大截面鋼筋混凝土抗滑樁位移監(jiān)測與分析

大截面鋼筋混凝土抗滑樁位移監(jiān)測與分析

1支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測山坡或山坡工程是一項復(fù)雜的開放系統(tǒng)，其工程地質(zhì)和水文條件非常復(fù)雜、多變。此外，人類工程活動的變化不足。為了給出完整的答案，許多知識很難理解?；禄蜻吰鹿こ态F(xiàn)場原型觀測是1∶1的模型試驗,監(jiān)測結(jié)果包含眾多作用于工程實際且符合工程實際運行條件與物理過程的影響因素,包含各種復(fù)雜的地質(zhì)和邊界條件,是研究工程實體的最強(qiáng)有力的第一手實測資料?？够瑯妒悄壳爸卫泶笾行椭小⑸顚踊碌幕痉椒?已在水電、鐵(公)路、礦山和城建等滑坡加固工程中得到廣泛應(yīng)用,尤其是當(dāng)滑坡滑動面較深,滑動面以下滑床地層強(qiáng)度較高時,更能體現(xiàn)其優(yōu)越性[1~4]。前人[5~12]對樁身變形受力狀態(tài)、樁前抗力和樁后推力等也做了一定研究。樁身變形監(jiān)測主要是為了測定樁身沿樁長位移大小、位移分布狀況和樁身變形規(guī)律等。開展抗滑樁變形受力狀態(tài)現(xiàn)場監(jiān)測,以期達(dá)到以下目的:(1)判斷滑動面位置和滑動體規(guī)模。(2)實時監(jiān)控抗滑樁工程的安全性,切實提高邊坡和整治工程的安全度。(3)檢驗抗滑樁的加固效果和施工質(zhì)量,同時為深入分析其加固機(jī)制、受力變形狀況提供第一手的觀測數(shù)據(jù),將監(jiān)測資料反饋于抗滑樁設(shè)計與施工,以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計與施工的目的。(4)結(jié)合其他監(jiān)測項目,可揭示一些重要的影響滑坡和路塹邊坡穩(wěn)定性的因素;(5)為指導(dǎo)今后同類問題的整治優(yōu)化、反分析等提供大量可資借鑒的實測資料。通過測定樁身位移來估算抗滑樁所受的彎矩、剪力和抗滑力等受力狀態(tài),目前僅有關(guān)于鋼軌抗滑樁的文獻(xiàn)報道,未見有關(guān)鋼筋混凝土抗滑樁的,本文嘗試在這方面作些有益的探討。2抗滑樁加固坡體設(shè)計在湖北省一高速公路建設(shè)過程中,發(fā)現(xiàn)韓家埡滑坡規(guī)模巨大,邊界清楚,具有典型的滑坡特征,滑面因蠕滑變形而形成的摩擦鏡面在太陽光下閃閃發(fā)光。其中上部變質(zhì)輝綠巖體中存在雙層滑動帶,上層滑動面埋深7.5~13.5m,發(fā)育于強(qiáng)風(fēng)化與弱風(fēng)化層的分界面,屬淺層滑動;下層滑動面埋深18.0~30.0m,發(fā)育于弱風(fēng)化變質(zhì)輝綠巖內(nèi),屬深層滑動。該滑坡為一巨型推動式、坐落式基巖型滑坡。在充分搞清滑坡特征和深入分析滑坡形成力學(xué)機(jī)制基礎(chǔ)上,針對本滑坡產(chǎn)生的原因以及各種整治措施的使用條件,使邊坡及滑坡處治方案更加經(jīng)濟(jì)合理,經(jīng)多種方案的比選,最終采用在其中上部變質(zhì)輝綠巖內(nèi)的滑體主要采用2排大截面鋼筋混凝土抗滑樁支擋、在人工開挖邊坡上采用錨噴支護(hù),輔以深部及地表截排水、現(xiàn)場監(jiān)測等綜合整治方案。