下红岩堆积体抗滑桩加固效果监测分析

李日运, 孙韬, 宋冠东

(1.华北水利水电大学,河南 郑州 450045; 2.浙江华东建设工程有限公司,浙江 杭州 310030)



下红岩堆积体抗滑桩加固效果监测分析

李日运, 孙韬, 宋冠东

(1.华北水利水电大学,河南 郑州 450045; 2.浙江华东建设工程有限公司,浙江 杭州 310030)

对抗滑桩加固效果的监测分析，是滑坡治理工程中的一项重要工作，对检验滑坡治理效果以及监控抗滑工程的安全性有着重大意义，也为抗滑桩优化设计提供了可借鉴的实测资料。为了检验西南某水电站下红岩堆积体抗滑桩加固效果及保障水电站施工期的安全，采用大地测量与GPS相结合的方法、钻孔测斜仪法、钢筋计法等，对该堆积体表面变形、内部变形、地下水位变化，抗滑桩的应力、应变以及所受土压力进行了长期监测。监测结果表明：抗滑桩对堆积体起到了较好的加固作用；降雨是堆积体内部变形的一个重要影响因素；堆积体顶部位移量较大，深部未发生较大变形；堆积体的变形量从前部往后部逐渐增大。

堆积体；抗滑桩；加固效果；监测

目前的滑坡防治措施一般分为两种类型：一类是减滑工程措施，包括在滑坡上方减重、滑坡下方加重和滑坡后缘做排水工程以及增设防水护面等；另一种是抗滑支挡加固工程措施，包括挡土墙、抗滑桩、锚索(锚杆)加固等[1]。由于减滑工程措施效果不太理想，往往只用作辅助措施；而抗滑桩具有适应性强、施工方便、工程量少、工期短、对环境干扰小、抗滑能力强和投资少等多方面优点，特别适用于滑动面较深的大型滑坡，因而发展较快，广泛应用于边坡加固工程。目前抗滑桩成为在滑坡治理方面的主要整治措施[2-3]。

为检测抗滑桩的加固效果以及监控抗滑工程的安全性，需进行抗滑桩加固效果监测，将监测资料反馈于抗滑桩设计与施工中，为指导今后同类问题的整治优化、反分析等提供大量可借鉴的实测资料[4]。

受监测仪器、监测技术及其他多方面条件的限制，有关抗滑桩的监测，起步都比较晚，迄今坚持长期监测的实例仍很少。抗滑桩监测手段主要包括滑坡体位移监测、钢筋锚索应力监测和滑坡推力监测等[5-8]。

本文以西南某水电站下红岩堆积体为例，采用大地测量与GPS相结合的方法、钻孔测斜仪法、钢筋计法等，对抗滑桩施工完成后堆积体表面变形、内部变形、地下水位变化，以及抗滑桩的应力、应变和抗滑桩所受土压力进行监测，为抗滑工程的安全提供保障，为抗滑桩优化设计提供实测资料。

1 工程概况

1.1 堆积体概况

下红岩堆积体位于西南某水电站坝址右岸谷肩部位，其前缘直抵金沙江右岸支流大寨沟。堆积体南北纵向长约1 800 m(垂直大寨沟方向)，东西横向宽115～740 m(顺大寨沟方向)，平面面积约0.82 km2，平均厚度约22 m，体积约1 800万m3。

堆积体及周边地区出露的地层从上到下依次为第四系松散堆积层、三叠系上统须家河组(T3x)、三叠系下统飞仙关组(T1f)砂泥岩以及二叠系上统峨眉山组(P2β)玄武岩。

右岸地下电站出线场、右岸引水发电系统进水口、大寨沟泥石流处理工程的沟口挡渣坝、排导渠及排导槽进口等重要建筑物均布置于该堆积体附近。已有勘察成果及监测资料表明，堆积体前部正在向大寨沟蠕动变形，一旦失稳，将影响一系列重要建筑物的施工期安全以及运行安全。因此，对该堆积体的治理至关重要。

1.2 工程地质分区

根据地质测绘、调查及地质观测成果，对堆积体进行工程地质分区如图1所示。

图1 堆积体工程地质分区

A区，面积约占总面积的22%，地表基本未产生变形；B区，面积约占总面积的78%，地表有不同程度的变形。B区按变形程度又大致分为3个亚区：B1亚区在3个亚区中变形程度、变形速率最大，B1亚区的变形为后部驱动式，存在不均匀性，右侧变形大于左侧变形，中后部的变形大于前部的变形，主要表现为地表裂缝较多，张开宽度最大；B3亚区在3个亚区中变形程度其次，主要表现为局部地表树木及电杆倾斜，中后部房屋开裂；B2亚区在3个亚区中变形程度最小，地表裂缝很少。

