微型樁技術在堆積層滑坡應急處置中的應用
——以湖北英山縣石鼓寺滑坡為例

毛 帥，鄒 浩，穆景超，王 超，陳慧娟，胡 聰

1.湖北省地質局第三地質大隊，湖北黃岡 438000；2.鄂東北區域性地質災害防治研究中心，湖北黃岡 438000；3.資源與生態環境地質湖北省重點實驗室（湖北省地質局），湖北武漢 430034

滑坡是黃岡地區主要地質災害類型，每年汛期新發生的地質災害中有80%是滑坡（鄒浩等，2017）?；掳l生后如不進行妥善的應急處置，往往會進一步發育，造成更大的危害，同時增加后期的治理成本。當前對滑坡進行應急處置的常用手段主要有削方減載、擋土墻、格構工程、掛網噴砼等，此類工程技術手段具有對施工場地要求高、施工工期長、造價高、材料用量大且倒運麻煩等問題（劉衛民等，2007；劉凱等，2008）。相比之下，近年來受到人們廣泛關注的微型樁技術具有靈活便捷、耗費時間短、對環境影響小、治理效果好等顯著優勢。

微型抗滑樁（群）由意大利學者Lizzi于20世紀50年代提出，隨著鉆探技術的發展，被廣泛應用于邊坡的應急處置工程（Lizzi，1971；Zienkiewicz et al.，1975；Bruce et al.，1995；孫書偉，2015；裴振偉等，2021）。贠正利等（2019）通過微型樁群在高位滑坡應急治理中的實例分析，認為微型樁群治理高位滑坡可達到快速穩固滑坡的目的，其技術可行、施工便捷、支擋效果明顯。眾多研究者通過對微型樁在滑坡應急處置中應用實例分析，論證了微型樁在工程搶險中工期短、工藝簡單等優點（蔣權翔等，2016；魯志強和帥品南，2021）。在微型樁排列組合研究方面，牛文慶（2016）通過模型試驗研究了“人”字形、平行體系兩種微型樁組合體系下的土壓力及樁身內力情況，得出了“人”字形體系微型樁組合整體性能優于平行體系微型樁組合的結論。大量研究者從微型樁選取位置、樁長、樁截面、樁間距四個方面進行了論述，提出了具體的方法理論（程林林和龍嬌，2018；郭愛國等，2019）。張少衛和楊帆（2017）認為在合理的樁間距、排間距和錨固深度的情況下,當滑體的含水率在10%左右時3 排樁的加固效果比較好。王孝哲和劉林林（2020）、劉凡和劉志偉（2021）認為傾斜微型樁群加固堆積層邊坡較垂直微型樁支護效果更為明顯，且傾角為60°時效果最佳，最優支護方案傾斜微型樁群與樁前土體協同變形。一些學者研究了微型樁受力變形特性和滑坡推力傳遞規律，結果表明雙排微型樁承受的滑坡推力主要集中在滑面以上1/3 樁身范圍內，樁間距為樁直徑的5 倍時，樁群承受的滑坡推力最大（胡時友等，2018；黃勇軍等，2021；馬鵬杰等，2023）。陳光平（2021）對比分析了均質土坡與土巖二元結構邊坡微型樁群在不同峰值加速度工況下的動力特性。微型樁在膨脹土滑坡治理中應用時，一些學者給出了便于設計加固方案時采用的參照系數及其取值范圍（韋晨等，2019）。劉兵民和孫慧峰（2017）闡述了微型樁復合地基受力特點,特別強調了樁間土側限和樁土共同作用的重要性。在微型樁力學計算方法上面，牛巖和張良發（2022）將多排樁等效為一排樁進行力學計算，化繁為簡，提高了計算效率和精度。

