預(yù)錨格構(gòu)體系治理滑坡工程的現(xiàn)場監(jiān)測及分析

郭 敏

1 工程概況

1.1 工程簡介

某山坡坡體主要為土質(zhì)材料,僅在坡腳有少許基巖出露,山坡坡度相對較陡,一般在 40°左右,局部區(qū)域可達(dá)60°以上。本區(qū)雨量充沛,氣候濕潤,年相對溫差較大,雨季降水集中,在重力、降水及人類活動(dòng)影響下,多個(gè)區(qū)域已經(jīng)或者將要發(fā)生滑坡。為此,對該滑坡采用了預(yù)錨格構(gòu)體系進(jìn)行加固。

1.2 工程地質(zhì)條件

①1素填土:灰黃色,稍濕～濕,稍～中密,以黏性土為主,含少量碎石,植物根等,頂部見較多螺貝殼碎片。該層整個(gè)場地分布,厚度在2.80 m～4.60 m之間,欠均質(zhì),低強(qiáng)度。②-1粉質(zhì)黏土:灰黃色,稍濕～濕,可～硬塑,局部堅(jiān)硬,夾有姜結(jié)石(局部密集,少量大于11 cm)及灰白色條紋,結(jié)構(gòu)松散。層面向南傾斜,層厚在2.10 m～16.90 m之間。欠均勻,中等壓縮性,中等強(qiáng)度地基土。②-2粉質(zhì)黏土:灰黃色～褐黃色,稍濕～濕,硬塑～堅(jiān)硬,局部可塑,夾有姜結(jié)石(局部密集)及灰白色條紋,有蟲孔,結(jié)構(gòu)較疏松。該層整個(gè)場地分布,層面向南傾斜,層厚在3.20 m～12.80 m之間。中等壓縮性,中高強(qiáng)度地基土。②-3粉質(zhì)黏土:褐黃色,稍濕～濕,硬塑～堅(jiān)硬,粉質(zhì)重。層面向南傾斜,層厚在0 m～3.20 m之間。屬中等壓縮性,中高強(qiáng)度地基土。③-1粉質(zhì)黏土:褐黃～褐紅色,稍濕～濕,硬塑為主,局部堅(jiān)硬,含大量鐵錳質(zhì)結(jié)核及少量姜結(jié)石。層面向南傾斜,層厚在3.00 m～7.00 m之間。屬中等壓縮性,高強(qiáng)度地基土。③-2粉質(zhì)黏土:褐黃色,濕,可塑,粉質(zhì)重,層厚1.8 m。屬中等壓縮性,中等強(qiáng)度地基土。③-3粉質(zhì)黏土夾黏土:褐黃～褐紅色,濕,硬塑～堅(jiān)硬,含大量鐵錳質(zhì)結(jié)核,夾姜結(jié)石,層厚在3.30 m～4.70 m之間。屬中偏低壓縮性,高強(qiáng)度地基土。③-4白云質(zhì)灰?guī)r碎石土。

1.3 工程設(shè)計(jì)方案

根據(jù)可能的滑坡范圍、滑體厚度和土層分布等工程地質(zhì)條件,把該滑坡分為13個(gè)區(qū)進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算和分析。考慮到邊坡較陡,抗滑樁的加固效率不高,決定采用預(yù)錨格構(gòu)體系進(jìn)行加固處理[1],其中水平向框架梁(錨桿)與豎向錨桿編號(hào)如圖 1所示(第一段),第二、三段的編號(hào)依次即可。水平橫梁截面尺寸為450 mm×500 mm,連系梁尺寸為200mm×250 mm,錨桿長17.0m,錨固預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值為500 kN。

2 現(xiàn)場監(jiān)測及分析

2.1 拉拔試驗(yàn)

