让压型抗滑桩在顺层岩岸坡加固工程中的应用

林田野

（建昌县水利事务服务中心，辽宁 葫芦岛 125300）

1 概况

白石水库是辽西地区大凌河干流上的大型综合性水利枢纽工程，工程始建于2009年，2014年正式建成并投入使用。白石水库坝址以上流域面积近18000km2，占大凌河流域面积的近76%[1]。水库按照百年一遇洪水标准设计，千年一遇洪水标准校核，正常蓄水位为126.00m，总库容为16.45亿m3，建成后不仅可以大幅提升下游地区的防洪标准，每年还可以为阜新和锦州等下游地区城市提供生产生活用水2亿m3[2]。

水库在蓄水之后，大坝左岸上游1500～1700m范围内先后发生了两次顺层岩边坡失稳灾害。经地质调查，该段边坡的变形长度约150.0m，最高变形范围为42.5m，原设计方案中采用的是1∶0.5放坡处理，未采取其他防护措施。在两次失稳灾害发生之后，坡顶出现卸荷裂隙的缝隙，坡面由数块垮塌块体堆积，而岸坡的上部砂岩体层形成临空面，存在进一步失稳的可能性。如果继续大面积垮塌将对水库的运行造成危害，因此，亟待进行失稳灾害治理。

在顺层岩失稳边坡治理过程中，其主要目的是根据坡体的位移和应力变化特点，采取科学有效的支护措施，减小滑坡崩塌等地质灾害发生的可能性[3]。根据当前的工程经验，失稳边坡加固主要基于削坡减载、回填反压及排水支挡等理念，利用抗滑桩、锚杆等支护架构为边坡提供必要的抗滑力[4]。但是，这些传统的支护方法由于不允许边坡进一步变形，从而限制了顺层岩边坡层理结构面抗剪强度的有效发挥，因此，设计本身往往偏于保守，结构尺寸普遍偏大，不利于工程经济性的发挥[5]。为了充分发挥层岩边坡层理结构面抗剪强度，文中提出了让压型抗滑桩，并利用现场试验的方式与普通抗滑桩的支护效果进行对比，为其工程应用提供必要的支持。

2 设计与施工

2.1 结构原理

在顺层岩边坡支护施工设计过程中，常规抗滑桩主要利用桩身强度和嵌固段抗力对边坡变形进行约束和控制。由于常规抗滑桩支挡结构的横向变形较小，因此，其受到的侧向荷载在计算时往往将加固边坡视为刚塑性模型，忽略了岩层层面强度对坡体稳定性的有益作用，导致计算结果偏于保守，桩体尺寸偏大。

事实上，顺层岩边坡在坡体失稳破坏前已经存在比较微弱的变形，如果此时进行抗滑桩支挡结构的设置，则其受到的侧向荷载会明显减小，因此桩身尺寸也可以进一步减小。此次研究借鉴相关研究成果，提出了让压型抗滑桩，其结构示意图如图1所示。该型抗滑桩主要由悬臂和嵌固段两大部分构成。其中，嵌固段位于滑动结构面以下的稳定岩体中，悬臂段位于滑动结构面以上，并在与坡体接触的侧面设置低弹模材料制作的让压层，此次研究中采用环氧树脂材料。

图1 让压型抗滑桩结构示意图

2.2 施工工艺

在顺层岩边坡加固施工中采用让压型抗滑桩时，需要在切坡施工完成之前进行布置[6]，具体施工方法：1）桩孔施工，首先根据计算好的桩位和桩身结构尺寸，利用机械成孔或人工开挖的方式进行桩孔施工，其纵向和横向误差不超过2cm；2）钢筋笼安装，将预制完成的抗滑桩钢筋笼吊装进桩孔，如果桩孔尺寸较大，也可以在桩孔内完成钢筋笼的制作和安放；3）让压层安装，将环氧树脂材料制作的让压层准确安放于悬臂段和坡体接触之间，并固定牢固；4）桩体浇筑，按照工程设计，将混凝土建筑于桩孔内。

