悬臂梁抗滑桩裂缝发展规律

(重庆交通大学 重庆 400000)

引言

抗滑桩的抗滑作用主要是利用稳定地层的锚固作用和被动抗力来平衡滑坡推力[1]。与其它抗滑工程如抗滑挡墙、锚杆等相比，其具有抗滑能力强、适用条件广泛、不易恶化滑坡状态、施工安全简便，并能进一步核实地质条件等突出优点[2]。同时抗滑桩可以和其他边坡治理措施灵活的配合。由于抗滑桩在治理滑坡及维护边坡稳定上的突出优点，使抗滑桩广泛应用于矿山边坡、铁路、公路滑坡、工业与民用建筑基坑支护、港口等边坡工程中[3]。

滑面下坚硬地层的锚固作用和桩周土压力是抗滑桩的主要抗力。抗滑桩有许多优点，例如：抗滑能力强、施工扰动小、使用范围广、成桩速度快，所以抗滑桩成为灾害治理中的重要工具。目前，抗滑桩的设计已经取得了一些成果，但对抗滑桩的实际受力情况仍有偏差，

抗滑桩表面裂缝的发展与其受力变形和破坏过程有着密切的关联，因此，对于抗滑桩裂缝发展规律的研究是很有必要的。

一、试验方案

为了研究抗滑桩的破坏形态及裂缝发展规律，进行了室内模型试验。本试验模型桩共三组，长度分别为1.6m，1.8m，2.0m，每组一根，进行单调加载实验，单调加载从6KN开始，每级递增6KN，直到破坏。模型桩混凝土等级C30，钢筋牌号为HPB235，使用4φ6和1φ10的光圆钢筋作为受拉钢筋与架立筋。箍筋采用φ2的光圆钢筋，箍筋尺寸70mm×120mm，箍筋间距为100mm，保护层厚度15mm。配筋图见图1.1。测得立方体抗压强度fcu,k=32.6MPa，轴心抗压强度fck=21.5MPa，φ10屈服强度为235MPa，φ6屈服强度为228MPa。

图1.1 桩截面配筋图

二、加载装置

为实验提供水平推力的设备为MTS电液伺服加载试验系统，MTS系统推力作用在箱体推力分散活动门上，再传递到与抗滑桩之间的土体上。箱体制作完成后，浇筑80cm厚混凝土板，用以模拟抗滑桩嵌固段所在的滑床；在混凝土板后部距箱体后缘40cm处预留了一个略大于模型桩横截面尺寸的混凝土槽，实验模型桩置于槽内，以实现模型桩的固定。推力经试验箱体传递到位于前部的支撑架，而螺栓提供反力保证整个实验装置不滑动。装置具体图见图1.2。

图2.1 固定装置示意图

(图中：1.实验室地面混凝土板；2.地锚螺栓；3.型钢支撑架；4.实验钢制土箱；5.MTS伺服推力机；6.反力墙)

三、裂缝开展形态

(一)1.6m桩体裂缝形态

图3.1中，a、b、c、d分别为桩前、桩后、桩左、桩右破坏后裂缝形态。从图中可见，1.6m(1)桩的裂缝基本分布于滑面以上0.2m范围内桩前的放射状裂缝以及桩侧的斜裂缝为主。

刚开始加载时，试件处于弹性阶段，未出现可见裂缝。随着荷载增大，混凝土拉应力达到混凝土抗拉强度时，出现第一条主要裂缝在桩后滑面上方20mm处，该裂缝形态粗糙不平，与桩身垂直正交，属于张拉裂缝。随着荷载进一步增大，混凝土拉应力增大，箍筋应力立即屈服，不能够限制斜裂缝的发展，桩侧出现斜裂缝，由滑动面以横向裂缝逐级向斜下方延伸扩展而成，属于斜拉裂缝，此斜裂缝从桩侧看头宽尾细，由横向拉裂缝发展而成，与桩前压碎区连通，使梁沿斜向被拉裂为两部分而突然破坏。桩前放射状裂缝整体呈放射状，并伴有混凝土块的脱落，裂缝形态较短小，粗糙不平，这是由于混凝土受压破坏形成，表明当受压区混凝土压碎破坏后，桩体彻底破坏，丧失结构强度。

