某懸臂式抗滑樁傾斜原因分析及處置

王勇，楊全忠，張元元，王業(yè)

某懸臂式抗滑樁傾斜原因分析及處置

王勇，楊全忠，張元元，王業(yè)

（四川省地質(zhì)工程集團有限責任公司，成都 610017）

通過對某懸臂式抗滑樁發(fā)生傾斜過程分析，從樁身結(jié)構(gòu)強度、樁嵌入長度、樁后工程加載、樁前土體水平承載力、樁前開挖擾動等方面剖析了抗滑樁傾斜原因；樁后超載、樁前臨空導致樁傾斜，采用預應力錨索加固的處置方案，為類似工程處置提供參考。

滑坡；抗滑樁；傾斜；懸臂樁；錨索加固；水平承載力

1 工程概況

1.1 滑坡形態(tài)及地質(zhì)條件

滑坡位于地質(zhì)災害多發(fā)的四川省平武縣（李永建等，2020），平面形態(tài)呈“圈椅”狀，寬104m，長68m，平均厚9m，屬于中型推移式淺層土質(zhì)滑坡。滑體主要為第四系崩坡積含粉質(zhì)黏土碎塊石層，碎塊石含量50%～60%，粒徑20～210mm，下伏志留系茂縣群第一組（Smx21）灰色、綠色千枚巖，巖層產(chǎn)狀195°∠83°（圖1）。

圖1 滑坡區(qū)剖面示意圖

1.2 工程治理概況

滑坡治理工程：16根抗滑樁+樁間擋土板+40m鋼筋混凝土擋土墻?？够瑯缎图皡?shù)見表1。采用C30鋼筋混凝土懸臂式樁板墻結(jié)構(gòu)；下部地層依次為含粉質(zhì)黏土碎塊石層、強風化千枚巖；樁采用底端鉸接m法進行驗算，驗算滿足要求；完工后，樁身質(zhì)量檢測合格（為I、II類樁）。

表1 抗滑樁設計指標表

1.3 樁傾斜變形演變過程

2013年治理工程完工后，后側(cè)水廠項目平整場地，在A型、C型抗滑樁樁頂增加3m高漿砌石擋墻，高度與B型抗滑樁頂齊平，填方高出樁頂3m，增加填方最高達6m。樁后形成懸臂13m高土體，加載并增大樁后土壓力荷載，使A型、B型抗滑樁發(fā)生傾斜，樁頂偏移50cm。后立即清方卸載，對抗滑樁造成變形已無法恢復?；麦w上水廠已修建完成，樁后滑坡體上修建梯級建筑，未蓄水投入運行。

經(jīng)幾年監(jiān)測，A型和B型樁測得樁身懸臂段傾斜3°～5°，懸臂段樁頂偏移50～70cm（水廠修建期間形成，水廠修建完成后樁頂位移變化不大）；樁前水溝完整，無明顯變形；樁后樁頂平臺已硬化，在A型樁區(qū)域可見砼地面裂縫，長15m，平行樁布置方向，距樁3m，張開1cm；半填半挖平臺后方斜坡沿填方邊界出現(xiàn)平行于坡頂線裂縫，長20m，張開1～2cm；除A5抗滑樁出現(xiàn)裂紋，其余基本完好；樁間板除B2兩側(cè)接縫處出現(xiàn)裂縫，其它基本完好。根據(jù)監(jiān)測和巡視檢查，無其他裂縫發(fā)育，樁頂累計位移量基本無明顯變化。

表2 各樁加載后累計位移統(tǒng)計表

2 抗滑樁傾斜原因分析

取樣檢測樁身混凝土強度合格，為I、II類樁，傾斜后檢測樁身基本完整，基本排除樁強度因素（李鐵洪等，2009；劉洪佳等，2013；陳中學等，2016；田義斌等，2007）?？够瑯洞┻^滑動面長度大于樁長1/2，滑面以下樁長達67%～70%（2/3以上），嵌固段進入基巖5.5m～6m深，嵌入深度大于規(guī)范要求（陳林等，2014）。本例中抗滑柱傾斜主要為樁后加載和樁前土體變形原因所導致。

2.1 樁后加載形成超載導致樁體變形過大

填土加高導致的樁后土壓力增大，加大了下滑推力?；w重度γ=20kN/m3，粘聚力c=18.0kp，內(nèi)摩擦角φ=21.5°，按照朗肯土壓力進行計算（擾動后考慮c=5）結(jié)果見下表。原來A型樁、C型樁懸臂7m，增加到13m，高度增加85.7%，土壓力增大273.6%，原B型樁懸臂10m，增加到13m，高度增加30%，土壓力增大70.9%，土壓力顯著增大（表3）。 A型和C型樁區(qū)域土壓力增大已超過滑坡推力值，A型樁區(qū)域大大超過設計允許值，土壓力達到滑坡推力139.1%。A型樁影響最大，變形最大；B型樁受A型樁變形影響，變形量增大，僅次于A型樁，與現(xiàn)場情況基本相符。

