预锚格构体系治理滑坡工程的现场监测及分析

郭 敏

1 工程概况

1.1 工程简介

某山坡坡体主要为土质材料,仅在坡脚有少许基岩出露,山坡坡度相对较陡,一般在 40°左右,局部区域可达60°以上。本区雨量充沛,气候湿润,年相对温差较大,雨季降水集中,在重力、降水及人类活动影响下,多个区域已经或者将要发生滑坡。为此,对该滑坡采用了预锚格构体系进行加固。

1.2 工程地质条件

①1素填土:灰黄色,稍湿～湿,稍～中密,以黏性土为主,含少量碎石,植物根等,顶部见较多螺贝壳碎片。该层整个场地分布,厚度在2.80 m～4.60 m之间,欠均质,低强度。②-1粉质黏土:灰黄色,稍湿～湿,可～硬塑,局部坚硬,夹有姜结石(局部密集,少量大于11 cm)及灰白色条纹,结构松散。层面向南倾斜,层厚在2.10 m～16.90 m之间。欠均匀,中等压缩性,中等强度地基土。②-2粉质黏土:灰黄色～褐黄色,稍湿～湿,硬塑～坚硬,局部可塑,夹有姜结石(局部密集)及灰白色条纹,有虫孔,结构较疏松。该层整个场地分布,层面向南倾斜,层厚在3.20 m～12.80 m之间。中等压缩性,中高强度地基土。②-3粉质黏土:褐黄色,稍湿～湿,硬塑～坚硬,粉质重。层面向南倾斜,层厚在0 m～3.20 m之间。属中等压缩性,中高强度地基土。③-1粉质黏土:褐黄～褐红色,稍湿～湿,硬塑为主,局部坚硬,含大量铁锰质结核及少量姜结石。层面向南倾斜,层厚在3.00 m～7.00 m之间。属中等压缩性,高强度地基土。③-2粉质黏土:褐黄色,湿,可塑,粉质重,层厚1.8 m。属中等压缩性,中等强度地基土。③-3粉质黏土夹黏土:褐黄～褐红色,湿,硬塑～坚硬,含大量铁锰质结核,夹姜结石,层厚在3.30 m～4.70 m之间。属中偏低压缩性,高强度地基土。③-4白云质灰岩碎石土。

1.3 工程设计方案

根据可能的滑坡范围、滑体厚度和土层分布等工程地质条件,把该滑坡分为13个区进行了稳定性计算和分析。考虑到边坡较陡,抗滑桩的加固效率不高,决定采用预锚格构体系进行加固处理[1],其中水平向框架梁(锚杆)与竖向锚杆编号如图 1所示(第一段),第二、三段的编号依次即可。水平横梁截面尺寸为450 mm×500 mm,连系梁尺寸为200mm×250 mm,锚杆长17.0m,锚固预应力设计值为500 kN。

2 现场监测及分析

2.1 拉拔试验

对北坡Ⅱ区的Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ段各选了3根锚杆进行拉拔试验。结果表明,本次试验当锚头位移在25 mm之内时,拉拔力与锚头位移基本呈线性变化关系,拉拔力在800 kN～1 000 kN。

2.2 框架横梁弯矩监测

图2为张拉刚刚结束时,坡脚处P1-C横梁、坡中P2-C横梁和坡顶处P3-C横梁的弯矩图。从图2中可以看出,在张拉刚刚结束时,边坡不同高度位置横梁的弯矩几乎没有明显的差别。这是因为张拉施工时间通常较短,滑(边)坡体的应力还来不及调整,此时的框架梁受力可以视为传统的地基梁模型,并可按传统的地基梁理论进行设计计算[3]。在张拉施工结束后,历时7个月时间完成了25次监测工作,在监测期间框架梁的弯矩不断变化,但这之后各区段框架梁的弯矩变化就并不明显。如图3所示为最后一次监测的P1-C,P2-C和P3-C横梁的弯矩图,各段弯矩具有显著变化:坡脚附近的框架梁弯矩比刚张拉结束后有所增加,而坡顶附近的框架梁弯矩有所减小。因此,滑(边)坡在后期的工作状态下,框架梁的弯矩值并不能直接按照传统的地基梁模型进行计算,有必要对现行的设计计算方法进行改进[3]。

2.3 锚杆的轴力监测

在张拉工作刚刚结束时,P1-B—P1-10交叉点处锚杆、P2-C—P2-8交叉点处锚杆和P3-A—P3-12交叉点处锚杆的轴力监测值如图4所示,表明在张拉阶段工序刚完成时,在相同的拉拔力下锚杆的轴力并不存在差别。但若滑(边)坡体经过应力的重新调整,达到最终的应力平衡状态,坡体上不同位置锚杆的轴力就发生了显著变化,如图5所示为7个月后最后一次的监测结果,坡脚处的锚杆轴力显著增大,而坡顶处锚杆的轴力与拉拔阶段变化不大。因此,在设计时必须考虑坡体完成应力调整过程后锚杆的最大轴力是否会超过其设计值。

3 结语

1)实际监测表明框架梁和锚杆的受力是一个动态变化的过程,这是因为滑(边)坡的应力场在不断地调整变化。2)张拉阶段边坡不同高度的框架梁的弯矩、轴力相差很小,但随着时间增长(最终平衡工作状态),坡脚处的框架梁和锚杆内力均显著增大。

因此,预锚格构体系支护结构的设计不能仅仅依据张拉阶段的受力状态,而应该考虑滑(边)坡的实际力学性能。

[1]李 忠,朱彦鹏.框架预应力锚杆边坡支护结构稳定性计算方法及其应用[J].岩石力学与工程学报,2005,24(21):3922-3926.

[2]夏 雄,周德培.Winkler弹性地基上预应力锚索地梁内力的计算方法[J].铁道标准设计,2005(1):46-48.

[3]梁 瑶,周德培,赵 刚.预应力锚索框架支护结构的设计[J].岩石力学与工程学报,2006,25(2):318-322.

[4]张 伟,王 鸿.某县滑坡成因机制分析及其发育规律特征[J].山西建筑,2008,34(27):128-129.