岩质高边坡桩板墙体系中抗滑桩受力现场监测分析

陈沂 卢伟 杨仙 张鼎

摘要：文章以怀芷高速公路朱溪互通岩质高边坡二次开挖工程为例，通过对该岩质高边坡桩板墙中的抗滑桩钢筋应力进行施工期和工后的长期监测，对桩体的内力进行了深入分析。结果表明：钢筋计应力在施工期受施工工况的影响变化较大，工后一段时间内也存在较大变化，工后约三个月后监测值趋于平稳，说明经过工后一段时间的应力调整后，桩板墙和内部岩体之间的相互作用也趋于平稳;钢筋计整体应力水平较低，说明坡体在施工期及工后均处于安全稳定状态。

关键词：岩质高边坡;二次开挖;桩板墙;抗滑桩;钢筋应力监测

中图分类号：U416.1+4文献标识码：A DOI：10.13282/j. cnki. wccst. 2019.12.006

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0019 - 03

0 引言

随着现代社会的发展，人们对于交通出行的要求也越来越高，而某些老旧高速公路仍是双向四车道，完全无法满足未来高速公路的出行要求，因此需要对原道路进行拓宽。目前对于高速公路拓宽的研究多是聚焦于路基拼接以及路基差异沉降等方面[1 -2]，而对拓宽过程中边坡二次开挖方面的研究相对较少。本次道路拓宽工程中岩质高边坡的二次开挖采取了桩板墙进行支护。作为一种由抗滑桩演变而来的新型支挡结构，桩板墙的设计计算理论目前还不够完善，各行业规范推荐的设计计算方法也有所区别：《铁路路基支挡结构设计规范》（TB10025/J127 - 2006）中提出的桩板墙的计算方法与抗滑桩计算方法一致，都是采用地基系数法[3];《公路挡土墙设计与施工技术细则》中视桩体为固结在锚固段内的悬臂构件，利用锚固段内的岩土侧向抗压强度和桩的埋深抵抗上半段的水平力和弯矩[4];《建筑边坡工程技术规范》 （GB50330 - 2013）对桩板墙的设计采用的是静力平衡法或等值梁法[5]。对桩板墙中的抗滑桩应力进行监测分析，能够明确桩板墙中抗滑桩的应力状态，有利于桩板墙的设计计算理论的改进与完善[6-7]。怀芷高速公路朱溪互通与包茂高速相接段拓宽切方工程中，新设置的岩质高边坡采用桩板墙体系进行支挡。本文针对桩板墙体系中的抗滑桩进行了施工期和工后长期监测，对桩体的受力变化特征进行了深入分析，对同类工程樁板墙体系中的抗滑桩检测设计和施工具有一定的参考价值。

1 工程概况

湖南省怀化至芷江高速公路在JHK91+780～JHK92+040路段新建朱溪互通，其中JHK91+780～JHK91 +880段老路右侧需向外拓宽2～3 m。该边坡坡面相对平整，实测坡比为1：0.7～1.1，高度为13～39 m，长约210 m，主要由强一中风化泥质粉砂岩组成，岩层产状倾向和线路走向呈小角度相交，原支护形式为4mx4m点锚支护，锚杆长度为12 m。

为此，通过在一级边坡处设置桩板墙，开挖墙前土石方实现旧路拓宽。在边坡设置21根桩，桩长16 m，墙高8m，桩身尺寸为1.5mx2.Om。二级以上边坡基本维持原状，可减少开挖土石方量，同时又保证边坡的稳定性，降低施工风险。桩板墙完成且土方挖出后，需要对原有锚杆坡面补充人字形骨架锚杆。

工程地质平面图见图1。

图2为本次桩板墙施工流程：图（a）表示原始边坡;图（b）表示施工过程中施工平台的搭建和对桩体的开挖;图（c）表示施工过程中下放钢筋笼并进行混凝土的浇筑，形成抗滑桩;图（d）表示施工过程中对桩前土体的开挖;图（e）表示施工过程中对墙体进行浇筑，形成桩板墙。

2 桩板墙体系结构设计及抗滑桩监测设计

抗滑桩主筋采用42根φ32 mm的螺纹钢筋，箍筋采用16 mm的钢筋，间距为200 mm，桩底部以上2.4 m箍筋加密间距为100 mm（如图3所示）。

选取16#桩进行抗滑桩受力监测。分别在抗滑桩受拉一侧和受压一侧布置钢筋应力计，选取两侧最中间的一根钢筋，确保第一根钢筋应力计距离桩顶有2m的距离，然后每隔2～3 m焊接一个钢筋计，每侧安装5个，共10个钢筋计。钢筋计布置如图4所示。钢筋笼埋设后从混凝土初凝开始，在施工全过程以及完工后定期监测钢筋应力状态。通过钢筋应力状态，分析其变形状态，从而间接分析施工期间及工后边坡坡体内部应力状态的变化。

