懸臂梁抗滑樁裂縫發展規律

(重慶交通大學 重慶 400000)

引言

抗滑樁的抗滑作用主要是利用穩定地層的錨固作用和被動抗力來平衡滑坡推力[1]。與其它抗滑工程如抗滑擋墻、錨桿等相比，其具有抗滑能力強、適用條件廣泛、不易惡化滑坡狀態、施工安全簡便，并能進一步核實地質條件等突出優點[2]。同時抗滑樁可以和其他邊坡治理措施靈活的配合。由于抗滑樁在治理滑坡及維護邊坡穩定上的突出優點，使抗滑樁廣泛應用于礦山邊坡、鐵路、公路滑坡、工業與民用建筑基坑支護、港口等邊坡工程中[3]。

滑面下堅硬地層的錨固作用和樁周土壓力是抗滑樁的主要抗力。抗滑樁有許多優點，例如：抗滑能力強、施工擾動小、使用范圍廣、成樁速度快，所以抗滑樁成為災害治理中的重要工具。目前，抗滑樁的設計已經取得了一些成果，但對抗滑樁的實際受力情況仍有偏差，

抗滑樁表面裂縫的發展與其受力變形和破壞過程有著密切的關聯，因此，對于抗滑樁裂縫發展規律的研究是很有必要的。

一、試驗方案

為了研究抗滑樁的破壞形態及裂縫發展規律，進行了室內模型試驗。本試驗模型樁共三組，長度分別為1.6m，1.8m，2.0m，每組一根，進行單調加載實驗，單調加載從6KN開始，每級遞增6KN，直到破壞。模型樁混凝土等級C30，鋼筋牌號為HPB235，使用4φ6和1φ10的光圓鋼筋作為受拉鋼筋與架立筋。箍筋采用φ2的光圓鋼筋，箍筋尺寸70mm×120mm，箍筋間距為100mm，保護層厚度15mm。配筋圖見圖1.1。測得立方體抗壓強度fcu,k=32.6MPa，軸心抗壓強度fck=21.5MPa，φ10屈服強度為235MPa，φ6屈服強度為228MPa。

圖1.1 樁截面配筋圖

二、加載裝置

為實驗提供水平推力的設備為MTS電液伺服加載試驗系統，MTS系統推力作用在箱體推力分散活動門上，再傳遞到與抗滑樁之間的土體上。箱體制作完成后，澆筑80cm厚混凝土板，用以模擬抗滑樁嵌固段所在的滑床；在混凝土板后部距箱體后緣40cm處預留了一個略大于模型樁橫截面尺寸的混凝土槽，實驗模型樁置于槽內，以實現模型樁的固定。推力經試驗箱體傳遞到位于前部的支撐架，而螺栓提供反力保證整個實驗裝置不滑動。裝置具體圖見圖1.2。

圖2.1 固定裝置示意圖

(圖中：1.實驗室地面混凝土板；2.地錨螺栓；3.型鋼支撐架；4.實驗鋼制土箱；5.MTS伺服推力機；6.反力墻)

三、裂縫開展形態

(一)1.6m樁體裂縫形態

圖3.1中，a、b、c、d分別為樁前、樁后、樁左、樁右破壞后裂縫形態。從圖中可見，1.6m(1)樁的裂縫基本分布于滑面以上0.2m范圍內樁前的放射狀裂縫以及樁側的斜裂縫為主。

剛開始加載時，試件處于彈性階段，未出現可見裂縫。隨著荷載增大，混凝土拉應力達到混凝土抗拉強度時，出現第一條主要裂縫在樁后滑面上方20mm處，該裂縫形態粗糙不平，與樁身垂直正交，屬于張拉裂縫。隨著荷載進一步增大，混凝土拉應力增大，箍筋應力立即屈服，不能夠限制斜裂縫的發展，樁側出現斜裂縫，由滑動面以橫向裂縫逐級向斜下方延伸擴展而成，屬于斜拉裂縫，此斜裂縫從樁側看頭寬尾細，由橫向拉裂縫發展而成，與樁前壓碎區連通，使梁沿斜向被拉裂為兩部分而突然破壞。樁前放射狀裂縫整體呈放射狀，并伴有混凝土塊的脫落，裂縫形態較短小，粗糙不平，這是由于混凝土受壓破壞形成，表明當受壓區混凝土壓碎破壞后，樁體徹底破壞，喪失結構強度。