微型樁種類繁多，常見為獨立型、框架型、頂板型及空間網狀型。因單樁抗彎能力有限，因此在滑坡治理中通常采用梅花聯排的方式布置；微型樁樁頂一般設置連系梁，將微型樁橫向縱向呈網狀連接起來，采用混凝土進行整體澆筑，使得整體抗彎能力增強，且可與土體形成整體進行抗滑，抗彎效果進一步提升。微型抗滑樁（群）具有形式多樣、施工方便、擾動小、作業面小、機械化程度高、工期短、見效快、成本低且可有效揭露地質體等優點，有助于準確判斷滑動面位置，并且微型樁應用靈活，可以和擋土墻、格構錨固等工程組合使用，發揮綜合抗滑作用。微型抗滑樁適用于各種類型的中小型邊（滑）坡的應急處置，尤其適用于松散堆積型土質滑坡或巖石比較破碎的巖質滑坡。需要注意的是，微型抗滑樁（群）也有局限性，由于需鉆孔灌注，因此不適用于巖質堅硬的巖質滑坡或孤石較多不易鉆進的巖土混合滑坡（周德培等，2009；鄒浩等，2021）。同時因樁長細比較大，截面較小，抗剪抗彎能力有限，微型抗滑樁（群）不可單獨應用于超深層、下滑力大的大型和巨型滑坡治理。

本文以英山縣石鼓寺滑坡應急處置方案為例，闡述微型樁技術在滑坡應急處置中的應用和主要技術方法，這對微型樁技術在黃岡地區的小型土質滑坡應急處置中的推廣應用具有示范借鑒意義。

1 地理與地質背景

石鼓寺滑坡位于英山縣吳家山林場石鼓寺后山，距英山縣城約50 km（圖1）?；聟^屬長江中下游北亞熱帶濕潤季風性氣候，年平均降水量為1462 mm，日最高降雨量220 mm?；聟^位于構造剝蝕中山-低山區，海拔高程一般在500～1729 m，地形切割深度200～400 m，坡度多在25°～45°。區內山頂多呈微凸狀，河谷、沖溝較為發育，植被茂密。

圖1 英山縣石鼓寺滑坡位置示意圖Fig.1 The location of Shigushi landslide in Yingshan County

該區域發育古生界佛嶺寨單元（PzF）、第四系崩積層和殘坡積層（Q4col+dl）。古生界佛嶺寨單元露頭主要分布于坡頂，巖性為片麻狀黑云二長花崗巖，巖石風化面為淺灰色，新鮮面為灰色，粒狀變晶結構，弱片麻狀構造。第四系崩積層和殘坡積層廣泛分布于斜坡表層，主要為粘性土夾碎石塊，雜色，松散，主要物質來源為強-全風化黑云二長花崗巖。

滑坡區內巖土體按工程地質巖組劃分為第四系松散土體、堅硬-較堅硬花崗巖兩大工程地質巖組。第四系松散土體巖組主要分布于坡體表層，由第四系沖積、沖洪積、坡殘積粉質黏土、粉質黏土夾碎石、碎石夾黏土、黏土、砂礫卵石、砂等巖土組成，巖土體粒度不均，結構松散，易飽水軟化。堅硬-較堅硬花崗巖巖組分布于坡頂，主要為片麻狀黑云二長花崗巖，堅硬、性脆，抗風化能力較強，力學強度高，干抗壓強度87.72～120.82 MPa，以剛脆性變形為主?；聟^孔隙水主要有松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩類。松散巖類孔隙水主要分布于沖溝和坡表，地下水位埋深2～3 m，水位埋深隨季節變化?；鶐r裂隙水賦存于黑云二長花崗巖裂隙中，該含水巖組富水性差，水量極小。

區內人類工程活動較為強烈，主要為建房切坡、修路切坡、旅游項目開發等，改變了斜坡結構，對地質環境影響較大。

2 滑坡基本特征

滑坡平面上呈圈椅狀，主滑方向165°，與坡向基本一致（圖2）。剖面形態呈階梯狀，前緩后陡，整體坡度40°?；伦笠硪陨郊篂榻?，右側以沖溝為界，剪出口位于石鼓寺后部受損擋墻的中部，后緣以滑壁為界?；戮哂忻黠@的牽引式特征，滑坡首先從前緣薄弱部位剪出，形成初級滑坡，進而使后緣及周圍斜坡失去支撐發生變形滑動，滑坡的范圍和規模進一步擴大。

滑坡前緣高程約838 m，后緣高程約870 m，高差約32 m；滑坡縱向長55 m，寬45 m，面積2475 m2，平均厚度7.5 m，體積18562.5 m3，屬于小型土質牽引式滑坡?；w主要為第四系崩積層和殘坡積（Q4col+dl）碎塊石土，土石比9：1～8：2，松散，硬塑。碎塊石成分主要為黑云二長花崗巖，碎塊石直徑2～50 cm，最大達2 m，呈棱角狀?；瑤Оl育于第四系殘坡積層碎石土層中錯動帶，滑面剖面上呈弧形，滑床為第四系殘坡積層碎石土。

