ｍ—Ｍ’剖面破坏模式计算机搜索图（ １） 图３ 路基Ｍ—Ｍ’剖面正在及潜在破坏模式示意图 ２．２挡墙段局部稳定性分析 场地质 发现，路 外侧的浆砌片石｛＾ ｊ 墙Ｉ 钉多条明！Ｉｌ！－的斜向裂缝 、这说明捎墙段路基已 经发１ｊ局部失稳破坏，导致挡墙所受主动土压力过 大 发生破坏现场地质蒯 也发现原有挡墙的施 Ｔ质 较筹，导致强度不 ． ４给ｆＩ｛＿ｒ 墙段所 有安 系数，Ｊ、丁１的可能破坏模式 从罔４＿『以行…挡墙段路基稳定性不足，需要 进行支捎，下『『ｌ『埘原仃挡 ＿Ｌ墙的稳定进行验算．． ５给…ｒ按库仑十 力理论汁箅挡墙所受的主动土 压力的示意罔 图４路基挡墙段局部破坏模式计算机搜索图（ ｌ】 图５挡土墙所受主动土压力计算示意图 设地基土摩擦系数＝０．５００，通过计算得地基土 层水平 ：滑移力＝１ ５６．１ ５７ｋＮ，抗滑力＝ｌ６３．４８１ ｋＮ，则地基 七层水平向抗滑移安全系数 ＝１．０４７＜ １．３００，滑移验算 满足，需要刈－｝ 墙进行加同处 理，以保证路基的硒部稳定性 ２＿３抗滑桩加固方案设计 从上而的计算分析町以发 ，路基存在深层 体潜 滑动的危险性，同时浅部挡土墙埘部稳定 性不足，需要进行＿ＪＪｆ１ 处理。为ｒ达到标本兼治的 效果，设汁提｝ｆＪ的治理方案如 ６所示。 该设计方案通过在挡墙下方布置人 挖孔抗 滑桩，桩身嵌入弱Ｊｘｌ化灰岩作为嵌『占ｌ段，防止路基 深层滑动，同时将桩顶伸 地而一定士∈度，以支护 挡墙，防止挡墙破坏进一步发眨． ２．４桩长优化设计 将桩顶设置与挡墙顶部齐平，以提供对挡墙 的支护是最保守的没计方案。ｆＩ１是通过 ５可以发 ＣＯＮＳｍｌ （、 … Ａｆ、日】Ｎ 、 １ ２７ 专题论述 ＳＵＲＶＥＹ｝ＮＧ 图６抗滑桩支挡加固设计方案示意图 现，主动土压力的合力作用点位于挡墙底部以上 ２．０８ｍ的位置处，所以将抗滑桩冠梁顶部位置设在 挡墙底部以上２．５ｍ处，就足以支护挡墙，防止其 进一步变形破坏。桩顶标高确定以后，则抗滑桩的 悬臂长度确定，就可以进一步通过计算确定嵌固深 度 ’ （见图７、８）。这样就通过降低桩顶标高， 从而减小整个桩长，节省了工程量，优化了设计。 地层抗力 Ｐａ 位移／Ｃｍ －２．５—１．５－０．５—０．５ —１ １ ３ ５ ｛ 图７抗滑桩地层抗力及变形计算结果 ３ 结论 由于各种原因导致山区公路挡土墙破坏现象 较为普遍，一般同时伴随有路基深层滑坡迹象。本 文介绍了在挡土墙下方布设人工挖孑Ｌ抗滑桩的设计 １２８建筑机械 弯￣Ｅ／ＭＮ。ｍ 剪力，ＨＮ 一５ ０ ５ １０ １５ ２０—５—３—１ １ ３ ５ ●＿ 乓 图８抗滑桩内力计算结果 方案，通过抗滑桩嵌人深部岩层防止路基深层滑 动，同时将桩身伸出地面一定长度以支护加固挡土 墙，该方案施工简便，可以达到标本兼治的效果。 ２０１６年２月３日铜川至旬邑高速公路正式通车以来， 挡土墙一直未破坏。 文中重点探讨了通过分析挡土墙所受主动土 压力作用点的位置以确定桩顶标高，对桩长进行优 化设计的分析思路，为同类工程的设计提供参考。 ［参考文献］ ［１］铁道部科学研究院西北研究所．滑坡防治［Ｍ］．北 京：人民铁道出版社，１９７７． ［２］张友葩．失稳挡土墙加固数值分析［Ｊ］．交通运输工 程学报，２００３，３（４）：１７－－２１． ［３］佘清荣．重力式挡墙组合加固方法应用［Ｊ］．福建建 筑，２０１０，１４０（２）：９７－－９９． ［４］张友葩．交通载荷下挡土墙的失稳分析［Ｊ］．北京科 技大学学报，２００３，２５（１）：１８－－２２． ［５］铁道部第二勘测设计院．抗滑桩设计与计算 ［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９８３． ［６］张天宝．土坡稳定分析和土工建筑物的边坡设计 ［Ｍ］．成都：成都科技大学出版社，１９８７． ＜
