抗滑樁治理滑坡的作用機(jī)理及應(yīng)用

施建平, 張 平

(1. 西南交通大學(xué)建筑勘察設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610031；

抗滑樁治理滑坡的作用機(jī)理及應(yīng)用

施建平1, 張 平2

(1. 西南交通大學(xué)建筑勘察設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610031；

2. 中鐵二十四局集團(tuán)有限公司路橋分公司，上海200071)

文章歸納了滑坡(或邊坡)穩(wěn)定分析的若干方法，探討了抗滑樁與滑坡體的協(xié)同受力機(jī)理和設(shè)計(jì)原則，介紹了抗滑樁治理滑坡的工程實(shí)例以及位移監(jiān)控成果。

滑坡; 邊坡; 抗滑樁; 施工; 監(jiān)測

滑坡的發(fā)生是諸多內(nèi)因和外因相互作用的結(jié)果。內(nèi)因主要是地質(zhì)構(gòu)造和巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，如巖石的破碎斷層、節(jié)理發(fā)育、褶皺傾斜、風(fēng)化易水性，松軟黏土、人工松散堆積層等。外因主要是積水滲水、地下水變化、人工挖采、荷載沖擊，以及地震能量等。

滑坡(或邊坡)穩(wěn)定性評價(jià)方法大致可以分為兩大類，即定性分析方法和定量分析方法。

目前治理滑坡的工程措施主要有：排水工程、清除滑坡體卸載或回填壓腳、支擋工程有(連續(xù)型的)擋土墻和(間斷型的)抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索或錨桿、格構(gòu)錨固、土質(zhì)改良(例如注漿加固)和綜合治理等。

檢驗(yàn)滑坡的治理效果離不開實(shí)時(shí)監(jiān)測，必須用數(shù)據(jù)“說話”。

1 滑坡穩(wěn)定分析

1.1 定性分析方法

定性分析方法主要是通過工程地質(zhì)勘察，對影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素、可能的變形破壞方式及失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)制等分析，對已變形地質(zhì)體的成因及其演化史進(jìn)行分析，從而作出穩(wěn)定性狀況的判斷并對可能的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。其優(yōu)點(diǎn)是能綜合考慮影響邊坡穩(wěn)定性的多種因素，快速地對滑坡的穩(wěn)定狀況及其發(fā)展趨勢作出評價(jià)。常用的方法有下面幾種。

(1)自然(成因)歷史分析法。主要用于天然斜坡的穩(wěn)定性評價(jià)。

(2)工程類比法。目前應(yīng)用較為廣泛，但主要基于經(jīng)驗(yàn)的積累。

(3)滑坡穩(wěn)定性分析數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)。利用良好的滑坡工程專家系統(tǒng)，可以提高設(shè)計(jì)人員的決策水平，并最大限度地降低費(fèi)用、節(jié)省時(shí)間，達(dá)到更加優(yōu)化的目的和效果。

(4)圖解法。其一是諾模圖法，目前主要用于土質(zhì)或全強(qiáng)風(fēng)化的具有弧形破壞面的滑坡穩(wěn)定性分析；其二是投影圖法，常用的有赤平極射投影圖法、實(shí)體比例投影圖法、MarklandJJ投影圖法等，目前主要用于巖質(zhì)滑坡的穩(wěn)定性分析。

(5)SMR方法。SMR是滑坡巖體質(zhì)量優(yōu)劣的最終得分值。該法方便快捷，能夠綜合反映各種因素對滑坡穩(wěn)定性的影響。但未考慮滑坡坡高等因素，有些參數(shù)的具體取值還帶有較大的經(jīng)驗(yàn)性。

1.2 定量分析方法

應(yīng)該明確指出，所謂的滑坡穩(wěn)定性的定量分析，目前實(shí)際上只能算是一種半定量的分析方法。常用的方法主要有下述幾種。

(1)極限平衡分析法。該方法是工程實(shí)踐中應(yīng)用最早、也是目前最普遍使用的一種定量分析方法。與其它方法相比，極限平衡法的缺點(diǎn)是在力學(xué)上作了一些簡化假設(shè)。該方法抓住了問題的主要方面，且簡易直觀，并有多年的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，若使用得當(dāng)，將得到比較滿意的結(jié)果。它是目前應(yīng)用最多的一種分析方法。

(2)數(shù)值分析方法。數(shù)值分析方法是目前巖土力學(xué)計(jì)算中使用最普遍的分析方法。其中又分為有限元(FEM)法、邊界元(BEM)法、快速Lagrangian分析(FLAC)法、離散元法、塊體理論(BT)與不連續(xù)變形分析(DDA)、無界元法等。

2 抗滑樁與滑坡體的協(xié)同受力機(jī)理和設(shè)計(jì)原則

對于堆積體滑坡，通過離心模型試驗(yàn)[1]和有限元分析[2]發(fā)現(xiàn)，存在樁后土拱、樁間土拱、樁前土體三個(gè)特征區(qū)域。充分認(rèn)識這三個(gè)特征區(qū)域的受力機(jī)理，才能正確制定設(shè)計(jì)原則。