监测使用仪器为JMZX - 425HAT智能弦式钢筋应力计。其量程为±200 MPa、- 40℃～90℃，精度为0.1% FS 0.5℃，材料为合金钢。

3 监测结果与分析

施工期监测频率为1次/d，施工后的监测频率为1次/月，对该工程中抗滑桩应力进行了为期1年的监测。选取施工期中特殊时间节点的监测数据以及施工后每月一次的监测数据进行抗滑桩受力特征分析。在混凝土灌注完毕后，理论受拉侧（靠山侧）和受压侧（靠路侧）均体现出压应力。分析其原因，主要是灌注完毕后，混凝土产生收缩，导致钢筋产生压应力。为了降低因混凝土收缩造成的影响，选取混凝土终凝完毕后的应力作为初始值，对监测数据进行处理，得到16#桩钢筋应力监测数据曲线（见图5～6）。

监测结果分析如下：

（1）施工期间，桩前土体开挖完毕后，靠山一侧的钢筋计主要体现出拉应力，拉应力最大点出现在桩顶以下10 m的位置;靠路一侧的钢筋计上部体现出拉应力，中下部体现出压应力，最大拉应力出现在桩顶以下4m的位置，最大压应力出现在桩顶以下7m的位置。监测结果并未如抗滑桩理论分析中体现出明显的受拉受压侧，特别是受压侧，压应力表现并不突出。分析其原因，主要是桩前土体开挖完毕后，理论上桩体会承受来自桩后岩质边坡的侧向应力，而实际上桩体一岩质边坡形成了一个整体应力体系，开挖后，桩体一边坡体系中的应力重新分布。桩体靠山一侧与坡体直接接触，在短时间内即体现出较明显的受拉状态，而靠路一侧的桩体并未即时体现出明显的受压状态。

（2）桩前土体开挖后进行桩前挡土板施工。桩前墙体设置完毕后，靠山一侧的最大压应力减小，靠路一侧的最大拉应力和最大压应力也均呈减小的趋势。说明桩前挡土板的设置对于桩体受力有一定的影响，挡土板能够分担一定的边坡侧向压力，对抗滑桩体系的稳定性起到有利作用。

（3）施工后监测结果初期变化较大，三个月后，监测结果趋于稳定状态。说明桩板墙一岩质边坡体系应力调整也趋于稳定。在稳定状态下，靠山一侧主要体现出拉应力，最大拉应力出现在桩顶以下10 m的位置;靠路一侧主要体现出压应力，最大压应力出现在桩顶以下7m的位置。桩体表现出明显的受拉受压侧，与传统抗滑桩设计理论相吻合，说明桩板墙的设计计算可以沿用抗滑桩设计计算理论。

（4）在监测过程中，钢筋计应力总体水平较低，最大拉应力达到31.4 MPa，最大压应力达到21.6 MPa，而钢筋的设计拉压应力值为335 MPa。由此可知，本工程中抗滑桩安全储备高，坡体在施工期及监测期均能保持良好的稳定状态。本工程中地层主要为泥质粉砂岩，该类岩体的特点是，风化程度较弱时，抗剪强度较大。但其抗风化能力差，风化后抗剪强度会明显降低，因此提高设计安全储备是很有必要的。而在本工程中，因为开挖面设置了挡土墙体，对泥质粉砂岩开挖面形成了封闭，坡体上部也设置了良好的截排水体系，保证了泥質粉砂岩的抗风化能力。因此岩体本身的抗剪强度得到了保护，自稳能力强，桩板墙体系受到的应力较小。

4 结语

通过岩质高边坡二次开挖桩板墙支护体系的施工，对抗滑桩钢筋应力在施工期及工后监测的结果进行分析，得出了如下结论：

（1）桩板墙中挡土板的设置能为抗滑桩分担一定的应力，因此挡土板的作用不仅仅是支挡桩间土体，也能为支挡结构体系提供一定的安全储备。

（2）桩板墙一岩质边坡作为一个整体，在桩前土体开挖后，会有一个应力重分布的过程。工后一段时间内应力监测结果存在较大变化，工后约三个月后监测值趋于平稳。

（3）稳定后桩体应力体现出较明显的受拉和受压侧，与抗滑桩计算理论相符，说明桩板墙的设计计算可以沿用抗滑桩理论。

（4）钢筋计整体应力水平较低，说明坡体在施工期及工后均处于安全稳定状态。

参考文献

[1]傅珍.高速公路拓宽工程路基差异沉降及控制技术研究[D].西安：长安大学，2007.

[2]高翔.高速公路新老路基相互作用分析与处理技术研究[D].南京：东南大学，2006.

[3]TB10025/J127- 2006，铁路路基支挡结构设计规范[S].

[4]中交第二公路勘察设计研究院有限公司.公路挡土墙设计与施工技术细则[M].北京：人民交通出版社，2008.

[5]GB50330 - 2013，建筑边坡工程技术规范[S].

[6]魏恺泓.黄土高填方边坡变形及监测研究[D].成都：成都理工大学，2015.

[7]张力.高速铁路陡坡地基路堤桩板墙受力特性监测分析[D].成都：西南交通大学，2014.

作者简介：陈沂（1994-），助理工程师，研究方向：岩土工程;

卢伟（1994-）.硕士研究生，研究方向：地质工程;

杨仙（1982-），博士，研究方向：地质灾害;

张鼎（1996-），硕士研究生，研究方向：岩土工程。