B1亚区的2个竖井观测成果表明：竖井井口至基岩面，变形程度表现出明显的差异，2个竖井都反映下部变形大于上部变形，变形主要发生在软弱层带。上部变形发生在碎石土与含砾黏土的接触界面，相对位移速率0.3 mm/d；下部变形发生在基岩与覆盖层的接触界面，相对位移速率为1.01～1.67 mm/d。变形主要发生在雨季，一般滞后于降雨2个月。

从堆积体地形、物质组成及结构、变形特征分析，堆积体整体快速滑动的可能性很小。堆积体A区稳定性较好，对工程的影响较小，但B1亚区处于蠕动及蠕滑状态，威胁到一系列重要建筑物的施工安全以及运行安全。因此，下红岩堆积体的治理，是以提高其整体稳定性为主要目的，消除堆积体蠕滑变形的一系列不利影响。

1.3 加固措施

综合各阶段研究成果，其治理方案为“堆渣压坡+局部抗滑桩”。具体工程措施为：

1)在下红岩堆积体前缘堆渣压脚，避免大寨沟水流淘刷岸坡引起坍塌，提高B1亚区前缘的局部稳定性以及B区的整体稳定性；沟底填渣厚度约15～60 m，堆渣顶面高程1 060 m，总堆渣压坡容量为425 万m3。

2)在高程995 m和高程1 040 m设置两排锚索抗滑桩、在高程1 075 m设置一排抗滑桩以提高B1亚区局部稳定性，由于堆渣压坡后B区东侧整体和局部稳定性均满足要求，因此抗滑桩主要布置在B区西侧。因下红岩堆积体的蠕滑变形方向总体为南北方向，因此抗滑桩布置方向大部分为东西向，桩截面长边方向为南北方向。3排抗滑桩共布置56根，桩净间距4 m，桩截面尺寸3.0 m×5.0 m，桩深30～35 m。

3)对右岸引水发电系统进水口上部的堆积物采取削坡和框格梁护坡等加固处理措施。

堆积体加固布置示意如图2所示。

图2 堆积体加固布置及部分监测布置示意图

2 抗滑桩的加固效果监测

治理工程完工后，对抗滑桩加固效果进行了一系列监测。下红岩堆积体以表面变形和深部位移监测为主，辅以内部变形、地下水位、应力及应变监测。根据稳定性分析结果，主要以B1亚区为重点监测区域，并兼顾堆积体整体稳定性监测，在堆积体上布置有1个主要监测断面，分别在堆积体前缘、中部和后缘各布置若干监测点。堆积体的部分监测布置示意图如图2所示。

2.1 表面变形监测

采用大地测量与GPS相结合的方法。通过在堆积体上及其附近埋设监测桩，确定位移量。根据前期稳定性分析结果，确定主要以B1亚区、B2亚区为重点监测区域，并兼顾堆积体整体稳定性监测，在堆积体上布置有1个主要监测断面，分别在堆积体前缘、中部和后缘各设置1～4个表面变形观测点，同时在堆积体边缘布置1个表面变形观测点；在980 m高程的钢管桩布置3个表面变形观测点，在995 m高程及1 040 m高程的抗滑桩上各布置1个表面变形观测点，在202#公路上方的1 075 m抗滑桩上布置3个表面变形观测点。共计布置了18个表面变形观测点。

2.2 内部变形监测

采用钻孔倾斜仪法，可以从两个正交方向描述全测孔深的位移全貌，从而准确地确定滑动面的具体位置及位移的大小和方向[9]。选择995 m高程的5#和10#抗滑桩、1 040 m高程的20#抗滑桩、1 075 m高程的29#、39#、48#抗滑桩，在各抗滑桩内各布置1个测斜孔，共计布置了6个测斜孔。

2.3 应力、应变监测

为了解下红岩堆积体支护锚索效果，在980 m高程的8#、10#、14#钢管桩，995 m高程的1#、5#、10#抗滑桩，1 040 m高程的20#抗滑桩的锚索上各布置了1台锚索测力计；在968～981 m高程边坡上布置了4台锚索测力计。共计布置了11台锚索测力计。

为了解抗滑桩结构受力情况，在995 m高程的1#、5#、10#抗滑桩和1 040 m高程的20#抗滑桩上各布置3支钢筋计，在1 075 m高程的29#、39#、47#、48#抗滑桩上各布置2～3支钢筋计。共计布置了23支钢筋计。

为了解抗滑桩与山体接触面的受力情况，在1 040 m高程的20#抗滑桩和1 075 m高程的29#、39#、48#抗滑桩上从高到低各布置了3支压应力计。共计布置了12支压应力计。

