何超亮

(福建省建筑科學(xué)研究院，福建福州 350025)

錨筋樁支護(hù)技術(shù)由于其施工工藝簡單、造價(jià)低廉、見效快、錨固深度適中等優(yōu)點(diǎn)，在邊坡加固防護(hù)中已得到廣泛的應(yīng)用［1-2］。然而，錨筋樁作為深入地層的受拉構(gòu)件，受溫度、降雨、降雪、施工爆破、巖土體性質(zhì)、軟弱結(jié)構(gòu)面等外部因素以及錨筋樁本身施工條件和施工質(zhì)量等內(nèi)部因素的多重影響，使得錨筋樁受力機(jī)制復(fù)雜，并非呈現(xiàn)出單一的受拉或受壓狀態(tài)。本文對(duì)華光潭一級(jí)水電站廠房后邊坡崩坡積層及強(qiáng)卸荷帶巖體錨筋樁軸力進(jìn)行監(jiān)測，將錨筋樁軸力分為3種類型，并對(duì)每種類型軸力的影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，探求錨筋樁軸力在坡體空間上的分布特點(diǎn)，以期對(duì)類似邊坡工程的防護(hù)提供指導(dǎo)。

1 工程概況

華光潭一級(jí)水電站位于浙江省臨安市分水江干流昌化江上游的巨溪河段，一級(jí)水電站廠房位于龍崗鎮(zhèn)蕎麥嶺村對(duì)岸［3］。在2007—2008年，先后發(fā)現(xiàn)華光潭一級(jí)水電站廠房后邊坡存在嚴(yán)重的變形破壞跡象［3］，如高程250 m馬道發(fā)生局部坍塌、擋墻嚴(yán)重錯(cuò)位以及坡面出現(xiàn)多條裂縫。一系列的宏觀變形特征表明，華光潭一級(jí)水電站廠房后邊坡是具有多級(jí)后緣滑裂面的古變形體，已存在突出的穩(wěn)定問題，尤其是位于廠房正后方，高程230～314 m的崩坡積層及強(qiáng)卸荷帶巖體，在暴雨和地下水作用下，變形呈現(xiàn)加劇趨勢，穩(wěn)定性不斷惡化，再次演變?yōu)榈刭|(zhì)災(zāi)害的可能性逐漸加大，嚴(yán)重威脅一級(jí)水電站廠房安全。因此，對(duì)華光潭一級(jí)水電站廠房后邊坡高程約230～314 m的崩坡積層及強(qiáng)卸荷帶巖體采用錨筋樁+框架梁應(yīng)急支護(hù)措施。錨筋樁間距2.5 m，長度20 m或25 m，與水平面夾角20°，呈梅花形布置，采用2B25鋼筋，鉆孔直徑70 mm，設(shè)計(jì)抗拔力250 kN。

為進(jìn)一步查清崩坡積層及強(qiáng)卸荷帶巖體的控穩(wěn)因素，監(jiān)控邊坡穩(wěn)定狀況和變形發(fā)展趨勢，在坡體中選取13根錨筋樁累計(jì)安裝19個(gè)應(yīng)變計(jì)，用以監(jiān)測錨筋樁軸力變化。

2 監(jiān)測點(diǎn)的布置及監(jiān)測方法

錨筋樁軸力監(jiān)測點(diǎn)的布置遵循代表性原則、最不利原則、一點(diǎn)多用原則和效益—成本原則［4］，對(duì)13根錨筋樁軸力分別采用單測點(diǎn)及雙測點(diǎn)監(jiān)測。其中，單測點(diǎn)埋深16.5 m;雙測點(diǎn)埋深分別為8 m和17 m。軸力監(jiān)測點(diǎn)分布如表1所示。

表1 錨筋樁軸力監(jiān)測點(diǎn)匯總

傳感器選用美國基康公司生產(chǎn)的VK4150型點(diǎn)焊式應(yīng)變計(jì)，通過點(diǎn)焊方式，將傳感器焊接于事先在鋼筋上銑出的安裝平面上，再通過MICRO40自動(dòng)采集儀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線監(jiān)測。將觀測數(shù)據(jù)換算成錨筋樁應(yīng)變，再根據(jù)錨筋樁的彈性模量和面積，最終得到錨筋樁的軸力。

3 錨筋樁軸力分布特征

錨筋樁軸力的變化客觀反映了崩坡積層及強(qiáng)卸荷帶巖體的穩(wěn)定性。各錨筋樁所處的環(huán)境、施工條件及施工質(zhì)量的差異均會(huì)使錨筋樁軸力呈現(xiàn)出不同的特征。