對北坡Ⅱ區(qū)的Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ段各選了3根錨桿進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。結(jié)果表明,本次試驗(yàn)當(dāng)錨頭位移在25 mm之內(nèi)時(shí),拉拔力與錨頭位移基本呈線性變化關(guān)系,拉拔力在800 kN～1 000 kN。

2.2 框架橫梁彎矩監(jiān)測

圖2為張拉剛剛結(jié)束時(shí),坡腳處P1-C橫梁、坡中P2-C橫梁和坡頂處P3-C橫梁的彎矩圖。從圖2中可以看出,在張拉剛剛結(jié)束時(shí),邊坡不同高度位置橫梁的彎矩幾乎沒有明顯的差別。這是因?yàn)閺埨┕r(shí)間通常較短,滑(邊)坡體的應(yīng)力還來不及調(diào)整,此時(shí)的框架梁受力可以視為傳統(tǒng)的地基梁模型,并可按傳統(tǒng)的地基梁理論進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算[3]。在張拉施工結(jié)束后,歷時(shí)7個(gè)月時(shí)間完成了25次監(jiān)測工作,在監(jiān)測期間框架梁的彎矩不斷變化,但這之后各區(qū)段框架梁的彎矩變化就并不明顯。如圖3所示為最后一次監(jiān)測的P1-C,P2-C和P3-C橫梁的彎矩圖,各段彎矩具有顯著變化:坡腳附近的框架梁彎矩比剛張拉結(jié)束后有所增加,而坡頂附近的框架梁彎矩有所減小。因此,滑(邊)坡在后期的工作狀態(tài)下,框架梁的彎矩值并不能直接按照傳統(tǒng)的地基梁模型進(jìn)行計(jì)算,有必要對現(xiàn)行的設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)[3]。

2.3 錨桿的軸力監(jiān)測

在張拉工作剛剛結(jié)束時(shí),P1-B—P1-10交叉點(diǎn)處錨桿、P2-C—P2-8交叉點(diǎn)處錨桿和P3-A—P3-12交叉點(diǎn)處錨桿的軸力監(jiān)測值如圖4所示,表明在張拉階段工序剛完成時(shí),在相同的拉拔力下錨桿的軸力并不存在差別。但若滑(邊)坡體經(jīng)過應(yīng)力的重新調(diào)整,達(dá)到最終的應(yīng)力平衡狀態(tài),坡體上不同位置錨桿的軸力就發(fā)生了顯著變化,如圖5所示為7個(gè)月后最后一次的監(jiān)測結(jié)果,坡腳處的錨桿軸力顯著增大,而坡頂處錨桿的軸力與拉拔階段變化不大。因此,在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮坡體完成應(yīng)力調(diào)整過程后錨桿的最大軸力是否會(huì)超過其設(shè)計(jì)值。

3 結(jié)語

1)實(shí)際監(jiān)測表明框架梁和錨桿的受力是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程,這是因?yàn)榛?邊)坡的應(yīng)力場在不斷地調(diào)整變化。2)張拉階段邊坡不同高度的框架梁的彎矩、軸力相差很小,但隨著時(shí)間增長(最終平衡工作狀態(tài)),坡腳處的框架梁和錨桿內(nèi)力均顯著增大。

因此,預(yù)錨格構(gòu)體系支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不能僅僅依據(jù)張拉階段的受力狀態(tài),而應(yīng)該考慮滑(邊)坡的實(shí)際力學(xué)性能。

[1]李 忠,朱彥鵬.框架預(yù)應(yīng)力錨桿邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算方法及其應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,24(21):3922-3926.

[2]夏 雄,周德培.Winkler彈性地基上預(yù)應(yīng)力錨索地梁內(nèi)力的計(jì)算方法[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2005(1):46-48.

[3]梁 瑤,周德培,趙 剛.預(yù)應(yīng)力錨索框架支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,25(2):318-322.

[4]張 偉,王 鴻.某縣滑坡成因機(jī)制分析及其發(fā)育規(guī)律特征[J].山西建筑,2008,34(27):128-129.