讓壓層厚度對讓壓抗滑樁預控工程效果的影響研究

劉明覺

(萍鄉市農發水利投資發展有限責任公司，江西 萍鄉 337000)

1 概 述

某水庫在蓄水之后，大壩左岸上游1 500～1 700 m范圍內先后發生兩次順層巖邊坡失穩災害。經地質調查，該段邊坡的變形長度約150 m，最高變形范圍42.5 m，原設計方案中采用的是1∶0.5放坡處理，未采取其他防護措施。在兩次失穩災害發生之后，坡頂出現卸荷裂隙的現象，坡面由數塊垮塌塊體堆積，而岸坡的上部砂巖體層形成臨空面，存在進一步失穩的可能性。如果繼續大面積垮塌，將對水庫的運行造成危害，因此亟待進行失穩災害治理。

在順層巖失穩邊坡治理過程中，其主要目的是根據坡體的位移和應力變化特點，采取科學有效的支護措施，減小滑坡崩塌等地質災害發生的可能性[1]。根據當前的工程經驗，失穩邊坡加固主要基于削坡減載、回填反壓以及排水支擋等理念，利用抗滑樁、錨桿等支護架構為邊坡提供必要的抗滑力[2]。但是，這些傳統的支護方法由于不允許邊坡進一步變形，從而限制了順層巖邊坡層理結構面抗剪強度的有效發揮。因此，設計本身往往偏于保守，結構尺寸普遍偏大，不利于工程經濟性的發揮[3]。為了充分發揮層巖邊坡層理結構面抗剪強度，提出一種讓壓抗滑樁。顯然，抗滑樁的讓壓層厚度會對其加固效果產生直接影響。基于此，此次研究利用現場試驗的方式，探討讓壓層厚度對抗滑樁支護效果的影響，以期為工程設計提供支持和借鑒。

2 現場試驗設計

2.1 讓壓抗滑樁的原理和結構

在順層巖邊坡支護施工設計過程中，常規抗滑樁主要利用樁身強度和嵌固段抗力對邊坡變形進行約束和控制[4]。事實上，順層巖邊坡在坡體失穩破壞前已經存在比較微弱的變形，如果此時進行抗滑樁支擋結構的設置，則其受到的側向荷載會明顯減小，因此樁身尺寸也可以進一步減小[5]。基于此，此次研究借鑒相關研究成果，提出一種讓壓型抗滑樁，其結構示意圖見圖1。該型抗滑樁主要由懸臂和嵌固段兩大部分構成。其中，嵌固段位于滑動結構面以下的穩定巖體中，懸臂段位于滑動結構面以上，并與坡體接觸的側面設置低彈模材料制作的讓壓層(此次研究中采用的環氧樹脂材料)。

圖1 讓壓型抗滑樁結構示意圖

2.2 試驗方案

為了研究讓壓層厚度對讓壓型抗滑樁支護效果的影響，獲取最佳支護層厚度設計方案，選擇背景工程左岸上游1 500～1 550 m的順層巖邊坡進行現場試驗。該試驗段岸坡的巖層主要以砂巖為主，層理結構十分明顯，巖層的傾角為20°左右，坡比為1∶0.5，坡高為30 m。試驗中，在距離坡腳20 m的部位設置矩形抗滑樁，其樁長為32 m，嵌固深度為10 m，樁身截面為長1.8 m、寬1.5 m的矩形。

結合相關研究成果和工程實際，試驗中設計0、5、10、15、20 cm等5種不同的讓壓層厚試驗方案，每種方案對應的試驗長度為10 m，試驗段的總長度為50 m。

2.3 試驗方法

試驗中，地表位移觀測采用GPS監測技術，使用南方9600型GPS儀器進行岸坡的穩定性監測[6]。監測過程中，首先需要在邊坡體的邊坡外選取地質條件良好、基礎相對比較穩定的點位作為監測過程中的基準點，同時在岸坡上選擇有代表性的點位作為監測點[7]。其中，標志點全部采取混凝土強制對中監測墩，觀測時采用多點聯測的方式進行，變形監測網由3個觀測基點和10個觀測位移點組成，測量精度為2等。

邊坡的深部位移監測是邊坡整體變形研究的關鍵和重點[8]。但是傳統的地表測量法并不能測到邊皮巖體內部的蠕變變形。此次研究中的邊坡深部位移監測采用測斜管。在測斜管安裝過程中，首先需要鉆測斜孔，然后直接下放測斜管，之后用水泥砂漿將測斜管和孔壁之間的孔隙充填密實。在測斜管安裝完畢之后，在管頂加密貼帽蓋。

