抗滑桩支挡边坡失效实例分析

陈中学，邵树强，李文广

(重庆市交通规划勘察设计院，重庆　401121)

抗滑桩支挡边坡失效实例分析

陈中学，邵树强，李文广

(重庆市交通规划勘察设计院，重庆401121)

摘要：通过对忠县至万州高速公路K38路基边坡抗滑桩支挡失效过程中桩基的变形监测及桩基完整性检测结果进行深入剖析，得出抗滑桩破坏类型及失效深层原因。基于施工过程及桩基变形规律的分析，得出边坡排水设施施工不及时,致使雨季雨水侵入边坡，从而导致滑坡推力增大是边坡治理失效的主要原因，并以此指导边坡2次治理，不留后患。

关键词：抗滑桩；变形；桩基检测；失效

滑坡治理应考虑滑坡的产生机理并采用针对性措施。工程中常用措施有减载、反压、抗滑支挡、改良土体、排水等。

抗滑桩是一种典型的支挡抗滑结构物，它利用伸入稳定滑床的锚固段桩身前后岩土体的抗力来平衡滑坡推力，阻止坡体滑动。抗滑桩因其深埋地下，隐蔽性较强，很难进行桩体检查，如存在问题，将影响整个滑坡的治理效果。抗滑桩一旦失效，边坡可能发生整体垮塌破坏，阻塞交通，严重威胁人民群众的生命和财产安全，给国家和人民造成巨大损失[1]。

抗滑桩的常规破坏形态大致归纳为以下4类：1) 抗滑桩结构自身的破坏，如桩身被剪断或折断；2) 桩顶产生倾斜，如抗滑桩被推歪或推倒；3) 抗滑桩桩间距过大或由于降雨量过大致使排水不畅，土体形成流塑状从桩间流出；4) 抗滑桩设置位置不当或露出段过短，滑体直接从桩顶溢出并形成冒顶等[2-5]。

工程实践中，因抗滑桩失效或损毁导致滑坡治理失败时有发生。因此，如何判断抗滑桩的支挡失效类型和原因便成为一个重要研究课题[6-8]。

本文以重庆忠县至万州高速公路(简称忠万高速公路)沿线K38滑坡治理、监测为例，深入分析该滑坡支挡失效的原因，为滑坡2次治理提供指导。

1工程概况

2013年11月，忠万高速公路开挖至ZK38+316～ZK38+575.4段左侧挖方路基(滑坡前缘土体)时，由于地质条件差，覆盖层较厚，开挖过程中出现变形开裂现象，且滑动范围较大。基于此，进行了如下工程地质勘察。

1.1地质概况

边坡形态、规模：K38+360～K38+416滑坡左右两侧边界为土层与基岩的分界线，后缘以陡坎为界，前缘为在建忠万高速公路路基已开挖边坡坡脚线。地形上北西高南东低，分布高程514.2～578.1 m，相对高差约63.90 m。滑坡体总体平面形态略呈圈椅状，其平均宽132 m，纵向长(平距)214 m，面积约2.82×104m2，滑体平均厚度8 m，体积约 22.56×104m3，为一中型中层牵引式土质滑坡。根据地面变形裂隙调查判定滑坡主滑方向126°。总体现状处于基本稳定状态，前缘出现局部滑塌。

1.2边坡滑动过程

边坡滑动后，根据勘察资料在路基左侧增设了桩板墙和排水设施作为处治措施，并于2014年11月施工完毕(截排水措施因征地困难暂未施工)。2015年4月经连续多日强降雨后，部分桩板墙桩顶出现较大位移。

根据地质勘察报告，认为K38+316～K38+445段路基左侧滑坡的形成、发展及其未来的演化有其内在和外在因素，其中主要包括滑坡的物质组成及结构特征、暴雨和地下水及人类工程活动等。

2变形监测、桩基检测及数据分析

2014年11月抗滑桩施工完成后，对各桩桩顶水平位移进行了监测，抗滑桩平面布置见图1。

2.1原设计概况

边坡原设计中，采用折线滑动法算得边坡3个剖面饱和工况下剩余下滑力分别为508.22、1 242.96、1 041.38 kN/m。边坡支挡根据推力采用1.5 m×2 m、1.75 m×2.5 m、2 m×3 m三种不同桩型。安全系数取1.15(JTG D30—2015《公路路基设计规范》规定为1.1～1.2)。

2.2监测结果

施工完毕后在A1、A3、A5、B2、C1、C3、B4、B7、B9、B11桩顶设置了变形观测点，各桩累计变形结果见图2。

由于监测点较多，受篇幅限制，本文只以累计变形量较大的B4桩为例说明变形随时间变化规律，B4抗滑桩监测期间变形规律见图3。

图1　边坡治理抗滑桩分布

图2　抗滑桩最终累计变形量与平面分布关系

图3　B4抗滑桩变形与时间关系

从图1、图2可以看出，B4抗滑桩桩顶水平位移最大，达508 mm，远远超出设计经验控制值100 mm的要求；变形量以B4桩为中心，向两边逐渐减小。从地质勘察报告看，B4桩周边存在软弱夹层，故设计时采用了C型桩(桩径2 m×3 m)，桩长为30 m。该处桩顶变形较其它地方大，也在情理之中。

