懸臂梁抗滑樁裂縫發(fā)展規(guī)律

(重慶交通大學(xué) 重慶 400000)

引言

抗滑樁的抗滑作用主要是利用穩(wěn)定地層的錨固作用和被動(dòng)抗力來(lái)平衡滑坡推力[1]。與其它抗滑工程如抗滑擋墻、錨桿等相比，其具有抗滑能力強(qiáng)、適用條件廣泛、不易惡化滑坡狀態(tài)、施工安全簡(jiǎn)便，并能進(jìn)一步核實(shí)地質(zhì)條件等突出優(yōu)點(diǎn)[2]。同時(shí)抗滑樁可以和其他邊坡治理措施靈活的配合。由于抗滑樁在治理滑坡及維護(hù)邊坡穩(wěn)定上的突出優(yōu)點(diǎn)，使抗滑樁廣泛應(yīng)用于礦山邊坡、鐵路、公路滑坡、工業(yè)與民用建筑基坑支護(hù)、港口等邊坡工程中[3]。

滑面下堅(jiān)硬地層的錨固作用和樁周土壓力是抗滑樁的主要抗力?？够瑯队性S多優(yōu)點(diǎn)，例如：抗滑能力強(qiáng)、施工擾動(dòng)小、使用范圍廣、成樁速度快，所以抗滑樁成為災(zāi)害治理中的重要工具。目前，抗滑樁的設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了一些成果，但對(duì)抗滑樁的實(shí)際受力情況仍有偏差，

抗滑樁表面裂縫的發(fā)展與其受力變形和破壞過(guò)程有著密切的關(guān)聯(lián)，因此，對(duì)于抗滑樁裂縫發(fā)展規(guī)律的研究是很有必要的。

一、試驗(yàn)方案

為了研究抗滑樁的破壞形態(tài)及裂縫發(fā)展規(guī)律，進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗(yàn)。本試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆豆踩M，長(zhǎng)度分別為1.6m，1.8m，2.0m，每組一根，進(jìn)行單調(diào)加載實(shí)驗(yàn)，單調(diào)加載從6KN開始，每級(jí)遞增6KN，直到破壞。模型樁混凝土等級(jí)C30，鋼筋牌號(hào)為HPB235，使用4φ6和1φ10的光圓鋼筋作為受拉鋼筋與架立筋。箍筋采用φ2的光圓鋼筋，箍筋尺寸70mm×120mm，箍筋間距為100mm，保護(hù)層厚度15mm。配筋圖見圖1.1。測(cè)得立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,k=32.6MPa，軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)ck=21.5MPa，φ10屈服強(qiáng)度為235MPa，φ6屈服強(qiáng)度為228MPa。

圖1.1 樁截面配筋圖

二、加載裝置

為實(shí)驗(yàn)提供水平推力的設(shè)備為MTS電液伺服加載試驗(yàn)系統(tǒng)，MTS系統(tǒng)推力作用在箱體推力分散活動(dòng)門上，再傳遞到與抗滑樁之間的土體上。箱體制作完成后，澆筑80cm厚混凝土板，用以模擬抗滑樁嵌固段所在的滑床；在混凝土板后部距箱體后緣40cm處預(yù)留了一個(gè)略大于模型樁橫截面尺寸的混凝土槽，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆吨糜诓蹆?nèi)，以實(shí)現(xiàn)模型樁的固定。推力經(jīng)試驗(yàn)箱體傳遞到位于前部的支撐架，而螺栓提供反力保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置不滑動(dòng)。裝置具體圖見圖1.2。

圖2.1 固定裝置示意圖

(圖中：1.實(shí)驗(yàn)室地面混凝土板；2.地錨螺栓；3.型鋼支撐架；4.實(shí)驗(yàn)鋼制土箱；5.MTS伺服推力機(jī)；6.反力墻)

三、裂縫開展形態(tài)

(一)1.6m樁體裂縫形態(tài)

圖3.1中，a、b、c、d分別為樁前、樁后、樁左、樁右破壞后裂縫形態(tài)。從圖中可見，1.6m(1)樁的裂縫基本分布于滑面以上0.2m范圍內(nèi)樁前的放射狀裂縫以及樁側(cè)的斜裂縫為主。

剛開始加載時(shí)，試件處于彈性階段，未出現(xiàn)可見裂縫。隨著荷載增大，混凝土拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，出現(xiàn)第一條主要裂縫在樁后滑面上方20mm處，該裂縫形態(tài)粗糙不平，與樁身垂直正交，屬于張拉裂縫。隨著荷載進(jìn)一步增大，混凝土拉應(yīng)力增大，箍筋應(yīng)力立即屈服，不能夠限制斜裂縫的發(fā)展，樁側(cè)出現(xiàn)斜裂縫，由滑動(dòng)面以橫向裂縫逐級(jí)向斜下方延伸擴(kuò)展而成，屬于斜拉裂縫，此斜裂縫從樁側(cè)看頭寬尾細(xì)，由橫向拉裂縫發(fā)展而成，與樁前壓碎區(qū)連通，使梁沿斜向被拉裂為兩部分而突然破壞。樁前放射狀裂縫整體呈放射狀，并伴有混凝土塊的脫落，裂縫形態(tài)較短小，粗糙不平，這是由于混凝土受壓破壞形成，表明當(dāng)受壓區(qū)混凝土壓碎破壞后，樁體徹底破壞，喪失結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

