桩靴式抗滑桩加固土坡探究

作者：刘素嘉 水利系

指导老师：张嘎 水利系

关键词：桩靴 抗滑桩 土坡

摘要

针对广泛存在的水位变动带土坡面临的传统抗滑桩加固效果不佳这一问题，本项目提出一种新型的桩靴式抗滑桩结构，验证了其通过延缓和均匀化了水位变动过程中的变形局部化，加固效果得到明显提升。

桩靴式抗滑桩结构

桩靴式抗滑桩包括由一段竖直桩和一段水平桩连接形成的桩身4，其中，横段沿垂直于边坡的走向灌注于滑坡的基体1内，竖段下端与横段外端连接，且自下向上依次贯穿基体1和滑裂面3并深入至滑动体2内（图1）。施工主要步骤为：开挖竖直桩孔口，并同时安装护壁模板，灌注护壁混凝土；安置竖直段钢筋笼；从坡面开挖水平桩孔口，与竖直桩孔口相交，并继续向边坡内部延长一段距离形成水平段，同时安装护壁模板，灌注护壁混凝土；在水平段内安置水平段钢筋笼；灌注混凝土直至填满；回填边坡表面至竖直桩孔口。

图1  桩靴式抗滑桩结构

变形特性

图2比较了素土坡和不同抗滑桩加固边坡在水位下降过程中典型点的水平位移曲线。同一水位下，素土坡的水平位移大于抗滑桩加固边坡的水平位移。结果表明，抗滑桩对边坡变形有明显的抑制作用。显然，插入桩靴式抗滑桩的土坡出现拐点的时间明显推迟、出现的水平位移显著减小。结果表明，桩靴式抗滑桩加固效果明显增强。

图2  系列试验点M、N水平位移对比

土拱效应

图3对分析了传统抗滑桩与桩靴式抗滑桩最大主应力方向的水平分布。通过数据分析可知，土体上各点最大主应力方向随时间变化很小，说明破坏前后土拱形状基本不发生变化。在水平方向上，桩靴式抗滑桩加固土坡的最大主应力角度α从左到右递减，说明土拱形状向右凸。

图3 最大主应力方向水平分布

破坏机理

图4、5分别显示了破坏前后传统抗滑桩与桩靴式抗滑桩加固土坡的土坡方向剪切应变的水平分布。可以看出，剪应变在初始阶段很小，并且随着水位降低而呈现出增加的趋势。在局部区域，剪应变快速增长，并明显高于周围地区。结果表明，变形局部化出现在这个区域内。水位下降过程中变形局部化程度增大。变形局部化的发展最终导致了局部破坏。此外，局部破坏发生后，在滑裂面附近有一个更为显著的峰值。这表明局部破坏在其附近引起更大的变形局部化。因此，土坡的破坏机理可以用变形局部化与局部破坏之间的显著耦合过程来描述。

图4 传统抗滑桩加固土坡破坏前后剪应变分布

图5 桩靴式抗滑桩加固土坡破坏前后剪应变分布