滑坡主要變形特征為：滑坡后緣下錯形成滑坡后壁高度近2～3 m，坡度約50°～60°，滑坡后緣多處塊石崩積物局部懸空，隨時有崩落的可能。坡體中后部可見多棵傾斜的“馬刀樹”?；聝蓚瘸霈F剪切裂縫，裂縫寬0.2～0.5 m，深0.5～1 m，走向140°～155°，造成坡體上的截水溝被剪斷，錯斷距離0.5～0.8 m?；虑熬壐善鰤K石擋土墻發生明顯鼓脹變形，變形部位相對地面高1.9 m，該部位擋土墻向外鼓脹變形約0.8 m，造成墻前房屋出現裂縫?；掳l生后，設置在滑坡中部、前緣的兩個監測點（1#、2#）顯示（圖3），2020 年7 月18 日累計位移量分別為165 mm、172 mm，且單日位移速率呈明顯增大趨勢。

圖3 石鼓寺滑坡累計位移量和日降雨量圖Fig.3 Accumulated displacement and daily rainfall map of Shigushi landslide

3 滑坡穩定性分析

穩定性計算模型主要根據滑坡I-I′剖面（圖4），結合地質條件和滑坡變形破壞特征確定滑坡穩定性的計算模型（圖5）。

圖4 石鼓寺滑坡應急處置工程剖面布置圖Fig.3 Section layout of Shigushi landslide emergency treatment works

圖5 石鼓寺滑坡不平衡推力計算條分圖Fig.5 Strip diagram for calculation of unbalanced thrust of Shigushi landslide

根據滑坡的地質背景和形成機制，穩定性計算分以下兩種工況：

工況Ⅰ：天然工況，考慮滑坡體在現狀條件下不受外界因素的影響。

工況Ⅱ：暴雨工況，考慮在滑坡區遭遇暴雨時，地表排水工程失效造成降雨下滲使潛在滑坡體重量增加。

根據《滑坡防治工程設計規范》（GB/T 38509-2020）（國家市場監督管理總局和國家標準化管理委員會，2020）確認該防治工程為III 級，工況Ⅰ安全系數取1.2，工況Ⅱ安全系數取1.15。本次滑帶土的物理和力學指標依據滑坡勘查測試成果、當地經驗和參數反算分析綜合確定。天然狀態（工況Ⅰ）：重度γ=19.2 kN/m3，粘聚力c=17.5 kPa，內摩擦角φ=15.5°；飽和狀態（工況Ⅱ）：重度γ=22.0 kN/m3，粘聚力c=15.2 kPa，內摩擦角φ=14.3°。本次穩定性計算公式采用不平衡推力傳遞法，使用理正軟件計算。經計算，次級滑坡天然工況下，穩定性系數為1.053，處于基本穩定狀態；暴雨工況下，穩定性系數為0.986，處于不穩定狀態。一級滑坡天然工況下，穩定性系數為1.119，處于基本穩定狀態；暴雨工況下，穩定性系數為0.995，處于不穩定狀態（表1）。

表1 石鼓寺滑坡穩定性計算結果Table 1 Stability calculation results of Shigushi landslide

綜合滑坡現場調查、工程勘察、穩定性計算以及滑坡監測等，石鼓寺滑坡處于不穩定狀態，在暴雨等不利條件下，將加速下滑。該滑坡為牽引式小規模土質滑坡，且位于半山腰，具有較大的勢能，一旦滑動將形成高速遠程滑坡，對坡下石鼓寺造成嚴重威脅。且滑坡表層分布大量的塊石崩積物，一旦失穩滾落，將直接威脅坡下500 m范圍的人民群眾生命財產安全。綜上，對滑坡須采取應急處置工程，防止其進一步變形失穩。

4 微型樁應用分析

4.1 應急處置難點

（1）滑坡穩定性差，時間緊急?；庐敃r處于不穩定狀態，根據監測顯示該滑坡每天均在發生位移（圖3），隨時可能發生失穩。應急處置工程應盡早實施，且工期不宜過長，應急工程應以最短的時間發揮實效，提高滑坡的穩定性；同時應急工程應盡可能降低對滑坡的擾動，這要求工程設備應輕便，工程措施不宜對坡體巖土進行挖填等。

