劉明覺(jué)

(萍鄉(xiāng)市農(nóng)發(fā)水利投資發(fā)展有限責(zé)任公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000)

1 概 述

某水庫(kù)在蓄水之后，大壩左岸上游1 500～1 700 m范圍內(nèi)先后發(fā)生兩次順層巖邊坡失穩(wěn)災(zāi)害。經(jīng)地質(zhì)調(diào)查，該段邊坡的變形長(zhǎng)度約150 m，最高變形范圍42.5 m，原設(shè)計(jì)方案中采用的是1∶0.5放坡處理，未采取其他防護(hù)措施。在兩次失穩(wěn)災(zāi)害發(fā)生之后，坡頂出現(xiàn)卸荷裂隙的現(xiàn)象，坡面由數(shù)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(jìn)一步失穩(wěn)的可能性。如果繼續(xù)大面積垮塌，將對(duì)水庫(kù)的運(yùn)行造成危害，因此亟待進(jìn)行失穩(wěn)災(zāi)害治理。

在順層巖失穩(wěn)邊坡治理過(guò)程中，其主要目的是根據(jù)坡體的位移和應(yīng)力變化特點(diǎn)，采取科學(xué)有效的支護(hù)措施，減小滑坡崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性[1]。根據(jù)當(dāng)前的工程經(jīng)驗(yàn)，失穩(wěn)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(hù)架構(gòu)為邊坡提供必要的抗滑力[2]。但是，這些傳統(tǒng)的支護(hù)方法由于不允許邊坡進(jìn)一步變形，從而限制了順層巖邊坡層理結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的有效發(fā)揮。因此，設(shè)計(jì)本身往往偏于保守，結(jié)構(gòu)尺寸普遍偏大，不利于工程經(jīng)濟(jì)性的發(fā)揮[3]。為了充分發(fā)揮層巖邊坡層理結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度，提出一種讓壓抗滑樁。顯然，抗滑樁的讓壓層厚度會(huì)對(duì)其加固效果產(chǎn)生直接影響。基于此，此次研究利用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式，探討讓壓層厚度對(duì)抗滑樁支護(hù)效果的影響，以期為工程設(shè)計(jì)提供支持和借鑒。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 讓壓抗滑樁的原理和結(jié)構(gòu)

在順層巖邊坡支護(hù)施工設(shè)計(jì)過(guò)程中，常規(guī)抗滑樁主要利用樁身強(qiáng)度和嵌固段抗力對(duì)邊坡變形進(jìn)行約束和控制[4]。事實(shí)上，順層巖邊坡在坡體失穩(wěn)破壞前已經(jīng)存在比較微弱的變形，如果此時(shí)進(jìn)行抗滑樁支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)置，則其受到的側(cè)向荷載會(huì)明顯減小，因此樁身尺寸也可以進(jìn)一步減小[5]。基于此，此次研究借鑒相關(guān)研究成果，提出一種讓壓型抗滑樁，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。該型抗滑樁主要由懸臂和嵌固段兩大部分構(gòu)成。其中，嵌固段位于滑動(dòng)結(jié)構(gòu)面以下的穩(wěn)定巖體中，懸臂段位于滑動(dòng)結(jié)構(gòu)面以上，并與坡體接觸的側(cè)面設(shè)置低彈模材料制作的讓壓層(此次研究中采用的環(huán)氧樹脂材料)。

圖1 讓壓型抗滑樁結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 試驗(yàn)方案

為了研究讓壓層厚度對(duì)讓壓型抗滑樁支護(hù)效果的影響，獲取最佳支護(hù)層厚度設(shè)計(jì)方案，選擇背景工程左岸上游1 500～1 550 m的順層巖邊坡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該試驗(yàn)段岸坡的巖層主要以砂巖為主，層理結(jié)構(gòu)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(yàn)中，在距離坡腳20 m的部位設(shè)置矩形抗滑樁，其樁長(zhǎng)為32 m，嵌固深度為10 m，樁身截面為長(zhǎng)1.8 m、寬1.5 m的矩形。

結(jié)合相關(guān)研究成果和工程實(shí)際，試驗(yàn)中設(shè)計(jì)0、5、10、15、20 cm等5種不同的讓壓層厚試驗(yàn)方案，每種方案對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)長(zhǎng)度為10 m，試驗(yàn)段的總長(zhǎng)度為50 m。

2.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中，地表位移觀測(cè)采用GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)，使用南方9600型GPS儀器進(jìn)行岸坡的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)[6]。監(jiān)測(cè)過(guò)程中，首先需要在邊坡體的邊坡外選取地質(zhì)條件良好、基礎(chǔ)相對(duì)比較穩(wěn)定的點(diǎn)位作為監(jiān)測(cè)過(guò)程中的基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)在岸坡上選擇有代表性的點(diǎn)位作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)[7]。其中，標(biāo)志點(diǎn)全部采取混凝土強(qiáng)制對(duì)中監(jiān)測(cè)墩，觀測(cè)時(shí)采用多點(diǎn)聯(lián)測(cè)的方式進(jìn)行，變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)由3個(gè)觀測(cè)基點(diǎn)和10個(gè)觀測(cè)位移點(diǎn)組成，測(cè)量精度為2等。