研究中，利用土壓力盒對樁身的側向應力進行測量。土壓力盒在抗滑樁澆筑之間預先綁扎至鋼筋的上，同時填充好其與周圍巖體之間的孔隙，確保能夠和周圍巖體緊密接觸。

3 讓壓抗滑樁支護效果評價

3.1 坡體位移

研究中，對不同試驗方案下的坡體位移量進行試驗和數據統計，結果整理見表1。利用表1中的結果繪制出坡體位移隨讓壓層厚度的變化曲線，結果見圖2。由表1和圖2可以看出，試驗中隨著讓壓層厚的增加，坡體各關鍵部位的位移量呈現出不斷增大的變化特點，當讓壓層厚度小于10 cm時，坡體各部位的位移量試驗結果比較接近。當讓壓層厚度大于10 cm時，坡體各部位的位移量呈現出迅速增大的變化特點。以坡腳的位移量試驗結果來看，當讓壓層厚度為10 cm時的位移量為3.22 mm，與厚5 cm讓壓層設計方案的結果相比，增加0.97 mm，增加幅度約為43.1%左右；當讓壓層厚度為15 cm時，坡腳位移量的試驗結果為12.23 mm，與讓壓層厚度10 cm方案相比增加9.01 mm，增加幅度約為279.8%。由此可見，當讓壓層厚度大于10 cm時，坡體位移量顯著增大，不利于坡體的穩定性。

表1 坡體位移試驗結果

圖2 坡體位移量變化曲線

3.2 樁身位移

研究中,對不同試驗方案下的樁身位移量進行試驗和數據統計，結果整理見表2。利用表2中的結果繪制出樁身位移隨讓壓層厚度的變化曲線，結果見圖3。

表2 樁身位移試驗結果

圖3 樁身位移量變化曲線

由表2和圖3可以看出，抗滑樁的樁身位移變化規律和坡體類似，隨著讓壓層厚的增加，位移量呈現出不斷增大的變化特點。當讓壓層厚度小于10 cm時，樁身各部位的位移量試驗結果比較接近。當讓壓層厚度大于10 cm時，樁身各部位的位移量呈現出迅速增大的變化特點。以樁頂的位移量試驗結果來看，當讓壓層厚度為10 cm時的位移量為6.55 mm，與5 cm讓壓層設計方案的結果相比，增加1.66 mm，增加幅度約為33.9%左右；當讓壓層厚度為15 cm時，坡腳位移量的試驗結果為16.22 mm，與讓壓層厚度10 cm方案相比增加9.67 mm，增加幅度約為147.6%。由此可見，當讓壓層厚度大于10 cm時，坡體位移量顯著增大，不利于坡體的穩定性。

3.3 樁身側壓力

研究中,對不同試驗方案下的樁身側壓力進行試驗和數據統計，結果整理見表3。利用表3中的結果繪制出樁身側壓力隨讓壓層厚度的變化曲線，結果見圖4。

表3 樁身側壓力試驗結果

圖4 樁身側壓力變化曲線

由表3和圖4可以看出，采用讓壓型抗滑樁的情況下，抗滑樁樁身各部位的側壓力值明顯減小。究其原因，主要是讓壓型抗滑樁的樁后巖體仍可以產生部分變形，從而充分發揮巖層層面之間的抗剪強度，因此使作用于抗滑樁樁身的側向壓力得到顯著降低，這對于保證抗滑樁的作用發揮，提高邊坡的安全穩定性具有重要意義。從具體的變化規律來看，當讓壓層厚度小于10 cm時，樁身側壓力值隨著讓壓層厚度的增加而迅速減小；當讓壓層厚度大于10 cm時，樁身側壓力值減小幅度不大。

4 結 語

層狀巖岸坡支護加固設計一直是水利工程界面臨的重要課題，也是研究的重要方向。此次研究以具體工程為背景，通過工程現場對比實驗，探討了讓壓型抗滑樁的支護效果以及讓壓層厚度對支護效果的影響。結果顯示，采用讓壓型抗滑樁支護后，坡體和樁身位移量有所增大，而樁身側向壓力值明顯減小。由此可見，采用讓壓型抗滑樁可以提高支護效果。同時，當讓壓層厚度為10 cm時，樁身和坡體的位移量增幅不大，但是樁身的側壓力值明顯減小，為最佳設計厚度，建議在工程設計中采用。