3 效果评价

3.1 试验方案

为了对本文提出的让压型抗滑桩对顺层岩库岸边坡的支护效果进行评价，研究中选择白石水库左岸上游1500～1530m的顺层岩边坡进行现场试验：方案1为采用普通抗滑桩加固1500～1510m；方案2为采用让压型抗滑桩加固1510～1520m；方案3为1520～1530m试验段，不采取支护措施。

该试验段岸坡的岩层主要以砂岩为主，层理结构十分明显，岩层的倾角为20°左右，坡比为1∶0.5，坡高为30.0m。其中，方案1在距离岸坡坡脚20.0m的位置设置矩形混凝土抗滑桩，桩长32.0m，嵌固深度为10.0m，桩身截面为长2.4m、宽2.0m的矩形；方案2在距离坡脚20.0m的部位设置矩形抗滑桩，桩长32.0m，嵌固深度为10.0m，桩身截面为长1.8m、宽1.5m的矩形。

3.2 试验方法

试验中地表位移观测采用GPS监测技术，使用南方9600型GPS仪器进行岸坡的稳定性监测。监测过程中，首先需要在边坡外选取地质条件良好、基础相对比较稳定的点位作为监测过程中的基准点，同时在岸坡上选择有代表性的点位作为监测点[7]。其中，标志点全部采取混凝土强制对中监测墩，观测时采用多点联测的方式进行，变形监测网由3个观测点和10个观测位移点组成，测量精度为二等。

边坡的深部位移监测是边坡整体变形研究的关键和重点[8]。但是传统的地表测量法无法测到边坡岩体内部的蠕变变形。此次研究中的边坡深部位移监测采用测斜管，在安装过程中，首先需要钻测斜孔，然后直接下放测斜管，后用水泥砂浆将测斜管和孔壁之间的孔隙充填密实。测斜管安装完毕后，在管顶加密贴帽盖。

研究中利用土压力盒对桩身的侧向应力进行测量，土压力盒在抗滑桩浇筑之前预先绑扎至钢筋上，同时填充好其与周围岩体之间的孔隙，确保能够和周围岩体紧密接触。

3.3 结果分析

研究中对不同试验方案下的坡体位移量进行试验和数据统计，结果整理见表1。由表1可以看出，方案3条件下，坡体各关键部位的位移量均在30.00mm以上，位移量相对较大，存在失稳破坏的可能性；在方案1和方案2条件下，坡体各关键部位的位移量明显减小，说明采取抗滑桩加固措施可以获得良好的加固效果。方案1和方案2的位移量数值十分接近，方案2的位移量要略大于方案1，说明支护工程效果相似。因此，采用让压抗滑桩可以获得和普通抗滑桩相似的岸坡位移控制效果，但桩身尺寸显著减小，具有明显的经济优势。

研究中对桩身位移进行统计，结果见表2。从表2可以看出，方案2的桩身上中部的位移量显著大于方案1，桩脚部位的位移量比较接近。究其原因，主要是让压型抗滑桩的桩后岩体仍可以产生部分变形，故位移量相对较大。

表2 桩体最大位移试验结果mm

研究中对不同方案的抗滑桩桩身侧向压力进行试验，稳定之后的侧向压力试验结果见表3。由表3可以看出，方案2桩身的侧向压力值明显小于方案1。究其原因，主要是让压型抗滑桩的桩后岩体仍可以产生部分变形，从而充分发挥岩层层面之间的抗剪强度，使作用于抗滑桩桩身的侧向压力得到显著降低，这对于保证抗滑桩的作用发挥，提高边坡的安全稳定性具有重要意义。

表3 桩身侧向压力试验结果MPa

4 结语

层状岩岸坡支护加固设计一直是水利工程界面临的重要课题，也是研究的重要方向。上文通过工程现场对比实验得出，采用让压型抗滑桩支护后，岸坡坡体位移也可以获得较好的约束，且桩身侧向压力值明显减小。由此可见，采用让压型抗滑桩可以在满足安全支护的前提下大幅减小桩身尺寸，具有显著的经济效益，建议在工程设计中推广使用。当然，此次研究仅对让压型抗滑桩的支护性能进行了初步探索，尚没有考虑让压层厚度及材料的弹性模量对预控效果的影响，在今后研究中需要在上述方向进行进一步的研究分析，以便为工程应用提供更有力的支持和借鉴。