(二)1.6m桩体破坏

图3.1中，a、b、c、d分别代表桩、后、左、右破坏后的形态，如图所示，桩后受压区混凝土呈压碎状，张裂缝与斜裂缝连通压碎区，桩体整体绕压碎区表现为弯折破坏。压碎区内靠棱边处混凝土更为破碎，表明棱边处应力集中现象明显。

图3.1 1.6m桩体破坏照片

(三)1.8m桩体裂缝形态

图3.2为1.8m桩裂缝形态图，1.8m桩的裂缝分布于滑面以下约0.1m范围内，1.8m桩的裂缝为张拉裂缝，受拉应力作用，沿着桩的横截面不规则扩展贯通；从上往下一次为①.④号，①号裂缝为横向裂缝为张拉裂缝，在由于受拉区混凝土在拉应力作用下开裂形成，该裂缝形态粗糙不平，与桩身垂直正交，为主要裂缝。②、③、④号裂缝为弯剪斜裂缝，受拉应力与剪应力共同作用，从受压区产生并斜向下发展，呈放射状，与桩后张拉裂缝连通。表明了桩体是在弯矩与剪力共同作用下破坏。

(四)1.8m桩体破坏

如图3.2(a)-(d)桩在滑面以下0.2m以内破坏，破坏后的桩后受压区混凝土呈压碎状，张裂缝与斜裂缝连通压碎区，桩体整体绕压碎区表现为弯折破坏。压碎区内靠棱边处由于应力集中导致混凝土更为破碎。

图3.2 1.8m(2)桩体破坏照片

图3.3 2m桩体破坏照片

(五)2m桩体裂缝形态

图3.3为2m桩的裂缝形态图，如图3.3(a)-(c)，2m桩的裂缝分布于滑面以下约0.1m范围内，分别为桩后与桩侧的横向裂缝，桩前的放射状裂缝以及桩侧的斜裂缝为主。

桩后与桩侧的横向裂缝在由于受拉区混凝土在拉应力作用下开裂形成，该裂缝形态粗糙不平，与桩身垂直正交，属于张拉裂缝，为主要裂缝。

桩前放射状裂缝整体呈放射状，并伴有混凝土块的脱落，裂缝形态较短小，粗糙不平，同样也属张拉裂缝，这是由于混凝土受压破坏形成，表明当受压区混凝土压碎破坏后，桩体彻底破坏，丧失结构强度。

桩侧斜裂缝由滑动面以横向裂缝逐级向斜下方延伸扩展而成，此斜裂缝从桩侧看头宽尾细，由横向拉裂缝发展而成，与桩前压碎区连通。此裂缝是在拉应力与剪应力共同作用下形成，属于弯剪斜裂缝，表明了桩体是在弯矩与剪力共同作用下破坏。

(六)2m桩体破坏

如图3.3(a)-(c)，桩在滑面以下0.2m以内破坏，破坏后的桩后受压区混凝土呈压碎状，张裂缝与斜裂缝连通压碎区，桩体整体绕压碎区表现为弯折破坏。压碎区内靠棱边处由于应力集中导致混凝土更为破碎。

四、结论

本文对抗滑桩的裂缝发展规律进行了试验研究。

(1)在所有桩的模拟结果中，裂缝最开始出现的地方均在桩后滑动面以下一定范围内，为向横向拉张裂缝，随后在桩的纵向和横向、斜向均有发展，分别发张成弯剪斜裂缝和放射状裂缝，对桩的破坏起到辅助作用，并且桩身裂缝在试验后期的扩展速率较前期更快。

(2)在锚固深度、加载方式相同，受荷段长度不同抗滑桩加载时。抗滑桩裂缝在分布范围上呈现不同特征，桩长越长，裂缝分布范围越广。

[1]雷文杰,郑颖人,冯夏庭.滑坡治理中抗滑桩桩位分析[J].岩土力学,2006,27(6):950-954.

[2]张可能,鲁鹤松,王在军.拱形双排抗滑桩受力特性研究及其工程应用[J].中国水运月刊,2013(10):324-326.

[3]李致远,陈峰.抗滑桩设计中设计推力的探讨[J].福建建材,2011(1):5-6.