（2）空間狹窄，運輸困難?；聟^僅能通過石鼓寺景區內部石階道路通往山下公路，運輸材料設備等只能依靠人工轉運，運輸條件比較差；大型機械設備無法進入滑坡區；施工空間狹窄，石鼓寺古廟不能拆移；原擋土墻不能拆除，否則滑坡失去支擋將失穩滑動。

4.2 總體思路

結合該滑坡的穩定性分析結果和應急處置的難點分析，應急處置工程應具備輕便靈活、機械化程度高、工藝簡單、安全可靠等特點。應急處置分三步：第一步，立即采取微型樁工程穩固滑坡，阻止滑坡進一步下滑；第二步，拆除原受損擋土墻，在原址新建鋼混結構擋土墻；第三步，清除坡體危巖體，完善滑坡截排水溝，恢復坡體植被和生態環境。

4.3 具體方案設計

4.3.1 滑坡推力計算

采用穩定性分析計算的滑坡模型，巖土體計算參數選用暴雨飽和狀態（工況Ⅱ）參數值：γ=22.0 kN/m3，c=15.2kPa，φ=14.3°，計算方法采用傳遞系數法，計算得出主滑方向上滑坡剩余下滑力為224.95 kN/m。

4.3.2 布設位置選取

微型樁一般布設在滑坡的中前部的阻滑段，以最大化發揮阻滑段的作用，減少工程投入，降低工程成本；還需要考慮地層性質和地形地貌，結合地質勘查資料，應選巖性便于鉆進，孤石較少的部位，地形上應盡可能平緩，減少施工便道投入；選取滑動面傾角和滑體厚度小的部位。綜上，結合滑坡推力計算結果和石鼓寺滑坡地形地貌情況，選取在滑坡中前段，前緣坡腳平距10 m 的平臺上布設兩排微型樁，共計42根（圖4、圖6）。

圖6 石鼓寺滑坡應急處置工程平面布置圖Fig.6 Layout plan of Shigushi landslide emergency treatment works

4.3.3 樁截面的選取

根據傳遞系數法計算得到滑坡的剩余推力：

En=224.95 kN/m

根據《抗滑樁治理工程設計規范（試行）》（T/CAGHP 003-2018）（中國地質災害防治工程行業協會，2018），微型樁間距一般取0.5～2.0 m，本次樁的間距按1.0 m考慮，樁的排數為2排，呈“品”字形布置。鋼筋選用工字鋼，取鋼筋的抗拉強度設計值fs=335 N/mm2。因為是永久工程，安全系數Ks=1.80。

計算得出每根樁應該配置的鋼筋平均截面面積為：

式中，Ks為鋼筋截面設計安全系數；n為微型樁布置排數；Tn為微型樁應承擔的側向力；fs為鋼筋的設計強度值。

根據計算結果，結合微型樁設計規范和類似工程經驗選用微型樁截面直徑（D）為150 mm，內置鋼筋采用I10熱軋普通工字鋼，采用M30水泥砂漿注漿，滿足設計要求（圖7）。

圖7 微型樁斷面圖Fig.7 Section of micropile treatment works

4.3.4 微型樁長度

微型樁的受力較為復雜，在滑面處除主要承受剪力外，還有彎矩和軸向拉力，隨著變形增大，當樁身發生開裂后，鋼筋所受的拉力逐漸增加，如果微型樁的樁長不足，在鋼筋拉力的作用下，就可能發生類似錨桿被拔出的破壞。為了避免由此類破壞引起微型樁失效，在進行微型樁的設計計算時，必須對微型樁的抗拔力（即錨固力）進行驗算。微型樁的錨固長度（L）可按下列公式計算，并取其中的較大值：

式中：As為鋼筋截面面積，I10 工字鋼截面面積為1430 mm2；K為安全系數，選取1.8;qt為水泥結石體與巖土孔壁間的粘結強度設計值；n為鋼筋根數；d為單根鋼筋的直徑;ξ為折減系數，取1.0；qs為水泥結石體與鋼筋間的粘結強度設計值。

微型樁嵌固段長度為6.5 m，滑體厚度8.0 m，微型樁露出地面0.5 m，以便于設置樁頂連系梁，故單根微型樁設計總長度平均為15.0 m（圖8）?？倶堕L滿足規范對微型樁嵌固段長度大于1/4總樁長的要求。在工程實施過程中，根據鉆探工作對地質體揭露的變化情況，做好地質編錄。當滑帶土埋深有較大變化時，適當調整樁長，以滿足工程技術要求。