3.1 拉壓—季節(jié)波動(dòng)型

錨筋樁軸力隨季節(jié)溫度的變化起伏波動(dòng)。這類測點(diǎn)有8個(gè)，占44%，代表性測點(diǎn)有孔深8 m的8Z2，12Z2，13Z2 和孔深 17 m 的8Z1，2Z1，13Z1 等。

水電站廠房后邊坡主軸傾向NE，日照時(shí)間充裕，受日照輻射影響，坡面溫度及錨筋樁內(nèi)部溫度均呈季節(jié)變化，見圖1。與邊坡表面溫度變化不同，錨筋樁內(nèi)部日溫度未呈現(xiàn)出明顯的晝夜變化，但季節(jié)性溫差隨孔深增加而降低，坡面季節(jié)性溫差最大達(dá)26.9℃，孔深8 m處溫差達(dá)到6.5℃，而孔深17 m處溫差僅為2.1℃。顯然，當(dāng)巖體完整性較好，且錨筋樁安裝質(zhì)量良好的情況下，坡面溫度將影響坡體內(nèi)部及錨筋樁內(nèi)部溫度的變化，并對(duì)相應(yīng)部位錨筋樁軸力產(chǎn)生一定影響［5］。拉壓—季節(jié)波動(dòng)型軸力隨時(shí)間變化曲線見圖2。

圖1 坡面及錨筋樁內(nèi)部溫度變化

由圖2(a)可以發(fā)現(xiàn)，孔深8 m處測點(diǎn)軸力與溫度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性。當(dāng)溫度升高(降低)時(shí)，邊坡淺部巖體和錨筋樁均發(fā)生膨脹(收縮)，由于巖石線膨脹系數(shù)比錨筋樁鋼筋線膨脹系數(shù)要小，巖體未能與錨筋樁同步協(xié)調(diào)變形，則對(duì)錨筋樁的溫度變形產(chǎn)生約束作用，導(dǎo)致錨筋樁軸力與溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，錨筋樁軸力表現(xiàn)為拉壓—季節(jié)波動(dòng)型。

圖2 拉壓—季節(jié)波動(dòng)型軸力隨時(shí)間變化曲線

孔深17 m處測點(diǎn)由于季節(jié)性溫差較小，溫度變化對(duì)深部測點(diǎn)軸力的影響并不顯著。但當(dāng)巖體完整性較好，且錨筋樁安裝質(zhì)量良好時(shí)，錨筋樁淺部的“熱脹冷縮”將帶動(dòng)深部變形［5］，亦會(huì)導(dǎo)致深部錨筋樁軸力的季節(jié)性波動(dòng)，見圖2(b)?？梢?，拉壓—季節(jié)波動(dòng)型軸力時(shí)程曲線主要受季節(jié)性溫度控制，但在其他外界因素如暴雨、爆破施工等的誘發(fā)下，邊坡變形加劇，錨筋樁軸力仍有可能發(fā)生突變或增長，呈現(xiàn)波動(dòng)起伏。

3.2 受拉—增長型

邊坡巖土體在降雨、降雪及爆破施工等影響下，發(fā)生向臨空方向的變形，使得錨筋樁被動(dòng)持續(xù)受拉，軸力總體上處于持續(xù)增長狀態(tài)。此類測點(diǎn)7個(gè)，占39%，代表性測點(diǎn)有7Z1，11Z1，11Z2等。其軸力隨時(shí)間變化曲線見圖3。由于測點(diǎn)埋深較大或者巖體破碎，熱傳導(dǎo)系數(shù)很小，溫度影響范圍有限，該類測點(diǎn)并未呈現(xiàn)出受溫度影響的季節(jié)性波動(dòng)。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在外界因素如暴雨、爆破施工等的誘發(fā)下，此類測點(diǎn)軸力總體上處于持續(xù)增長狀態(tài)。在2010年4月以前，由于邊坡表面截排水溝及平洞內(nèi)部排水孔施工尚未完成，受降雨(降雪)及排水平洞爆破施工的雙重影響，軸力以一定速率持續(xù)增長。此后，隨著邊坡表面截排水溝及平洞內(nèi)部排水孔施工的逐步完成，夏季廠區(qū)雖有較大的降雨，但軸力受降雨影響僅產(chǎn)生小幅波動(dòng)。在2010年12月以后，受大規(guī)模降雪影響，錨筋樁軸力發(fā)生突變或持續(xù)增長，但增速明顯小于2010年4月以前。由此可見，降雨(降雪)及爆破施工是影響該類錨筋樁軸力增長的主要因素，且排水設(shè)施施工完成后，與降雨相比，往往大規(guī)模降雪對(duì)錨筋樁軸力的增長影響更大，對(duì)邊坡穩(wěn)定性危害更嚴(yán)重。這主要是由于大規(guī)模降雪后，短期內(nèi)大部分降雪在邊坡表面堆積，增加了坡體荷載。同時(shí)，一部分積雪融化成水滲入坡體對(duì)巖土體和軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生浸泡作用，進(jìn)一步惡化了邊坡的穩(wěn)定狀況。錨筋樁軸力的增長一方面表明降雨及降雪對(duì)錨固區(qū)的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響，錨筋樁所處坡體存在向邊坡臨空方向的變形，使得錨筋樁被動(dòng)受拉;另一方面表明邊坡支護(hù)后，一直處于應(yīng)力調(diào)整階段，錨筋樁支護(hù)措施對(duì)錨固區(qū)的穩(wěn)定有良好的效果。