表3 樁后加載前后荷載對比表

2.2 被動土壓力不足導致樁前土體變形

滑坡樁前土體為含碎石粉質(zhì)黏土，滑床土體承載力150kpa，水平抗力系數(shù)10MN/m4。粉質(zhì)黏土呈可塑狀，塑性指數(shù)Ip=12.88，液性指數(shù)IL=0.43，含水率20.94%，孔隙度0.68，飽和度84.6%，壓縮模量3.25Mpa。按照《滑坡防治設計規(guī)范》（GB∕T38509 -2020）水平承載力的計算公式，可以測算出各型樁在計算點（滑面以下h2/3位置）水平承載力許用值[σH]（表4），當計算點土反力小于許用值[σH]則滿足要求。A型樁在h2/3位置（滑面以下5.7m）的承載力為270.4kpa。根據(jù)樁身受力計算，加載前后土反力分別為346.6kpa和490.9kpa（均超過許用值），土反力增大至141.6%，并且超過許用值81.5%；B型樁、C型樁加載后土壓力增大尚未超過推力值，加載的不利影響不明顯，但土反力均高于許用值，水平承載力略顯不足。從水平承載力對比來看，A型樁變形最大，B型樁變形次之，C型樁變形最小，這與現(xiàn)場情況基本相符。

表4 樁后加載前后（h/3處）樁前土反力值對比表（kpa）

綜合分析，滑坡樁身傾斜的主要原因是樁后加載導致土壓力增大，并超過設計推力值，樁前土體被動土壓力不足，樁身發(fā)生超標傾斜。

3 應急工程措施及效果

3.1 削方減載

樁發(fā)生傾斜后應急處置對樁后回填土體進行清運，拆除了樁頂增加擋土墻。根據(jù)監(jiān)測，實施削方后，穩(wěn)定坡體起到了立竿見影的效果。

圖2 錨索加固前后彎矩對比圖

3.2 樁頂增加錨索

由于懸臂結(jié)構(gòu)受力條件較簡支結(jié)構(gòu)差，利用原有抗滑樁頂增加錨索加固，改善懸臂樁受力條件（桂樹強，2005；劉小麗等，2004）。按照滑坡推力分布形態(tài)，采用梯形分布（戴自航，2002），系數(shù)取0.5，經(jīng)過計算，在A型、B型樁上部設置單根680kN錨索，使得最大彎矩分別降低了23.1%、13.6%，最大剪力分別降低了19.1%、11.5%，樁前土反力分別降低了20.4%、22.1%，基本滿足要求（表5和圖2）。

表5 錨索加固前后（h/3處）樁前土反力及內(nèi)力對比表

圖3 補強工程布置剖面圖

3.4 加固處置效果

2019年對抗滑樁進行了錨索加固。錨索加固后，經(jīng)一個水文年運行，樁頂位移變形0～3mm，坡體無明顯變形，運行效果尚需進一步監(jiān)測。

李永建，唐得勝，馬志剛．2020．四川省地質(zhì)災害防治形勢及對策研究[J]．四川地質(zhì)學報，40（4）：150-153．

李鐵洪，劉永才．2009．抗滑樁的破壞形態(tài)與有限元設計方法[J]．中外公路，2009，29（2）：36-40．

劉洪佳，門玉明，李尋昌，張濤．2012．懸臂式抗滑樁模型試驗研究[J]．巖土力學，33（10）：2090-2966．

陳中學，邵樹強，李文廣．2016．抗滑樁支擋邊坡失效實例分析[J]．公路交通技術(shù)，32（3）：31-34．

田義斌，厚行霞．2007．某滑坡治理中樁板墻失效原因的分析與探討[J]．路基工程，（2）：161-162．

陳林，姚勇，楊炯，張兆強．2014．某邊坡抗滑樁失效機理研究[J]．四川建筑科學研究，40（2）：136-140．

桂樹強．2005．預應力錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)計算方法[J]．地球科學，30（2）：233-240．

劉小麗，張占民，周德培．2004．預應力錨索抗滑樁的改進計算方法[J]．巖石力學與工程學報，23（15）：2568-2572．

戴自航．2002．抗滑樁滑坡推力和樁前滑體抗力分布規(guī)律的研究．巖石力學與工程學報，21（4）：517-521．

Tilting Cause Analysis and Disposal of a Cantilever Anti - Slide Pile

WANG Yong YANG Quan-zhong ZHANG Yuan-yuan WANG Ye

(Sichuan Geological Engineering Group Co., LTD., Chengdu 610017)

By analyzing the tilting process of a cantilever anti-slide pile, the reasons for the tilting of anti-slide pile are analyzed from the aspects of pile structural strength, pile embedding length, post-pile engineering loading, horizontal bearing capacity of soil in front of pile and excavation disturbance in front of pile. Pile tilt is caused by overload after pile and air in front of pile The solution of prestressed anchor cable reinforcement is adopted to provide reference for similar engineering disposal.

landslide; anti-slide pile; lilt; cantilever pile; anchor cable reinforcement; horizontal bearing capacity

P642.22

A

1006-0995（2022）04-0611-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.013

2021-12-03

王勇（1981— ），男，四川廣漢人，高級工程師，主要從事地質(zhì)災害防治與巖土工程方面的工作