所設(shè)計的抗滑樁,在主滑斷面I–I′上,上排抗滑樁自由段長26.0m,錨固段長13.0m;下排抗滑樁自由段長19.0m,錨固段長10.0m。在副剖面上,上排抗滑樁自由段長22.0m,錨固段長11.0m;下排抗滑樁自由段長16.0m,錨固段長8.0m?？够瑯督孛鏋?.6m×5.0m(滑動主軸附近),2.4m×3.0m(下排樁滑體兩側(cè)),2.4m×4.0m(上排樁滑體兩側(cè))3種,抗滑樁長邊與滑體主軸方向一致(NE14°)?？够瑯稑缎木酁?.0m。0509工點滑坡在高速公路未施工前處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。在2000年10月邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)破壞形成約10×104m3的滑坡,滑面深10.0m左右。后將滑坡體清除,該處邊坡坡率放緩至1∶2。在2001年5月一次較大降雨后,在原滑坡部位再次出現(xiàn)更大規(guī)模的滑坡,滑動面埋深約14.0m左右,南北長約80.0m,東西寬約60.0m,加固前最大下滑位移達(dá)150cm,建點觀測水平位移速率大于1cm/d,2001年8月7~8日的一場大雨使該滑坡下滑1.0m多,并有不斷向南山坡上逐漸發(fā)展的趨勢。最后采用鋼軌抗滑樁對該滑坡進(jìn)行應(yīng)急加固搶險,當(dāng)施工約20根時,就基本遏制住該滑坡的下滑。由于抗滑樁是治理該二處滑坡的關(guān)鍵支擋工程,必須確保抗滑樁的穩(wěn)定和安全,為此,嘗試采用鉆孔測斜儀監(jiān)測抗滑樁變形受力狀態(tài)。韓家埡和0509工點滑坡抗滑樁和監(jiān)測孔布置如圖1所示。3基本原則3.1樁身變形剛度計算方法將抗滑樁視為埋于土內(nèi)的彈性地基梁,把樁周的土體視為彈性變形介質(zhì),具有沿深度成正比增長的地基系數(shù)。在計算樁身彎曲變形時,不考慮樁與土之間的黏著力和摩阻力的影響,樁頂與地面齊平,樁頂作用有力矩M0、軸向力N和橫向力Q0,因此,樁身產(chǎn)生橫向(側(cè)向)位移y(z)和轉(zhuǎn)角?(z),當(dāng)深度z處樁身產(chǎn)生側(cè)向變位y(z)時,該深度z處樁側(cè)土作用于樁上的土抗力為式中:C(z)為深度z處土的側(cè)向(水平向)地基系數(shù),該系數(shù)隨深度成直線增長,即C(z)=mz(其中m為地基系數(shù));b0為樁側(cè)土抗力的計算寬度。則根據(jù)文克勒假設(shè),得出這種彈性地基梁的彈性曲線微分方程為由于N的影響很小,所以可以不考慮項。于是,該梁的彈性曲線微分方程為式中:E為樁身材料的受撓彈性模量,I為樁身橫截面慣性矩?，F(xiàn)按圖2(a)的圖式采用冪級數(shù)對式(3)進(jìn)行求解,可獲得圖2(b)~(f)所示的一組曲線,由此可分別求得樁身水平位移、轉(zhuǎn)角、樁中彎矩和剪力以及樁側(cè)土壓力。根據(jù)樁身水平位移監(jiān)測結(jié)果,求得樁身轉(zhuǎn)角、彎矩、剪力、樁前抗力分別為式中:Eg為鋼軌材料彈性模量。