2.4 地下水位监测

地下水位监测采用渗压计法，在堆积体前缘、中部各布置2～4个地下水位观测孔，以观测地下水位的变化情况，共计布置了6个地下水位观测孔。

3 监测结果及分析

3.1 表面变形监测结果及分析

TPXHY7—TPXHY10、BM08表面位移监测点于2014年7月—2015年7月共进行了13次监测，其水平位移变化时序过程线如图3与图4所示。从图3可以看出，在监测开始的一年内，地表位移量呈现缓慢增大趋势，累计最大位移量为80 mm，平均变形速率0.22 mm/d；累计最小位移量为10 mm，平均变形速率0.03 mm/d。随着时间的推移，曲线趋于平缓，变形速率逐渐变缓，堆积体表面变形有趋于稳定的趋势。根据监测点布置位置，分析监测结果可知，从前部至后部，堆积体表面位移量逐渐变大。从图4则可以看出，堆积体表面位移与降雨量没有明显的相关关系。可见，堆积体表面变形受降雨影响较小。

图3 表面位移测点水平位移时序过程线

图4 表面位移测点水平位移变化与降雨量时序过程线

3.2 内部变形监测结果及分析

内部变形监测从2013年7月份陆续开始进行，每月监测一次，截止2015年8月共进行了20余次。分别选择位于995 m高程的10#抗滑桩IN-03测斜孔、1 040 m高程的20#抗滑桩IN-04测斜孔、1 075 m高程39#抗滑桩IN-06测斜孔，每3个月选择1组数据，绘制成位移-深度曲线如图5—7所示。

图5 10#抗滑桩IN-03测斜孔位移-深度曲线

从图5可以看出，IN-03孔最大位移在孔口处，为12 mm，孔口平均变形速率约0.016 mm/d。在降雨比较集中的5—10月份，该孔深部的位移-深度曲线有明显的波动。

图6 20#抗滑桩IN-04测斜孔位移-深度曲线

从图6可以看出，IN-04孔最大位移在孔口处，为18 mm，孔口平均变形速率约0.024 mm/d。在降雨比较集中的5—10月份，该孔整体位移有突然增大的现象，且位移-深度曲线有明显的波动。

图7 39#抗滑桩IN-06测斜孔位移-深度曲线

从图7可以看出，IN-06孔最大位移在孔口处，为14 mm，孔口平均变形速率约0.022 mm/d。在30 m和42 m深度出现突变点，且各测量月份曲线相关性较差，位移-深度曲线波动较大。在降雨比较集中的5—10月份，该孔整体位移有增大的现象。

综合分析图5—7可知：堆积体治理后的内部变形速率与治理前的竖井监测数据相比明显减小；测斜孔位移量均呈现上大下小的特征，表明堆积体顶部土体位移较大，深部未发生较大变形，符合滑坡运动规律[10]；堆积体从前部至后部的变形速率呈逐渐增大的趋势，且越往后部，位移-深度曲线波动越大。在雨季时，IN-04和IN-06孔变形速率和最大位移量均明显变大，且位移-深度曲线发生明显波动，说明降雨是影响堆积体内部变形的重要影响因素。

从地质资料看，IN-03孔20 m以上为含砾黏土及碎石混合土，砾石直径2～20 cm，含量10%～20%，棱角—次棱角状，其余以砂砾、粉黏粒为主；20 m以下为泥质粉砂岩，岩质较软弱，岩体较破碎。由于其处于堆积体前缘，所以变形量整体较小，且位于基岩内的孔身位移量小于位于松散堆积体内的孔身位移量。IN-04孔16 m以上为含砾黏土及碎石混合土，性状同前；16 m以下为粉砂质泥岩及泥质粉砂岩，岩体破碎—极破碎，岩质软弱。由于基岩岩体极破碎，在堆积体部分和基岩部分孔身位移量差距不明显，且雨季过后均有大幅位移。IN-06孔30 m以上为含砾黏土及碎石混合土，碎石、砾石含量较高，达到20%～35%，呈棱角—次棱角状，加之边坡爆破施工震动影响，导致该孔挤压作用强烈，致使位移量出现负值，但仍在允许误差范围内，对监测结果分析影响较小；30 m以下为泥质粉砂岩，岩质软弱，岩体破碎。 综合以上因素，IN-06孔42 m处可能存在潜在滑动面。由于其处于堆积体后部，故位移量较前两个孔大。整体来看，堆积体后部的位移量大于前部位移量。

3.3 应力、应变监测结果及分析

在1 040 m高程的20#抗滑桩和1 075 m高程的29#、39#、38#抗滑桩上，单桩自上而下布置3个压力计监测桩身所受土压力。从2013年6月份陆续开始监测，选择20#、39#抗滑桩压应力计2 a内的监测数据绘制时序过程线如图8与图9所示。压应力计分别埋设于20#桩的11.5、15.5、19.5 m和39#桩的22、27、32 m处。