从图3可以看出，抗滑桩在施工完毕初期，桩顶变形很小，但监测174 d后(即进入2015年3月后)，经连续多日强降雨后，部分桩顶位移加速增大，此时却因为征地困难，边坡堑顶截水沟及坡面排水盲沟迟迟未能施工。雨水渗入坡体后，软化岩土体，使其抗剪强度参数降低，边坡稳定性降低。当坡体下滑产生的推力大于抗滑桩支挡能力后，桩身岩土分界线起点附近承受弯矩过大，桩体开始剪断，但由于钢筋的存在，不会发生脆烈破坏，而是“藕断丝连”。为不使桩体发生倾倒或断裂，以免增加处理难度，在桩临空侧反压土方，以免桩变形进一步增大。

2015年5月，对变形后的桩基进行了检测，结果如表1所示。从表1数据可以看出，抗滑桩施工完毕初期，桩基检测结果均为合格(Ⅰ、Ⅱ类桩)，但失效后均变为严重缺陷桩，且缺陷位置均分布在桩身岩土分界线位置上下，说明桩在岩土分界线附近承受了较大弯矩，产生了剪切破坏，破坏类型为桩自身结构破坏，被剪断，但因桩体临空侧进行了反压，故使得桩身变形不明显。忠万高速公路K38滑坡抗滑桩见图4。

表1　抗滑桩失效前后检测结果对比

注：*代表声测管堵塞。

3抗滑桩支护边坡失效原因分析

1) 由以上变形监测结果发现，抗滑桩变形主要发生在雨水集中的4月份，且在施工完毕初期雨水较小时，变形也很小。反思施工时因征地困难而一直没有施工的坡顶截水沟和坡体纵横向渗水盲沟，有理由相信“治坡先治水”的观念在设计中得到充分体现，但施工时却没有得到执行。因此，排水设施未先行施工是造成本次滑坡的重要原因。

图4　忠万高速公路K38滑坡抗滑桩

2) 由抗滑桩失效前后桩身质量检测发现，桩身破坏集中在岩土分界线上下，说明在岩土分界线附近桩身承受了较大荷载，而桩身荷载来自边坡推力，从而进一步验证了坡体受雨水入渗，抗滑力减小，边坡剩余下滑力增加，当增加到超过抗滑桩极限承载力时，桩身即发生破坏。

由此可知，抗滑桩破坏类型为桩自身结构破坏。

42次治理

初次设计时，考虑到边坡上有水塘、农田、农户，拆迁困难，没有采用清方方案。2次设计清方时，为减小清方范围，在坡体中上部采用了挡墙，在新设挡墙与原设计抗滑桩之间清方，见图5。

图5　2次治理前后剖面示意

弄清了抗滑桩失效的深层原因后，对边坡进行2次治理时方案就非常明确：由于桩自身结构已经破坏(虽然肉眼看不明显)，缺陷严重，不能再承受推力，因此2次治理时只能对桩后滑体进行清方处理。到目前为止，该边坡稳定且未见明显变形，证明其2次治理方案是成功的。

5结论

1) 忠万高速公路K38边坡支挡抗滑桩失效原因为大量雨水侵入边坡致使下滑力过大，桩自身结构破坏，桩顶水平位移过大。

2) 边坡治理时须先施工排水措施，以免边坡在施工期间或完工后大量雨水侵入坡体，致使边坡再度失稳。

3) 边坡抗滑桩在施工、运营期间进行变形监测十分必要。通过监测收集有效数据，可以分析桩支护失效原因，指导边坡2次治理。

参 考 文 献

[1]王恭先. 滑坡防治工程措施的国内外现状[J].中国地质灾害与防治学报，1998，9(1)：1-9.

[2]李铁洪，刘永才.抗滑桩的破坏形式与有限元设计方法[J].中外公路，2009，29(2)：36-40.

[3]WANG W L，YEN B C. Soil arching in slopes[J]. Journal of the Geoteehnieal Engineering Division，1974，100(1)：61-78.

[4]祝辉，唐红梅，李明，等.重庆—贵州高速公路向家坡滑坡稳定性分析及防治对策研究[J].岩石力学与工程学报，2006，25(增1)：2657-2693.

[5]ITO T，MATSUI T.Methods to estimate lateral force acting on stabilizing piles[J].Soil and foundations，1975，15(4)：43-59.

[6]陈奇. 地质灾害防治与地质环境优化[J]. 中国地质灾害与防治学报, 1994，22(2)：25-29.

[7]戴福初，陈守义，李焯芬.从土的应力应变特性探讨滑坡发生机理[J].岩土工程学报，2002，22(1)：127-130．

[8]李广信.高等土力学[M].北京：清华大学出版社，2004.

Analysis for Failure Examples of Anti-slide Pile Support Slope

CHEN Zhongxue, SHAO Shuqiang, LI Wenguang

Abstract:Based on deep analysis for the results of deformation monitoring and integrity detection of pile foundation during anti-slide pile support slope on K38 roadbed of Zhong County-Wanzhou Expressway, this paper obtains destruction types of anti-slide piles and deep reasons of failure. Based on analysis for construction process and deformation rules of pile foundation, the paper draws a conclusion that increase of landslide thrust, which was caused by invasion of rainwater into the slope in rainy season since drainage facilities on the slope are not constructed in time, is the main reason. This paper also suggests conducting a follow-up treatment of the slope to prevent future troubles.

Keywords:anti-slide pipe; deformation; detection of pile foundation; failure

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.008

基金项目：重庆市交通科技项目资助(NO: 2010-2)

收稿日期：2016-01-15

作者简介：陈中学(1978-)，男，湖北省当阳市人，博士，高工。

文章编号：1009-6477(2016)03-0031-04中图分类号：U416.1+4

文献标识码：B