庫岸邊坡抗滑樁上滑坡推力試驗(yàn)研究

熊啟東，李成芳，孔凡林

（重慶市建筑科學(xué)研究院 重慶 400015）

1 引言

長期以來，抗滑樁作為一種支擋抗滑結(jié)構(gòu)物被廣泛應(yīng)用于滑坡及邊坡的穩(wěn)定性治理中，它的抗滑原理主要為:

依靠滑面以下部分的錨固作用和被動抗力來共同平衡作用在樁上的滑坡推力；樁距在一定范圍時(shí)，可以借助樁的受荷段與樁背土體及樁兩側(cè)的摩阻力形成土拱效應(yīng)，使滑體不至于從樁間滑出；承受了樁間距范圍之內(nèi)滑體所產(chǎn)生的滑坡推力。

實(shí)踐表明，抗滑樁具有以下優(yōu)點(diǎn):

抗滑能力較大，工程量較小，在滑動面深、滑坡推力大的情況下，較其它的抗滑工程經(jīng)濟(jì)、有效；樁位靈活，可以設(shè)在滑坡體中最有利于抗滑的部位，可以單獨(dú)使用，也能與其它建筑物配合使用；抗滑樁施工方便，所需的設(shè)備簡單，具有工程進(jìn)度快、施工質(zhì)量較好、相對安全等優(yōu)點(diǎn)，施工時(shí)可間隔開挖，不致引起滑坡條件的惡化，施工中如果發(fā)現(xiàn)問題也易于補(bǔ)救；開挖樁孔能校核地質(zhì)情況，檢驗(yàn)和修改原有的設(shè)計(jì)，使其更符合實(shí)際；對整治處在緩慢滑動階段的滑動特別有利。

基于以上優(yōu)點(diǎn)，抗滑樁成為滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理中一種非常有效的支擋結(jié)構(gòu)物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，迄今為止，它是在滑坡治理中應(yīng)用得最多的工程結(jié)構(gòu)物。雖然國內(nèi)外在抗滑樁加固整治滑坡方面的實(shí)踐和理論研究已取得了很多成果，但仍存在諸多的不足和有待改進(jìn)的地方，設(shè)計(jì)計(jì)算理論中采用了許多假設(shè)，沒有很好地考慮樁-土間的相互作用，在分析復(fù)雜抗滑體系中很難與實(shí)際受力狀況相符。如在抗滑樁設(shè)計(jì)中，滑坡推力的分布圖式通常簡化為三角形或四邊形，但由于滑坡體組成結(jié)構(gòu)不同，滑坡推力分布特征就不同，而滑坡推力分布圖式選擇是否合理，直接影響著滑動面以上自由段樁身內(nèi)力計(jì)算是否準(zhǔn)確，進(jìn)而影響著滑動面以下嵌巖段樁身內(nèi)力計(jì)算的準(zhǔn)確性，影響抗滑樁設(shè)計(jì)的合理性。另外，樁身所受的推力分布特征與庫水位漲落有直接關(guān)系，隨其漲落而變化，而在該研究領(lǐng)域，國內(nèi)外研究成果仍不多見。本文結(jié)合一工程案例，對抗滑樁在水位漲落情況下的滑坡推力變化狀態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測，得到了一些有益的結(jié)論。

2 工程概況

重慶三峽庫區(qū)某滑坡治理工程，位于長江岸邊，滑坡后緣具有明顯的圈椅狀地形，滑坡后壁地貌清晰，高程320～250m，地形坡度約40O，出露強(qiáng)風(fēng)化紫紅色粉砂質(zhì)泥巖，滑體后部為滑坡平臺，坡度約8O。高度220m以下為坡度17O的斜坡，其中高度175m有一緩坡臺階。滑體前緣剪出口位于長江河漫灘之上，高程約為146m。滑體的主滑方向?yàn)?50O～170O，滑動面平均坡度20O左右，滑體厚度在8～28m之間，其后緣平臺及中部厚度較大，前緣相對較薄，滑體面積12萬平方米，總方量300萬立方米，屬于大型滑坡。

該滑坡體的地層巖性為:斜坡體表面為碎石土，由灰?guī)r、泥灰?guī)r塊石、碎石組成，塊石直徑20～100cm，呈棱角狀，結(jié)構(gòu)松散～稍密，稍濕。碎石土之下為粉質(zhì)粘土，坡積成因，位于滑面上則成為滑帶土，可塑狀～硬塑狀，含不均勻分布的泥巖碎石，土質(zhì)較均勻。粉質(zhì)粘土之下為泥巖。

3 監(jiān)測點(diǎn)布置

該滑坡治理工程，采用抗滑樁進(jìn)行支護(hù)，分別選取滑坡主滑方向上的五根抗滑樁（分別以1號、2號、3號、4號、5號表示），在滑動面以上樁背與土體接觸位置處，及滑動面以下樁面與土體接觸位置處，布置土壓力盒。對于每根樁，土壓力盒沿樁身軸線每間距2～3m布置一個(gè)，共布置100多個(gè)土壓力盒，以監(jiān)測樁身所受土壓力在庫水位漲落工況下的變化特性。滑坡體典型地質(zhì)剖面如圖1所示。