圖8 微型樁結構示意圖Fig.8 Schematic diagram of micropile structure

4.3.5 連系梁設計

為提高微型樁的整體抗性，在微型樁頂部設置連系梁，連系梁寬1.55 m，高0.5 m，每排樁采用一根I10 工字鋼焊接，兩排樁之間通過I10 工字鋼連接，形成穩固的三角形結構（圖9、圖10）。連系梁主體采用C30混凝土進行澆筑，施工效果較好。

圖9 連系梁大樣圖Fig.9 Detail drawing of coupling beam

圖10 連系梁斷面圖Fig.10 Cross section of tie beam

4.3.6 數值模擬驗證

為驗證微型樁實施效果，在ABAQUS 有限元軟件中建立滑坡數值分析模型進行穩定性計算，得到微型樁支護前與支護后滑坡水平位移云圖（圖11），可以看出微型樁支護前滑坡變形較大位置主要集中在滑體前緣，滑體水平位移（U1）最大值為8.1 cm（圖11a）。設置微型樁后滑坡變形較大位置集中在抗滑樁后緣，水平位移最大值減小到1.4 cm（圖11b），而微型樁前緣滑體的水平位移不足1 cm，表明微型樁可有效控制滑坡變形。

圖11 微型樁支護前后滑坡水平位移云圖Fig.11 Cloud map of horizontal displacement of Shigusi landslide before and after micropile support

4.4 應用效果分析

應急處置方案確定之后，按照應急處置方案，立即開展應急處置工作。2020 年7 月20 日開始緊急排險工程，通過人工搬運將4臺鉆機等設備運達指定位置，實施微型樁工程。根據施工期間監測數據，微型樁應急排險工程啟動后，滑坡位移變形速率逐步降低。2020 年7 月26 日微型樁工程總體完工，滑坡位移變形停止（圖3）。經后續長期監測，滑坡未發生新的變形，達到了應急處置的目的，工程總體效果較好。

4.5 推廣應用分析

黃岡地區主要發育前寒武紀變質巖和古生界花崗巖。經過多期構造剝蝕等作用，區內山體結構破碎，巖石節理、裂隙發育，風化后易形成全-強風化殘積土層，經搬運作用堆積于山腳形成坡積層。堆積層與下覆基巖理化性質差異較大，兩者交界部分往往會演化為滑坡的滑動面，由此形成了具有黃岡地域特點的堆積層滑坡。

總結堆積層滑坡的成因條件和地質結構以及微型樁的技術特點可以發現，黃岡地區堆積層滑坡在宏觀上具有點多面廣、易發育、危害大的特點，微觀上具有層厚不大，上軟下硬的地質結構。微型樁樁徑小，對嵌固段巖土體強度要求高，而堆積層滑坡下覆基巖強度較大，契合微型樁嵌固段的工程地質條件要求；在微型樁施工過程中，隨著鉆進深度加深，鉆進速度會呈下降趨勢，且基于微型樁長細比較大，柔性突出的特點，不宜應用于深層滑坡（滑坡體厚度＞20 m）。黃岡地區堆積層滑坡均為中淺層滑坡，能夠兼顧微型樁的施工效率和抗彎強度。

綜上分析，微型樁技術比較契合黃岡地區堆積層滑坡應急處置的技術要求，能夠滿足堆積層滑坡快速處置和安全穩定的目標，具有較好的推廣應用價值。

5 結論與建議

（1）應用微型樁技術對英山縣石鼓寺滑坡進行應急處置，較好發揮了微型樁技術工期短、見效快、占地少等優點，有效克服了應急處置中的空間小、時間緊等困難，應急處置工程效果良好。

（2）經過類比分析，綜合考量黃岡堆積層滑坡的宏觀發育特點和微觀的結構特征，微型樁技術比較契合黃岡堆積層滑坡的應急處置條件和要求，其推廣具有較好的社會效益、環境效益、經濟效益。

（3）本文對于微型樁的工藝特點和相關參數進行了研究，但對其應用于滑坡不同部位效果、不同樁位樁體差異等研究相對不足，建議在后續的推廣實踐中加大研究力度，進一步總結微型樁的技術特點，提高應用的針對性和實效性。