让压层厚度对让压抗滑桩预控工程效果的影响研究

刘明觉

(萍乡市农发水利投资发展有限责任公司，江西 萍乡 337000)

1 概 述

某水库在蓄水之后，大坝左岸上游1 500～1 700 m范围内先后发生两次顺层岩边坡失稳灾害。经地质调查，该段边坡的变形长度约150 m，最高变形范围42.5 m，原设计方案中采用的是1∶0.5放坡处理，未采取其他防护措施。在两次失稳灾害发生之后，坡顶出现卸荷裂隙的现象，坡面由数块垮塌块体堆积，而岸坡的上部砂岩体层形成临空面，存在进一步失稳的可能性。如果继续大面积垮塌，将对水库的运行造成危害，因此亟待进行失稳灾害治理。

在顺层岩失稳边坡治理过程中，其主要目的是根据坡体的位移和应力变化特点，采取科学有效的支护措施，减小滑坡崩塌等地质灾害发生的可能性[1]。根据当前的工程经验，失稳边坡加固主要基于削坡减载、回填反压以及排水支挡等理念，利用抗滑桩、锚杆等支护架构为边坡提供必要的抗滑力[2]。但是，这些传统的支护方法由于不允许边坡进一步变形，从而限制了顺层岩边坡层理结构面抗剪强度的有效发挥。因此，设计本身往往偏于保守，结构尺寸普遍偏大，不利于工程经济性的发挥[3]。为了充分发挥层岩边坡层理结构面抗剪强度，提出一种让压抗滑桩。显然，抗滑桩的让压层厚度会对其加固效果产生直接影响。基于此，此次研究利用现场试验的方式，探讨让压层厚度对抗滑桩支护效果的影响，以期为工程设计提供支持和借鉴。

2 现场试验设计

2.1 让压抗滑桩的原理和结构

在顺层岩边坡支护施工设计过程中，常规抗滑桩主要利用桩身强度和嵌固段抗力对边坡变形进行约束和控制[4]。事实上，顺层岩边坡在坡体失稳破坏前已经存在比较微弱的变形，如果此时进行抗滑桩支挡结构的设置，则其受到的侧向荷载会明显减小，因此桩身尺寸也可以进一步减小[5]。基于此，此次研究借鉴相关研究成果，提出一种让压型抗滑桩，其结构示意图见图1。该型抗滑桩主要由悬臂和嵌固段两大部分构成。其中，嵌固段位于滑动结构面以下的稳定岩体中，悬臂段位于滑动结构面以上，并与坡体接触的侧面设置低弹模材料制作的让压层(此次研究中采用的环氧树脂材料)。

图1 让压型抗滑桩结构示意图

2.2 试验方案

为了研究让压层厚度对让压型抗滑桩支护效果的影响，获取最佳支护层厚度设计方案，选择背景工程左岸上游1 500～1 550 m的顺层岩边坡进行现场试验。该试验段岸坡的岩层主要以砂岩为主，层理结构十分明显，岩层的倾角为20°左右，坡比为1∶0.5，坡高为30 m。试验中，在距离坡脚20 m的部位设置矩形抗滑桩，其桩长为32 m，嵌固深度为10 m，桩身截面为长1.8 m、宽1.5 m的矩形。

结合相关研究成果和工程实际，试验中设计0、5、10、15、20 cm等5种不同的让压层厚试验方案，每种方案对应的试验长度为10 m，试验段的总长度为50 m。

2.3 试验方法

试验中，地表位移观测采用GPS监测技术，使用南方9600型GPS仪器进行岸坡的稳定性监测[6]。监测过程中，首先需要在边坡体的边坡外选取地质条件良好、基础相对比较稳定的点位作为监测过程中的基准点，同时在岸坡上选择有代表性的点位作为监测点[7]。其中，标志点全部采取混凝土强制对中监测墩，观测时采用多点联测的方式进行，变形监测网由3个观测基点和10个观测位移点组成，测量精度为2等。

边坡的深部位移监测是边坡整体变形研究的关键和重点[8]。但是传统的地表测量法并不能测到边皮岩体内部的蠕变变形。此次研究中的边坡深部位移监测采用测斜管。在测斜管安装过程中，首先需要钻测斜孔，然后直接下放测斜管，之后用水泥砂浆将测斜管和孔壁之间的孔隙充填密实。在测斜管安装完毕之后，在管顶加密贴帽盖。

