库岸边坡抗滑桩上滑坡推力试验研究

熊启东，李成芳，孔凡林

（重庆市建筑科学研究院 重庆 400015）

1 引言

长期以来，抗滑桩作为一种支挡抗滑结构物被广泛应用于滑坡及边坡的稳定性治理中，它的抗滑原理主要为:

依靠滑面以下部分的锚固作用和被动抗力来共同平衡作用在桩上的滑坡推力；桩距在一定范围时，可以借助桩的受荷段与桩背土体及桩两侧的摩阻力形成土拱效应，使滑体不至于从桩间滑出；承受了桩间距范围之内滑体所产生的滑坡推力。

实践表明，抗滑桩具有以下优点:

抗滑能力较大，工程量较小，在滑动面深、滑坡推力大的情况下，较其它的抗滑工程经济、有效；桩位灵活，可以设在滑坡体中最有利于抗滑的部位，可以单独使用，也能与其它建筑物配合使用；抗滑桩施工方便，所需的设备简单，具有工程进度快、施工质量较好、相对安全等优点，施工时可间隔开挖，不致引起滑坡条件的恶化，施工中如果发现问题也易于补救；开挖桩孔能校核地质情况，检验和修改原有的设计，使其更符合实际；对整治处在缓慢滑动阶段的滑动特别有利。

基于以上优点，抗滑桩成为滑坡地质灾害治理中一种非常有效的支挡结构物。据统计，迄今为止，它是在滑坡治理中应用得最多的工程结构物。虽然国内外在抗滑桩加固整治滑坡方面的实践和理论研究已取得了很多成果，但仍存在诸多的不足和有待改进的地方，设计计算理论中采用了许多假设，没有很好地考虑桩-土间的相互作用，在分析复杂抗滑体系中很难与实际受力状况相符。如在抗滑桩设计中，滑坡推力的分布图式通常简化为三角形或四边形，但由于滑坡体组成结构不同，滑坡推力分布特征就不同，而滑坡推力分布图式选择是否合理，直接影响着滑动面以上自由段桩身内力计算是否准确，进而影响着滑动面以下嵌岩段桩身内力计算的准确性，影响抗滑桩设计的合理性。另外，桩身所受的推力分布特征与库水位涨落有直接关系，随其涨落而变化，而在该研究领域，国内外研究成果仍不多见。本文结合一工程案例，对抗滑桩在水位涨落情况下的滑坡推力变化状态进行了监测，得到了一些有益的结论。

2 工程概况

重庆三峡库区某滑坡治理工程，位于长江岸边，滑坡后缘具有明显的圈椅状地形，滑坡后壁地貌清晰，高程320～250m，地形坡度约40O，出露强风化紫红色粉砂质泥岩，滑体后部为滑坡平台，坡度约8O。高度220m以下为坡度17O的斜坡，其中高度175m有一缓坡台阶。滑体前缘剪出口位于长江河漫滩之上，高程约为146m。滑体的主滑方向为150O～170O，滑动面平均坡度20O左右，滑体厚度在8～28m之间，其后缘平台及中部厚度较大，前缘相对较薄，滑体面积12万平方米，总方量300万立方米，属于大型滑坡。

该滑坡体的地层岩性为:斜坡体表面为碎石土，由灰岩、泥灰岩块石、碎石组成，块石直径20～100cm，呈棱角状，结构松散～稍密，稍湿。碎石土之下为粉质粘土，坡积成因，位于滑面上则成为滑带土，可塑状～硬塑状，含不均匀分布的泥岩碎石，土质较均匀。粉质粘土之下为泥岩。

3 监测点布置

该滑坡治理工程，采用抗滑桩进行支护，分别选取滑坡主滑方向上的五根抗滑桩（分别以1号、2号、3号、4号、5号表示），在滑动面以上桩背与土体接触位置处，及滑动面以下桩面与土体接触位置处，布置土压力盒。对于每根桩，土压力盒沿桩身轴线每间距2～3m布置一个，共布置100多个土压力盒，以监测桩身所受土压力在库水位涨落工况下的变化特性。滑坡体典型地质剖面如图1所示。