2.1 “樁-土”協(xié)同機(jī)理中的不同區(qū)域的荷載傳遞模式

對于矩形截面的抗滑樁(假定截面高寬比為1.5)，有限元分析研究表明：基于“樁-土”協(xié)同機(jī)理中荷載分配比概念，樁后土拱屬于“端承型土拱”，樁間土拱屬于“摩擦型土拱”，樁前土體屬于“直接傳力型”。一般情況下，最大主應(yīng)力拱為樁間“摩擦型土拱”。隨著樁間凈距和樁截面寬度之比的加大，最大主應(yīng)力拱的效應(yīng)逐漸退化。最小主應(yīng)力拱為樁后“端承型土拱”， 隨著樁間凈距和樁截面寬度之比的加大，最小主應(yīng)力拱的效應(yīng)逐漸被樁后滑坡推力所形成的應(yīng)力取代。樁間土體與抗滑樁側(cè)壁之間的摩擦力是制約樁間土拱極限承載力的主要因素。我們認(rèn)識清楚了荷載傳遞模式，就能夠采取針對性的相應(yīng)措施，達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.2 “樁-土”協(xié)同機(jī)理沿深度方向的變化特點(diǎn)

其他條件不變，土拱效應(yīng)沿深度方向是變化的。滑坡體的最大主應(yīng)力在抗滑樁前后發(fā)生明顯變化，樁后應(yīng)力影響范圍自上而下逐漸減小，說明土拱效應(yīng)隨深度逐漸減弱。這對于抗滑樁、樁間板和鎖口梁的合理設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

2.3 抗滑樁間距、截面寬度與樁間土拱效應(yīng)之間的關(guān)系

抗滑樁布樁間距和樁截面型式是設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。研究表明：在樁間凈距不變的情況下，樁間土拱承載力隨樁截面寬度增加而增大，但增長率逐漸變緩；在樁間凈距與樁截面寬度比值不變的情況下，樁間土拱承載力隨樁間凈距和樁截面寬度增加反而降低，且下降率逐漸增大。說明兩者相比，起主導(dǎo)作用的還是樁間凈距。

2.4 滑坡推力與樁間凈距的關(guān)系

要保證樁后土拱和樁間土拱效應(yīng)的作用，通過研究，可以大致確定樁間凈距的上限和下限。

2.5 滑坡體物理力學(xué)性質(zhì)的影響

抗滑樁布樁間距和樁截面型式一定的情況下，隨著滑坡體粘聚力的增大(從零到某一臨界值之間)，樁后土拱承擔(dān)的荷載比例下降，而樁間土拱承擔(dān)的荷載比例上升；隨著滑坡體內(nèi)摩擦角的增大，樁后土拱承擔(dān)的荷載比例略有上升，而樁間土拱承擔(dān)的荷載比例略有下降；隨著樁土接觸面摩擦角的增大，樁后土拱承擔(dān)的荷載比例略有下降，而樁間土拱承擔(dān)的荷載比例略有上升。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

本工程屬于堆積層滑坡，上部內(nèi)側(cè)已有建筑物，外側(cè)已有擋土墻。出現(xiàn)堆積層滑動(dòng)并導(dǎo)致?lián)跬翂﹂_裂后，治理措施分別采取抗滑樁(Ⅰ區(qū))和圍護(hù)樁(Ⅱ區(qū))。

3.2 場地巖土工程地質(zhì)條件

(3)志留系下統(tǒng)龍馬溪組泥灰?guī)r(S11)，鉆探該層未被揭穿。根據(jù)風(fēng)化程度，分為強(qiáng)風(fēng)化層和中風(fēng)化層。

3.3 位移監(jiān)測成果

(1)地面水平位移：代表性的位移—時(shí)間曲線見圖1和圖2。

(2)Ⅰ區(qū)抗滑樁鎖口水平位移:最大X=50 mm，Y=133 mm；最小X=-1 mm，Y=35 mm。

(3)Ⅱ區(qū)圍護(hù)樁鎖口水平位移：最大X=-5 mm，Y=6 mm；最小X=1 mm，Y=3 mm。

(4)建筑物沉降監(jiān)測:部分測點(diǎn)位移-時(shí)間曲線見圖3。

圖1 地面水平位移時(shí)間曲線(X方向)

圖2 地面水平位移時(shí)間曲線(Y方向)

圖3 建筑物沉降位移時(shí)間曲線

4 結(jié)束語

滑坡治理，首先要弄清發(fā)生滑坡的內(nèi)因和外因，有針對性地研究確定治理方案。對于抗滑樁治理方案，要充分認(rèn)識抗滑樁與滑坡體的協(xié)同受力機(jī)理。抗滑樁治理滑坡的施工過程中，截水排水、跳槽開挖、安全監(jiān)督、應(yīng)急預(yù)案、變形監(jiān)測等等都是成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須高度重視。成功的工程實(shí)例都證明，科學(xué)地分析滑坡穩(wěn)定性，合理地制定滑坡治理措施，動(dòng)態(tài)地實(shí)施監(jiān)測與施工互動(dòng)，具有普遍的指導(dǎo)意義。

[1] 楊明，姚令侃，王廣軍.抗滑樁寬度與樁間距對樁間土拱效應(yīng)的影響研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2007(10).

[2] 李長冬.抗滑樁與滑坡體相互作用機(jī)理及其優(yōu)化研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)，2009.

[3] DZ/T 0219—2006滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].

施建平(1959～)，男，工學(xué)碩士，教授級高級工程師，從事土木工程設(shè)計(jì)與研究；張平(1978～)，男，大學(xué)本科，工程師，從事土木工程施工及管理。

P 642.22

A

[定稿日期]2015-01-06