研究中，利用土压力盒对桩身的侧向应力进行测量。土压力盒在抗滑桩浇筑之间预先绑扎至钢筋的上，同时填充好其与周围岩体之间的孔隙，确保能够和周围岩体紧密接触。

3 让压抗滑桩支护效果评价

3.1 坡体位移

研究中，对不同试验方案下的坡体位移量进行试验和数据统计，结果整理见表1。利用表1中的结果绘制出坡体位移随让压层厚度的变化曲线，结果见图2。由表1和图2可以看出，试验中随着让压层厚的增加，坡体各关键部位的位移量呈现出不断增大的变化特点，当让压层厚度小于10 cm时，坡体各部位的位移量试验结果比较接近。当让压层厚度大于10 cm时，坡体各部位的位移量呈现出迅速增大的变化特点。以坡脚的位移量试验结果来看，当让压层厚度为10 cm时的位移量为3.22 mm，与厚5 cm让压层设计方案的结果相比，增加0.97 mm，增加幅度约为43.1%左右；当让压层厚度为15 cm时，坡脚位移量的试验结果为12.23 mm，与让压层厚度10 cm方案相比增加9.01 mm，增加幅度约为279.8%。由此可见，当让压层厚度大于10 cm时，坡体位移量显著增大，不利于坡体的稳定性。

表1 坡体位移试验结果

图2 坡体位移量变化曲线

3.2 桩身位移

研究中,对不同试验方案下的桩身位移量进行试验和数据统计，结果整理见表2。利用表2中的结果绘制出桩身位移随让压层厚度的变化曲线，结果见图3。

表2 桩身位移试验结果

图3 桩身位移量变化曲线

由表2和图3可以看出，抗滑桩的桩身位移变化规律和坡体类似，随着让压层厚的增加，位移量呈现出不断增大的变化特点。当让压层厚度小于10 cm时，桩身各部位的位移量试验结果比较接近。当让压层厚度大于10 cm时，桩身各部位的位移量呈现出迅速增大的变化特点。以桩顶的位移量试验结果来看，当让压层厚度为10 cm时的位移量为6.55 mm，与5 cm让压层设计方案的结果相比，增加1.66 mm，增加幅度约为33.9%左右；当让压层厚度为15 cm时，坡脚位移量的试验结果为16.22 mm，与让压层厚度10 cm方案相比增加9.67 mm，增加幅度约为147.6%。由此可见，当让压层厚度大于10 cm时，坡体位移量显著增大，不利于坡体的稳定性。

3.3 桩身侧压力

研究中,对不同试验方案下的桩身侧压力进行试验和数据统计，结果整理见表3。利用表3中的结果绘制出桩身侧压力随让压层厚度的变化曲线，结果见图4。

表3 桩身侧压力试验结果

图4 桩身侧压力变化曲线

由表3和图4可以看出，采用让压型抗滑桩的情况下，抗滑桩桩身各部位的侧压力值明显减小。究其原因，主要是让压型抗滑桩的桩后岩体仍可以产生部分变形，从而充分发挥岩层层面之间的抗剪强度，因此使作用于抗滑桩桩身的侧向压力得到显著降低，这对于保证抗滑桩的作用发挥，提高边坡的安全稳定性具有重要意义。从具体的变化规律来看，当让压层厚度小于10 cm时，桩身侧压力值随着让压层厚度的增加而迅速减小；当让压层厚度大于10 cm时，桩身侧压力值减小幅度不大。

4 结 语

层状岩岸坡支护加固设计一直是水利工程界面临的重要课题，也是研究的重要方向。此次研究以具体工程为背景，通过工程现场对比实验，探讨了让压型抗滑桩的支护效果以及让压层厚度对支护效果的影响。结果显示，采用让压型抗滑桩支护后，坡体和桩身位移量有所增大，而桩身侧向压力值明显减小。由此可见，采用让压型抗滑桩可以提高支护效果。同时，当让压层厚度为10 cm时，桩身和坡体的位移量增幅不大，但是桩身的侧压力值明显减小，为最佳设计厚度，建议在工程设计中采用。