桩侧有限土体失稳分析与加固技术

罗礼华、张帅、赵远华

中建市政工程有限公司，北京 100071

[摘要]：随着社会的高速发展和施工技术水平的持续提高，基础设施建设正面临着“大”、“高”、“难”以及多专业多领域相互交叉等技术管理难点。在此背景下，桥梁工程的建设也迎来了大自然原始地貌的挑战：高低起伏颇大的地形、陡峭的山体、施工便道和施工平台的缺乏、现场地质水文条件与勘测结果不符以及河道的冲刷侵蚀等。本文将结合项目实际施工过程中遇到的桩侧有限土体失稳与后期防护加固情形进行分析，提供一种该施工问题的解决思路与方案。

[关键词]：山区陡坡 桥梁施工 桩侧有限土体失稳与加固

1技术背景

大桥6^#墩位于临近省道右侧的高陡边坡上，坡度约为70°，根据地勘报告和设计图纸中的相关内容，该处地质情况为：上覆地层主要为第四系全新统残积坡碎石，下伏基层为侏罗系下统冯家河组泥质砂岩层，总体地貌属构造剥蚀中低山地貌。具体地层分布情况见下图、表：

图1 6^#墩地质纵断面

表1 地层属性表

地层名称	地层面高程	厚度（m）	特征
碎石	1872.394	15.913	黄褐色，稍密，稍湿，粒径2-6cm，承载力基本容许值[fa0]=350KPa，桩侧摩阻力标准值[qik]=90KPa
强风化泥质砂岩	1856.481	11.994	灰褐色，泥质砂岩结构，层状结构，节理裂隙很发育，承载力基本容许值[fa0]=400KPa，桩侧摩阻力标准值[qik]=100KPa
中风化泥质砂岩	1844.487	12.093	红褐色，泥质砂岩结构，层状结构，节理裂隙很发育，承载力基本容许值[fa0]=600KPa，桩侧摩阻力标准值[qik]=140KPa
	1832.394 (设计桩底标高）
桩位地质柱状图：

实地查看时发现上述墩位的6^#-0桩基外侧原状土已被破坏，开挖面积约300㎡，破坏高度近2m。6^#-0桩基原设计为桩长40m，直径2.2m的摩擦灌注桩，设计桩顶反力为9050KN，由于现场原状土被破坏可能导致桩基摩阻力损失而受力达不到要求，下面将采用极限承载力控制法对该桩摩阻力的损失值进行计算。

图2 6^#墩地形横断面

6^#墩单幅为双柱式墩，受力情况为单桩受压，在保证计算精度满足施工要求的前提下，为方便计算，作如下假定：

(1)桩基承受桩顶以上所有荷载且不考虑地下水等因素引起的负摩擦力影响，桩端处土体为不透水性；

(2)被开挖破坏范围按无土体处理，即有效桩长缩短为38m；

（3）受压情况为中心受压，不考虑偏心距带来的附加力矩。

该情况下摩擦单桩轴向受压承载力容许值[Ra]的计算如下：

	0.7
	0.65
	600
	1
	(21x13.913+23.8x11.994+25.6x12.093)/(13.913+11.994+12.093)
	40-2
	644.811
	3.14x2.2
	90x（15.913-2）+100x11.994+140x12.093
	3.14x（2.2/2）2
	16765.309

表2 承载力容许值计算表

_{按上述公式计算得到原状土未破坏前的容许承载力[Ra]}’=17460.224kN，则破坏引起的承载力损失为17460.22-16765.309=694.915kN，损失百分率为3.9%，安全系数为16765.309/9050=1.853。随后得出结论：一方面虽然原状土的破坏导致了部分摩阻力的损失，但结构仍有较大的安全系数保障，受力基本满足要求且原状土破坏深度较小，未触及深层土体，不会产生有害沉降；另一方面该处地势较陡，地震加速度较大，临近省道，宜尽量减少对原岩土体的扰动，防止桩侧土体进一步失稳。

_{2 加固技术施工工艺}

_{主要采用采用锚索框格梁+格内喷砼形式，防止桩基外侧土体进一步失稳，主要工艺流程：边坡修整 →锚索施工→网格梁施工→网格内喷砼。}

_{施工前根据桩侧可能失稳的土体进行受力分析，确定锚索长度、入岩深度、入岩角度，锚索施工过程中严格控制锚索角度和入岩深度，张拉实行分级张拉，确保锚索力学性能；网格梁施工时应保证网格梁与锚索的连接牢固，形成整体防护面；喷混凝土时注意养生，混凝土防止开裂、脱落。}

_{3 总结}

_{陡坡施工一直是山区桥梁工程的重难点，通常表现为：1）缺少工作面，不便于人员与机械难的正常施工；2）地质勘察资料与现场实际情况不符或原有地质遭到破坏；3）桩体有效桩长达不到设计要求；4）边坡防护加固方案的比选。本文以施工过程中工程的实际情况为背景，展示了一种立足于现场条件，以定量计算为依据，辅以施工经验的具有普遍适用性的技术难点解决思路。由此制定出的方案对类似工程提供一定的参考价值。}

_{参考文献：}

_{[1]《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007}

2. _{潘时声,候学渊.桩的刚度计算[J].岩土工程学报，1996(1)}

3. _{郑刚，对水泥土桩承载力确定的几个问题的分析[J].东南大学学报，2001}

4. _{杨养文,罗坤.钻孔灌注长桩桩侧摩阻力和建筑物沉降分析[J].岩土力学与工程学报,2008(6)}

5. _{周晓龙，桩侧摩阻力下的有效桩长讨论.岩土工程界，2009（10）}