3.2抗滑樁的設(shè)計計算為了大致估算出鋼軌抗滑樁的受力狀況,將鉆孔測斜儀法應(yīng)用到鋼軌抗滑樁受力狀態(tài)監(jiān)測中,主要是想通過捆綁在鋼軌兩側(cè)的測斜儀導(dǎo)管測定鋼軌樁沿中軸線的橫向水平位移,把所測橫向變形當(dāng)作鋼軌樁的彎曲變形,根據(jù)變形反算出鋼軌樁橫截面上的彎矩、正應(yīng)力,進(jìn)而計算出鋼軌樁的抗滑力。首先,求出鋼軌樁所受的彎矩:式中:z為抗滑樁軸線方向的深度坐標(biāo),以地面處樁頂為坐標(biāo)原點;y(z)為抗滑樁截面形心點在垂直于z軸方向的合成累積水平向位移函數(shù),即撓度;y′(z)為撓度y(z)對z的二階導(dǎo)數(shù),可由差分方法計算得到。然后,求出抗滑樁所受的應(yīng)力:式中:d為截面邊緣到中性面的最大距離。最后,求出鋼軌抗滑樁的實際抗滑力:式中:w為截面抗彎模量;l為鋼軌的最大尺寸;即,B為軌底寬,h為軌高。而鋼軌抗滑樁的設(shè)計抗滑力為式中:[σ]為鋼軌的允許應(yīng)力。把據(jù)式(10)求出的鋼軌樁實際所受抗滑力與據(jù)式(11)所求得的鋼軌樁設(shè)計允許抗滑力進(jìn)行比較,即可檢驗抗滑樁實際所受的力是否超過設(shè)計的抗滑力。4監(jiān)控結(jié)果分析4.1深度滑動面16#樁身根據(jù)15#抗滑樁測斜孔監(jiān)測結(jié)果,先求樁身平均累計水平位移(見圖3),然后根據(jù)式(5),(7)求得樁身彎矩和樁前抗力隨深度變化曲線(見圖4,5)。從圖4中可見15#樁身在9~10,17~18m處彎矩明顯較大,可進(jìn)一步判定該二處滑動面的存在。由圖5可知,15#樁樁前抗力約為9,17~18m處較大,但總體上看比較雜亂,規(guī)律性不明顯。4.2受彎矩、實際抗滑力在計算鋼軌樁所受的彎矩和實際抗滑力時,先根據(jù)BM11~16孔所測得的合成累積位移數(shù)據(jù),求得各對孔的平均合成累積位移值(見圖6),然后根據(jù)式(8),(10)求出鋼軌樁所受彎矩、實際抗滑力隨深度變化的數(shù)值,并繪出相應(yīng)的圖件(見圖7,8)。從圖8可見,50#鋼軌樁處滑面埋深約14m,所受最大實際抗滑力為222.09kN,位于主滑斷面附近的50#鋼軌樁處滑面埋深最大、所受抗滑力也最大,而靠近滑體邊緣的鋼軌樁所受抗滑力明顯較小,滑面埋深也相對較淺。鋼軌樁的設(shè)計抗滑力為355.00kN,說明目前鋼軌樁所受的力為中等,最大實際抗滑力約為設(shè)計荷載的62.56%,該結(jié)果表明0509工點滑體經(jīng)加固整治后目前處于穩(wěn)定狀態(tài),抗滑支擋結(jié)構(gòu)目前的安全儲備較高。5現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果(1)運用鉆孔測斜儀來監(jiān)測抗滑樁身水平位移,然后通過樁身撓度估算抗滑樁所受的彎矩、剪力和抗滑力,定量確定抗滑樁的受力狀態(tài)。(2)鋼筋混凝土抗滑樁可根據(jù)彈性地基梁有關(guān)公式,由樁身水平位移監(jiān)測結(jié)果來求出樁身所受彎矩、剪力及樁前抗力等。鋼軌抗滑樁也可由樁身水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)來計算得出鋼軌樁所受彎矩、抗滑力等。(3)從現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果可知,韓家埡滑坡中的主滑體存在上、下2層滑動帶?？够瑯对诨瑒訋?/p>