邊坡的深部位移監(jiān)測(cè)是邊坡整體變形研究的關(guān)鍵和重點(diǎn)[8]。但是傳統(tǒng)的地表測(cè)量法并不能測(cè)到邊皮巖體內(nèi)部的蠕變變形。此次研究中的邊坡深部位移監(jiān)測(cè)采用測(cè)斜管。在測(cè)斜管安裝過(guò)程中，首先需要鉆測(cè)斜孔，然后直接下放測(cè)斜管，之后用水泥砂漿將測(cè)斜管和孔壁之間的孔隙充填密實(shí)。在測(cè)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(duì)樁身的側(cè)向應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量。土壓力盒在抗滑樁澆筑之間預(yù)先綁扎至鋼筋的上，同時(shí)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(hù)效果評(píng)價(jià)

3.1 坡體位移

研究中，對(duì)不同試驗(yàn)方案下的坡體位移量進(jìn)行試驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果整理見(jiàn)表1。利用表1中的結(jié)果繪制出坡體位移隨讓壓層厚度的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖2。由表1和圖2可以看出，試驗(yàn)中隨著讓壓層厚的增加，坡體各關(guān)鍵部位的位移量呈現(xiàn)出不斷增大的變化特點(diǎn)，當(dāng)讓壓層厚度小于10 cm時(shí)，坡體各部位的位移量試驗(yàn)結(jié)果比較接近。當(dāng)讓壓層厚度大于10 cm時(shí)，坡體各部位的位移量呈現(xiàn)出迅速增大的變化特點(diǎn)。以坡腳的位移量試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)讓壓層厚度為10 cm時(shí)的位移量為3.22 mm，與厚5 cm讓壓層設(shè)計(jì)方案的結(jié)果相比，增加0.97 mm，增加幅度約為43.1%左右；當(dāng)讓壓層厚度為15 cm時(shí)，坡腳位移量的試驗(yàn)結(jié)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(jiàn)，當(dāng)讓壓層厚度大于10 cm時(shí)，坡體位移量顯著增大，不利于坡體的穩(wěn)定性。

表1 坡體位移試驗(yàn)結(jié)果

圖2 坡體位移量變化曲線

3.2 樁身位移

研究中,對(duì)不同試驗(yàn)方案下的樁身位移量進(jìn)行試驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果整理見(jiàn)表2。利用表2中的結(jié)果繪制出樁身位移隨讓壓層厚度的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖3。

表2 樁身位移試驗(yàn)結(jié)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(guī)律和坡體類似，隨著讓壓層厚的增加，位移量呈現(xiàn)出不斷增大的變化特點(diǎn)。當(dāng)讓壓層厚度小于10 cm時(shí)，樁身各部位的位移量試驗(yàn)結(jié)果比較接近。當(dāng)讓壓層厚度大于10 cm時(shí)，樁身各部位的位移量呈現(xiàn)出迅速增大的變化特點(diǎn)。以樁頂?shù)奈灰屏吭囼?yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)讓壓層厚度為10 cm時(shí)的位移量為6.55 mm，與5 cm讓壓層設(shè)計(jì)方案的結(jié)果相比，增加1.66 mm，增加幅度約為33.9%左右；當(dāng)讓壓層厚度為15 cm時(shí)，坡腳位移量的試驗(yàn)結(jié)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(jiàn)，當(dāng)讓壓層厚度大于10 cm時(shí)，坡體位移量顯著增大，不利于坡體的穩(wěn)定性。

3.3 樁身側(cè)壓力

研究中,對(duì)不同試驗(yàn)方案下的樁身側(cè)壓力進(jìn)行試驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果整理見(jiàn)表3。利用表3中的結(jié)果繪制出樁身側(cè)壓力隨讓壓層厚度的變化曲線，結(jié)果見(jiàn)圖4。

表3 樁身側(cè)壓力試驗(yàn)結(jié)果

圖4 樁身側(cè)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(cè)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(chǎn)生部分變形，從而充分發(fā)揮巖層層面之間的抗剪強(qiáng)度，因此使作用于抗滑樁樁身的側(cè)向壓力得到顯著降低，這對(duì)于保證抗滑樁的作用發(fā)揮，提高邊坡的安全穩(wěn)定性具有重要意義。從具體的變化規(guī)律來(lái)看，當(dāng)讓壓層厚度小于10 cm時(shí)，樁身側(cè)壓力值隨著讓壓層厚度的增加而迅速減小；當(dāng)讓壓層厚度大于10 cm時(shí)，樁身側(cè)壓力值減小幅度不大。

4 結(jié) 語(yǔ)

層狀巖岸坡支護(hù)加固設(shè)計(jì)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(guò)工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，探討了讓壓型抗滑樁的支護(hù)效果以及讓壓層厚度對(duì)支護(hù)效果的影響。結(jié)果顯示，采用讓壓型抗滑樁支護(hù)后，坡體和樁身位移量有所增大，而樁身側(cè)向壓力值明顯減小。由此可見(jiàn)，采用讓壓型抗滑樁可以提高支護(hù)效果。同時(shí)，當(dāng)讓壓層厚度為10 cm時(shí)，樁身和坡體的位移量增幅不大，但是樁身的側(cè)壓力值明顯減小，為最佳設(shè)計(jì)厚度，建議在工程設(shè)計(jì)中采用。