樁靴式抗滑樁加固土坡探究
作者：劉素嘉 水利系
指導(dǎo)老師：張嘎 水利系
關(guān)鍵詞：樁靴 抗滑樁 土坡
摘要
針對(duì)廣泛存在的水位變動(dòng)帶土坡面臨的傳統(tǒng)抗滑樁加固效果不佳這一問題，本項(xiàng)目提出一種新型的樁靴式抗滑樁結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了其通過延緩和均勻化了水位變動(dòng)過程中的變形局部化，加固效果得到明顯提升。
樁靴式抗滑樁結(jié)構(gòu)
樁靴式抗滑樁包括由一段豎直樁和一段水平樁連接形成的樁身4，其中，橫段沿垂直于邊坡的走向灌注于滑坡的基體1內(nèi)，豎段下端與橫段外端連接，且自下向上依次貫穿基體1和滑裂面3并深入至滑動(dòng)體2內(nèi)（圖1）。施工主要步驟為：開挖豎直樁孔口，并同時(shí)安裝護(hù)壁模板，灌注護(hù)壁混凝土；安置豎直段鋼筋籠；從坡面開挖水平樁孔口，與豎直樁孔口相交，并繼續(xù)向邊坡內(nèi)部延長(zhǎng)一段距離形成水平段，同時(shí)安裝護(hù)壁模板，灌注護(hù)壁混凝土；在水平段內(nèi)安置水平段鋼筋籠；灌注混凝土直至填滿；回填邊坡表面至豎直樁孔口。
圖1 樁靴式抗滑樁結(jié)構(gòu)
變形特性
圖2比較了素土坡和不同抗滑樁加固邊坡在水位下降過程中典型點(diǎn)的水平位移曲線。同一水位下，素土坡的水平位移大于抗滑樁加固邊坡的水平位移。結(jié)果表明，抗滑樁對(duì)邊坡變形有明顯的抑制作用。顯然，插入樁靴式抗滑樁的土坡出現(xiàn)拐點(diǎn)的時(shí)間明顯推遲、出現(xiàn)的水平位移顯著減小。結(jié)果表明，樁靴式抗滑樁加固效果明顯增強(qiáng)。
圖2 系列試驗(yàn)點(diǎn)M、N水平位移對(duì)比
土拱效應(yīng)
圖3對(duì)分析了傳統(tǒng)抗滑樁與樁靴式抗滑樁最大主應(yīng)力方向的水平分布。通過數(shù)據(jù)分析可知，土體上各點(diǎn)最大主應(yīng)力方向隨時(shí)間變化很小，說明破壞前后土拱形狀基本不發(fā)生變化。在水平方向上，樁靴式抗滑樁加固土坡的最大主應(yīng)力角度α從左到右遞減，說明土拱形狀向右凸。
圖3 最大主應(yīng)力方向水平分布
破壞機(jī)理
圖4、5分別顯示了破壞前后傳統(tǒng)抗滑樁與樁靴式抗滑樁加固土坡的土坡方向剪切應(yīng)變的水平分布?？梢钥闯觯魬?yīng)變?cè)诔跏茧A段很小，并且隨著水位降低而呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。在局部區(qū)域，剪應(yīng)變快速增長(zhǎng)，并明顯高于周圍地區(qū)。結(jié)果表明，變形局部化出現(xiàn)在這個(gè)區(qū)域內(nèi)。水位下降過程中變形局部化程度增大。變形局部化的發(fā)展最終導(dǎo)致了局部破壞。此外，局部破壞發(fā)生后，在滑裂面附近有一個(gè)更為顯著的峰值。這表明局部破壞在其附近引起更大的變形局部化。因此，土坡的破壞機(jī)理可以用變形局部化與局部破壞之間的顯著耦合過程來描述。
圖4 傳統(tǒng)抗滑樁加固土坡破壞前后剪應(yīng)變分布
圖5 樁靴式抗滑樁加固土坡破壞前后剪應(yīng)變分布