图8 20#抗滑桩压应力计时序过程线

图9 39#抗滑桩压应力计时序过程线

由图8与图9可以看出，桩身各部位所受压应力普遍较小，20#桩最大值为0.14 MPa，39#桩最大值为0.11 MPa。长期观测表明，仪器埋设后桩身各部位所受压应力迅速降低后趋于稳定，压应力计读数随时间变化较小，说明压应力计受力比较稳定。

锚索测力计于2014年1月陆续开始进行监测，每周读取一次数据，至2015年7月共进行了100余次监测，选取位于1#、5#、10#、20#抗滑桩上的DP-10、DP-06、DP-04、DP-09锚索测力计监测数据，绘制锚固力时序过程线如图10所示。

图10 抗滑桩锚索测力计锚固力时序过程线

由图10可以看出，最大锚固力约980 kN，最小锚固力907 kN，低于设计最大值2 000 kN，符合设计要求。各桩高程越高，锚固力越大，锚索锚固力总体上呈现先下降后上升再趋于稳定的趋势，表明抗滑桩受力正趋于稳定。

钢筋计于2013年6月陆续开始进行监测，每周读取一次数据，至2015年7月共进行了100余次监测，选取位于不同高程的5#、20#、39#抗滑桩不同深度的钢筋计监测数据，绘制主筋所受应力时序过程线如图11—13所示。

图11 5#抗滑桩钢筋计时序过程线

图12 20#抗滑桩钢筋计时序过程线

由图11与图12可以看出，5#、10#抗滑桩主筋所受应力起初为压应力，很快变化为拉应力，应力随时间呈现先上升后趋于稳定的变化趋势，稳定应力15 MPa，不同深度钢筋计稳定读数差距不大。由图13可以看出，39#抗滑桩主筋所受应力为压应力，应力随时间呈现先下降后上升再趋于稳定的变化趋势，主筋不同、深度受力不同，越靠近上部，所受压应力越大。综合图11—13可以看出，施工完成1 a后，各桩不同深度主筋受力均趋于稳定。

图13 39#抗滑桩钢筋计时序过程线

从以上各项监测结果可以看出：在抗滑桩施工完成后，堆积体的各个变形曲线均逐渐趋于收敛，这表明堆积体变形量虽然还在继续，但变形速率逐渐减小并趋于稳定；同时，抗滑桩本身受力也比较稳定，表明抗滑桩对堆积体的蠕滑变形起到了较好的加固作用。

4 结 语

1)经过抗滑桩加固处理，堆积体的蠕滑变形速率逐渐减小并趋于稳定，抗滑桩本身受力也比较稳定，说明堆积体基本处于稳定状态，抗滑桩起到了较好的加固效果。

2)测斜孔位移量均呈现上大下小的特征，表明堆积体顶部土体位移较大，深部未发生较大变形，符合滑坡运动规律；从整体上来看，堆积体的变形量从前部往后部逐渐增大。

3)降雨是影响堆积体稳定的影响因素之一，降雨对堆积体表面变形影响较小，对堆积体内部变形影响较大，应加强雨季对堆积体的监测。

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(责任编辑：乔翠平)

Monitoring and Analysis of Reinforcement Effect on Anti-slide Piles of Xiahongyan Talus Slope

LI Riyun1, SUN Tao1, SONG Guandong2

(1.North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;2.Zhejiang Huadong Construction Co., Ltd., Hangzhou 310030, China)

Monitoring and analysis of reinforcement effect on anti-slide piles is an important work in the landslide control project, which has great significance to test the reinforcement effect of landslide and monitoring the safety of anti-slide project, also provides a reference for the optimization design of anti-slide piles. In order to test the reinforcement effect on anti-slide piles of Xiahongyan talus slope in a hydropower station in southwest China and guarantee the safety of the construction period of the hydropower station, a long term monitoring has been conducted for the surface deformation, inner deformation and variation of groundwater level of the talus slope and the stress, strain and the soil press of the anti-slide piles by the combination method of geodesy and GPS, drilling inclinometer method and steel meter method and so on. Analysis of the monitoring results shows: the anti-slide piles play a significant role in reinforcing the talus slope; rainfall is an important factor affecting the inner deformation of the talus slope; a lager deformation exists in the top but no obvious deformation exists in the depth of the talus slope; the deformation of the talus slope is gradually enlarged from the front part to the back.

talus slope; anti-slide piles; reinforcement effect; monitoring

2015-12-10

李日运(1963—),男,山东招远人,副教授,主要从事地质工程方面的研究。E-mail：liriyun@ncwu.edu.cn。

孙韬(1991—),男,河南南阳人,硕士研究生,主要从事地质工程方面的研究。 E-mail：suntao126@163.com。

10.3969/j.issn.1002-5634.2016.03.013

TV223.2+2

A

1002-5634(2016)03-0065-06