(二)1.6m樁體破壞

圖3.1中，a、b、c、d分別代表樁、后、左、右破壞后的形態(tài)，如圖所示，樁后受壓區(qū)混凝土呈壓碎狀，張裂縫與斜裂縫連通壓碎區(qū)，樁體整體繞壓碎區(qū)表現(xiàn)為彎折破壞。壓碎區(qū)內(nèi)靠棱邊處混凝土更為破碎，表明棱邊處應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯。

圖3.1 1.6m樁體破壞照片

(三)1.8m樁體裂縫形態(tài)

圖3.2為1.8m樁裂縫形態(tài)圖，1.8m樁的裂縫分布于滑面以下約0.1m范圍內(nèi)，1.8m樁的裂縫為張拉裂縫，受拉應(yīng)力作用，沿著樁的橫截面不規(guī)則擴(kuò)展貫通；從上往下一次為①.④號(hào)，①號(hào)裂縫為橫向裂縫為張拉裂縫，在由于受拉區(qū)混凝土在拉應(yīng)力作用下開裂形成，該裂縫形態(tài)粗糙不平，與樁身垂直正交，為主要裂縫。②、③、④號(hào)裂縫為彎剪斜裂縫，受拉應(yīng)力與剪應(yīng)力共同作用，從受壓區(qū)產(chǎn)生并斜向下發(fā)展，呈放射狀，與樁后張拉裂縫連通。表明了樁體是在彎矩與剪力共同作用下破壞。

(四)1.8m樁體破壞

如圖3.2(a)-(d)樁在滑面以下0.2m以內(nèi)破壞，破壞后的樁后受壓區(qū)混凝土呈壓碎狀，張裂縫與斜裂縫連通壓碎區(qū)，樁體整體繞壓碎區(qū)表現(xiàn)為彎折破壞。壓碎區(qū)內(nèi)靠棱邊處由于應(yīng)力集中導(dǎo)致混凝土更為破碎。

圖3.2 1.8m(2)樁體破壞照片

圖3.3 2m樁體破壞照片

(五)2m樁體裂縫形態(tài)

圖3.3為2m樁的裂縫形態(tài)圖，如圖3.3(a)-(c)，2m樁的裂縫分布于滑面以下約0.1m范圍內(nèi)，分別為樁后與樁側(cè)的橫向裂縫，樁前的放射狀裂縫以及樁側(cè)的斜裂縫為主。

樁后與樁側(cè)的橫向裂縫在由于受拉區(qū)混凝土在拉應(yīng)力作用下開裂形成，該裂縫形態(tài)粗糙不平，與樁身垂直正交，屬于張拉裂縫，為主要裂縫。

樁前放射狀裂縫整體呈放射狀，并伴有混凝土塊的脫落，裂縫形態(tài)較短小，粗糙不平，同樣也屬?gòu)埨芽p，這是由于混凝土受壓破壞形成，表明當(dāng)受壓區(qū)混凝土壓碎破壞后，樁體徹底破壞，喪失結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

樁側(cè)斜裂縫由滑動(dòng)面以橫向裂縫逐級(jí)向斜下方延伸擴(kuò)展而成，此斜裂縫從樁側(cè)看頭寬尾細(xì)，由橫向拉裂縫發(fā)展而成，與樁前壓碎區(qū)連通。此裂縫是在拉應(yīng)力與剪應(yīng)力共同作用下形成，屬于彎剪斜裂縫，表明了樁體是在彎矩與剪力共同作用下破壞。

(六)2m樁體破壞

如圖3.3(a)-(c)，樁在滑面以下0.2m以內(nèi)破壞，破壞后的樁后受壓區(qū)混凝土呈壓碎狀，張裂縫與斜裂縫連通壓碎區(qū)，樁體整體繞壓碎區(qū)表現(xiàn)為彎折破壞。壓碎區(qū)內(nèi)靠棱邊處由于應(yīng)力集中導(dǎo)致混凝土更為破碎。

四、結(jié)論

本文對(duì)抗滑樁的裂縫發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

(1)在所有樁的模擬結(jié)果中，裂縫最開始出現(xiàn)的地方均在樁后滑動(dòng)面以下一定范圍內(nèi)，為向橫向拉張裂縫，隨后在樁的縱向和橫向、斜向均有發(fā)展，分別發(fā)張成彎剪斜裂縫和放射狀裂縫，對(duì)樁的破壞起到輔助作用，并且樁身裂縫在試驗(yàn)后期的擴(kuò)展速率較前期更快。

(2)在錨固深度、加載方式相同，受荷段長(zhǎng)度不同抗滑樁加載時(shí)?？够瑯读芽p在分布范圍上呈現(xiàn)不同特征，樁長(zhǎng)越長(zhǎng)，裂縫分布范圍越廣。

[1]雷文杰,鄭穎人,馮夏庭.滑坡治理中抗滑樁樁位分析[J].巖土力學(xué),2006,27(6):950-954.

[2]張可能,魯鶴松,王在軍.拱形雙排抗滑樁受力特性研究及其工程應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)月刊,2013(10):324-326.

[3]李致遠(yuǎn),陳峰.抗滑樁設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)推力的探討[J].福建建材,2011(1):5-6.