圖3 受拉—增長型軸力隨時(shí)間變化曲線

3.3 受壓—下降型

與前兩者不同，該類測點(diǎn)受季節(jié)性溫度及降雨(雪)外界因素影響很小，錨筋樁軸力總體上呈下降趨勢，表現(xiàn)出受壓—下降型特點(diǎn)。這類測點(diǎn)3個(gè)，占17%，測點(diǎn)為3Z1，6Z1，10Z1。該類測點(diǎn)軸力隨時(shí)間變化曲線見圖4。其主要是由于該類測點(diǎn)所處坡體局部范圍內(nèi)巖體風(fēng)化嚴(yán)重、破碎強(qiáng)烈，邊坡表面溫度無法有效傳遞到邊坡深部。同時(shí)，受錨固區(qū)域陡傾、反傾軟弱結(jié)構(gòu)面的影響，邊坡后緣坡體發(fā)生向臨空方向的位移，導(dǎo)致相應(yīng)區(qū)域軟弱結(jié)構(gòu)面壓縮閉合，邊坡深部巖體向坡外的變形比淺部的大，使得巖體內(nèi)的錨筋樁也處于受壓狀態(tài)。隨著時(shí)間的推移，坡體傾倒變形仍有可能加劇。當(dāng)錨筋樁軸力曲線發(fā)生突變或急劇下降時(shí)，該類錨筋樁所處坡體的穩(wěn)定性也應(yīng)引起足夠重視。

圖4 受壓—下降型軸力隨時(shí)間變化曲線

監(jiān)測結(jié)果表明，崩坡積層及強(qiáng)卸荷帶巖體錨筋樁軸力主要呈現(xiàn)拉壓—季節(jié)波動(dòng)型及受拉—增長型兩類。錨筋樁軸力在坡體空間上呈現(xiàn)出一定特點(diǎn):不同測點(diǎn)距臨空面水平距離相同時(shí)，高程越低，軸力越大，如高程較低的11Z1，11Z2點(diǎn)軸力分別比高程較高的8Z1，8Z2點(diǎn)大;不同測點(diǎn)高程大致相等時(shí)，距臨空面水平距離越小，軸力越大，如距臨空面水平距離較小的8Z2，13Z2點(diǎn)的軸力分別比距臨空面水平距離較大的8Z1，13Z1 點(diǎn)大。

4 錨固效果

為進(jìn)一步監(jiān)控崩坡積層及強(qiáng)卸荷帶巖體的穩(wěn)定性，同時(shí)驗(yàn)證錨固效果，在高程250 m坡體安裝了水平多點(diǎn)位移計(jì)，用以監(jiān)測坡體向臨空方向的水平位移。監(jiān)測結(jié)果表明，坡體變形主要產(chǎn)生于距臨空面水平距離26～51 m范圍，而距臨空面水平距離0～26 m范圍的水平位移最大不足0.6 mm。顯然，錨筋樁支護(hù)有效抑制了邊坡淺層巖體(包括崩坡積層)的變形，邊坡淺層巖體基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。但距臨空面水平距離超過26 m巖體的變形仍有待進(jìn)一步觀測。

5 結(jié)論

1)錨筋樁軸力主要受季節(jié)性溫度、降雨、降雪、施工爆破、軟弱結(jié)構(gòu)面等多重因素影響。在不同的誘發(fā)因素作用下，錨筋樁軸力時(shí)程曲線分別呈現(xiàn)出拉壓—季節(jié)波動(dòng)型、受拉—增長型和受壓—下降型三類，且以前兩類為主。

2)錨筋樁軸力在坡體空間上呈現(xiàn)出一定特點(diǎn):不同測點(diǎn)距臨空面水平距離相同時(shí)，高程越低，軸力越大;不同測點(diǎn)高程大致相等時(shí)，距臨空面水平距離越小，軸力越大。

3)錨筋樁支護(hù)技術(shù)有效抑制了邊坡淺層巖體(包括崩坡積層)變形，但距臨空面水平距離超過26 m巖體的變形仍有待進(jìn)一步觀測。

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