(二)1.6m樁體破壞

圖3.1中，a、b、c、d分別代表樁、后、左、右破壞后的形態，如圖所示，樁后受壓區混凝土呈壓碎狀，張裂縫與斜裂縫連通壓碎區，樁體整體繞壓碎區表現為彎折破壞。壓碎區內靠棱邊處混凝土更為破碎，表明棱邊處應力集中現象明顯。

圖3.1 1.6m樁體破壞照片

(三)1.8m樁體裂縫形態

圖3.2為1.8m樁裂縫形態圖，1.8m樁的裂縫分布于滑面以下約0.1m范圍內，1.8m樁的裂縫為張拉裂縫，受拉應力作用，沿著樁的橫截面不規則擴展貫通；從上往下一次為①.④號，①號裂縫為橫向裂縫為張拉裂縫，在由于受拉區混凝土在拉應力作用下開裂形成，該裂縫形態粗糙不平，與樁身垂直正交，為主要裂縫。②、③、④號裂縫為彎剪斜裂縫，受拉應力與剪應力共同作用，從受壓區產生并斜向下發展，呈放射狀，與樁后張拉裂縫連通。表明了樁體是在彎矩與剪力共同作用下破壞。

(四)1.8m樁體破壞

如圖3.2(a)-(d)樁在滑面以下0.2m以內破壞，破壞后的樁后受壓區混凝土呈壓碎狀，張裂縫與斜裂縫連通壓碎區，樁體整體繞壓碎區表現為彎折破壞。壓碎區內靠棱邊處由于應力集中導致混凝土更為破碎。

圖3.2 1.8m(2)樁體破壞照片

圖3.3 2m樁體破壞照片

(五)2m樁體裂縫形態

圖3.3為2m樁的裂縫形態圖，如圖3.3(a)-(c)，2m樁的裂縫分布于滑面以下約0.1m范圍內，分別為樁后與樁側的橫向裂縫，樁前的放射狀裂縫以及樁側的斜裂縫為主。

樁后與樁側的橫向裂縫在由于受拉區混凝土在拉應力作用下開裂形成，該裂縫形態粗糙不平，與樁身垂直正交，屬于張拉裂縫，為主要裂縫。

樁前放射狀裂縫整體呈放射狀，并伴有混凝土塊的脫落，裂縫形態較短小，粗糙不平，同樣也屬張拉裂縫，這是由于混凝土受壓破壞形成，表明當受壓區混凝土壓碎破壞后，樁體徹底破壞，喪失結構強度。

樁側斜裂縫由滑動面以橫向裂縫逐級向斜下方延伸擴展而成，此斜裂縫從樁側看頭寬尾細，由橫向拉裂縫發展而成，與樁前壓碎區連通。此裂縫是在拉應力與剪應力共同作用下形成，屬于彎剪斜裂縫，表明了樁體是在彎矩與剪力共同作用下破壞。

(六)2m樁體破壞

如圖3.3(a)-(c)，樁在滑面以下0.2m以內破壞，破壞后的樁后受壓區混凝土呈壓碎狀，張裂縫與斜裂縫連通壓碎區，樁體整體繞壓碎區表現為彎折破壞。壓碎區內靠棱邊處由于應力集中導致混凝土更為破碎。

四、結論

本文對抗滑樁的裂縫發展規律進行了試驗研究。

(1)在所有樁的模擬結果中，裂縫最開始出現的地方均在樁后滑動面以下一定范圍內，為向橫向拉張裂縫，隨后在樁的縱向和橫向、斜向均有發展，分別發張成彎剪斜裂縫和放射狀裂縫，對樁的破壞起到輔助作用，并且樁身裂縫在試驗后期的擴展速率較前期更快。

(2)在錨固深度、加載方式相同，受荷段長度不同抗滑樁加載時。抗滑樁裂縫在分布范圍上呈現不同特征，樁長越長，裂縫分布范圍越廣。

[1]雷文杰,鄭穎人,馮夏庭.滑坡治理中抗滑樁樁位分析[J].巖土力學,2006,27(6):950-954.

[2]張可能,魯鶴松,王在軍.拱形雙排抗滑樁受力特性研究及其工程應用[J].中國水運月刊,2013(10):324-326.

[3]李致遠,陳峰.抗滑樁設計中設計推力的探討[J].福建建材,2011(1):5-6.