图1 滑坡体主滑方向典型地质剖面图

4 土压力分布规律监测分析

通过对土压力进行长达3年的监测，得到了桩背土压力变化曲线如图2～图6；桩前与抗滑土体接触处土压力变化曲线如图7～图11。

图2 1号抗滑桩桩后土压力分布曲线图

图3 2号抗滑桩桩后土压力分布曲线图

图4 3号抗滑桩桩后土压力分布曲线图

图5 4号抗滑桩桩后土压力分布曲线图

图6 5号抗滑桩桩后土压力分布曲线图

从图2～图6可得到如下结论：

（1）滑坡推力分布形态基本上可近似认为呈梯形分布。

（2）水位从145m上升到175m，然后又从175m水位降到145m，土压力逐渐变大，但水位上升阶段，土压力沿桩身轴线基本呈线性增长，且增长幅度较小，土压力变化量在100kPa左右。土压力增大的主要原因在于：由于库水位的升高，库岸的水文地质条件发生了很大的改变，其岩土物理力学性质出现恶化，岩土体的抗剪强度降低，浮托力增大，原处于极限平衡状态或接近极限平衡状态的库岸边坡往往发生滑动变形，从而导致滑坡推力增大。

而水位下降阶段，土压力则呈非线性变化，土压力增长幅度较大，变化量在250kPa～350kPa之间，且滑动面位置处土压力增长幅度更大，这是因为库水位陡降时，由于岩土体排水不畅，岸坡中的地下水形成了滞后的渗透力，使得坡体的下滑力急剧增加，促使滑坡推力增大，稳定性降低，其变形破坏增大。由此表明，水位下降引起的动水压力对抗滑桩内力的影响非常之大而不容忽视。

图7 1号抗滑桩桩前土压力分布曲线图

图8 2号抗滑桩桩前土压力分布曲线图

图9 3号抗滑桩桩前土压力分布曲线图

图10 4号抗滑桩桩前土压力分布曲线图

图11 5号抗滑桩桩前土压力分布曲线图

从图7～图11可得到如下结论：

（1）桩前剩余抗滑力在水位上升阶段呈梯形分布；在库水位下降瞬时，滑坡推力分布形态发生突变，呈倒梯形分布。

（2）水位从145m上升到175m，土压力逐渐变大，沿桩身轴线基本呈线性增长，且增长幅度较小，土压力变化量在50～100kPa左右，表明由于库水位的升高，桩后岩土体的抗剪强度降低，作用在桩上的滑坡推力增大，桩前抗力相应增加。

而水位下降阶段瞬时，土压力增长幅度较大，最大变化量在300kPa左右，且表现为：桩底位置处土压力有所减小，而滑动面位置处，土压力迅速增大，这是因为库水位陡降时，滑坡推力迅速增大而使得抗滑桩绕滑面以下某点发生转动，转动点以上，桩身转动位移压缩桩前土体而使得桩土接触应力增大，而滑面位置位移量最大，则土压力必然也最大；对于转动点以下部分，尤其是桩底位置处，桩身变形方向与滑坡体方向相反而造成桩土接触应力变小，故土压力反而有所降低。

5 结语

本文通过一工程监测案例，分析了三峡库水位涨落情况下，滑坡推力和剩余抗滑力的变化规律，得到了如下结论：

（1）滑坡推力分布图式为梯形分布，剩余抗滑力在水位上涨阶段呈梯形分布，而水位下降瞬时则呈倒梯形分布。

（2）水位下降引起的动水压力比静水压力对滑坡推力的贡献要大。

（3）水位上升工况，桩底提供的抗力最大；而水位下降工况，桩前滑面位置处土的接触应力最大。

[1]DB50/5029-2004，地质灾害防治工程设计规范[M].

[2]潘家铮.建筑物的抗滑稳定和滑坡分析，北京:水利出版社，1980.

[3]铁道部第二勘测设计院.抗滑桩设计与计算[M].北京：中国铁道出版社，1983.

[4]YS5229-96，岩土工程监测规范[M].