圖1 滑坡體主滑方向典型地質(zhì)剖面圖

4 土壓力分布規(guī)律監(jiān)測分析

通過對土壓力進(jìn)行長達(dá)3年的監(jiān)測，得到了樁背土壓力變化曲線如圖2～圖6；樁前與抗滑土體接觸處土壓力變化曲線如圖7～圖11。

圖2 1號抗滑樁樁后土壓力分布曲線圖

圖3 2號抗滑樁樁后土壓力分布曲線圖

圖4 3號抗滑樁樁后土壓力分布曲線圖

圖5 4號抗滑樁樁后土壓力分布曲線圖

圖6 5號抗滑樁樁后土壓力分布曲線圖

從圖2～圖6可得到如下結(jié)論：

（1）滑坡推力分布形態(tài)基本上可近似認(rèn)為呈梯形分布。

（2）水位從145m上升到175m，然后又從175m水位降到145m，土壓力逐漸變大，但水位上升階段，土壓力沿樁身軸線基本呈線性增長，且增長幅度較小，土壓力變化量在100kPa左右。土壓力增大的主要原因在于：由于庫水位的升高，庫岸的水文地質(zhì)條件發(fā)生了很大的改變，其巖土物理力學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)惡化，巖土體的抗剪強(qiáng)度降低，浮托力增大，原處于極限平衡狀態(tài)或接近極限平衡狀態(tài)的庫岸邊坡往往發(fā)生滑動變形，從而導(dǎo)致滑坡推力增大。

而水位下降階段，土壓力則呈非線性變化，土壓力增長幅度較大，變化量在250kPa～350kPa之間，且滑動面位置處土壓力增長幅度更大，這是因?yàn)閹焖欢附禃r(shí)，由于巖土體排水不暢，岸坡中的地下水形成了滯后的滲透力，使得坡體的下滑力急劇增加，促使滑坡推力增大，穩(wěn)定性降低，其變形破壞增大。由此表明，水位下降引起的動水壓力對抗滑樁內(nèi)力的影響非常之大而不容忽視。

圖7 1號抗滑樁樁前土壓力分布曲線圖

圖8 2號抗滑樁樁前土壓力分布曲線圖

圖9 3號抗滑樁樁前土壓力分布曲線圖

圖10 4號抗滑樁樁前土壓力分布曲線圖

圖11 5號抗滑樁樁前土壓力分布曲線圖

從圖7～圖11可得到如下結(jié)論：

（1）樁前剩余抗滑力在水位上升階段呈梯形分布；在庫水位下降瞬時(shí)，滑坡推力分布形態(tài)發(fā)生突變，呈倒梯形分布。

（2）水位從145m上升到175m，土壓力逐漸變大，沿樁身軸線基本呈線性增長，且增長幅度較小，土壓力變化量在50～100kPa左右，表明由于庫水位的升高，樁后巖土體的抗剪強(qiáng)度降低，作用在樁上的滑坡推力增大，樁前抗力相應(yīng)增加。

而水位下降階段瞬時(shí)，土壓力增長幅度較大，最大變化量在300kPa左右，且表現(xiàn)為：樁底位置處土壓力有所減小，而滑動面位置處，土壓力迅速增大，這是因?yàn)閹焖欢附禃r(shí)，滑坡推力迅速增大而使得抗滑樁繞滑面以下某點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動點(diǎn)以上，樁身轉(zhuǎn)動位移壓縮樁前土體而使得樁土接觸應(yīng)力增大，而滑面位置位移量最大，則土壓力必然也最大；對于轉(zhuǎn)動點(diǎn)以下部分，尤其是樁底位置處，樁身變形方向與滑坡體方向相反而造成樁土接觸應(yīng)力變小，故土壓力反而有所降低。

5 結(jié)語

本文通過一工程監(jiān)測案例，分析了三峽庫水位漲落情況下，滑坡推力和剩余抗滑力的變化規(guī)律，得到了如下結(jié)論：

（1）滑坡推力分布圖式為梯形分布，剩余抗滑力在水位上漲階段呈梯形分布，而水位下降瞬時(shí)則呈倒梯形分布。

（2）水位下降引起的動水壓力比靜水壓力對滑坡推力的貢獻(xiàn)要大。

（3）水位上升工況，樁底提供的抗力最大；而水位下降工況，樁前滑面位置處土的接觸應(yīng)力最大。

[1]DB50/5029-2004，地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范[M].

[2]潘家錚.建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析，北京:水利出版社，1980.

[3]鐵道部第二勘測設(shè)計(jì)院.抗滑樁設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京：中國鐵道出版社，1983.

[4]YS5229-96，巖土工程監(jiān)測規(guī)范[M].