巖質高邊坡樁板墻體系中抗滑樁受力現(xiàn)場監(jiān)測分析

陳沂 盧偉 楊仙 張鼎

摘要：文章以懷芷高速公路朱溪互通巖質高邊坡二次開挖工程為例，通過對該巖質高邊坡樁板墻中的抗滑樁鋼筋應力進行施工期和工后的長期監(jiān)測，對樁體的內力進行了深入分析。結果表明：鋼筋計應力在施工期受施工工況的影響變化較大，工后一段時間內也存在較大變化，工后約三個月后監(jiān)測值趨于平穩(wěn)，說明經過工后一段時間的應力調整后，樁板墻和內部巖體之間的相互作用也趨于平穩(wěn);鋼筋計整體應力水平較低，說明坡體在施工期及工后均處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

關鍵詞：巖質高邊坡;二次開挖;樁板墻;抗滑樁;鋼筋應力監(jiān)測

中圖分類號：U416.1+4文獻標識碼：A DOI：10.13282/j. cnki. wccst. 2019.12.006

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0019 - 03

0 引言

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人們對于交通出行的要求也越來越高，而某些老舊高速公路仍是雙向四車道，完全無法滿足未來高速公路的出行要求，因此需要對原道路進行拓寬。目前對于高速公路拓寬的研究多是聚焦于路基拼接以及路基差異沉降等方面[1 -2]，而對拓寬過程中邊坡二次開挖方面的研究相對較少。本次道路拓寬工程中巖質高邊坡的二次開挖采取了樁板墻進行支護。作為一種由抗滑樁演變而來的新型支擋結構，樁板墻的設計計算理論目前還不夠完善，各行業(yè)規(guī)范推薦的設計計算方法也有所區(qū)別：《鐵路路基支擋結構設計規(guī)范》（TB10025/J127 - 2006）中提出的樁板墻的計算方法與抗滑樁計算方法一致，都是采用地基系數法[3];《公路擋土墻設計與施工技術細則》中視樁體為固結在錨固段內的懸臂構件，利用錨固段內的巖土側向抗壓強度和樁的埋深抵抗上半段的水平力和彎矩[4];《建筑邊坡工程技術規(guī)范》 （GB50330 - 2013）對樁板墻的設計采用的是靜力平衡法或等值梁法[5]。對樁板墻中的抗滑樁應力進行監(jiān)測分析，能夠明確樁板墻中抗滑樁的應力狀態(tài)，有利于樁板墻的設計計算理論的改進與完善[6-7]。懷芷高速公路朱溪互通與包茂高速相接段拓寬切方工程中，新設置的巖質高邊坡采用樁板墻體系進行支擋。本文針對樁板墻體系中的抗滑樁進行了施工期和工后長期監(jiān)測，對樁體的受力變化特征進行了深入分析，對同類工程樁板墻體系中的抗滑樁檢測設計和施工具有一定的參考價值。

1 工程概況

湖南省懷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段老路右側需向外拓寬2～3 m。該邊坡坡面相對平整，實測坡比為1：0.7～1.1，高度為13～39 m，長約210 m，主要由強一中風化泥質粉砂巖組成，巖層產狀傾向和線路走向呈小角度相交，原支護形式為4mx4m點錨支護，錨桿長度為12 m。

為此，通過在一級邊坡處設置樁板墻，開挖墻前土石方實現(xiàn)舊路拓寬。在邊坡設置21根樁，樁長16 m，墻高8m，樁身尺寸為1.5mx2.Om。二級以上邊坡基本維持原狀，可減少開挖土石方量，同時又保證邊坡的穩(wěn)定性，降低施工風險。樁板墻完成且土方挖出后，需要對原有錨桿坡面補充人字形骨架錨桿。

工程地質平面圖見圖1。

圖2為本次樁板墻施工流程：圖（a）表示原始邊坡;圖（b）表示施工過程中施工平臺的搭建和對樁體的開挖;圖（c）表示施工過程中下放鋼筋籠并進行混凝土的澆筑，形成抗滑樁;圖（d）表示施工過程中對樁前土體的開挖;圖（e）表示施工過程中對墻體進行澆筑，形成樁板墻。

2 樁板墻體系結構設計及抗滑樁監(jiān)測設計

抗滑樁主筋采用42根φ32 mm的螺紋鋼筋，箍筋采用16 mm的鋼筋，間距為200 mm，樁底部以上2.4 m箍筋加密間距為100 mm（如圖3所示）。

選取16#樁進行抗滑樁受力監(jiān)測。分別在抗滑樁受拉一側和受壓一側布置鋼筋應力計，選取兩側最中間的一根鋼筋，確保第一根鋼筋應力計距離樁頂有2m的距離，然后每隔2～3 m焊接一個鋼筋計，每側安裝5個，共10個鋼筋計。鋼筋計布置如圖4所示。鋼筋籠埋設后從混凝土初凝開始，在施工全過程以及完工后定期監(jiān)測鋼筋應力狀態(tài)。通過鋼筋應力狀態(tài)，分析其變形狀態(tài)，從而間接分析施工期間及工后邊坡坡體內部應力狀態(tài)的變化。

監(jiān)測使用儀器為JMZX - 425HAT智能弦式鋼筋應力計。其量程為±200 MPa、- 40℃～90℃，精度為0.1% FS 0.5℃，材料為合金鋼。

3 監(jiān)測結果與分析

施工期監(jiān)測頻率為1次/d，施工后的監(jiān)測頻率為1次/月，對該工程中抗滑樁應力進行了為期1年的監(jiān)測。選取施工期中特殊時間節(jié)點的監(jiān)測數據以及施工后每月一次的監(jiān)測數據進行抗滑樁受力特征分析。在混凝土灌注完畢后，理論受拉側（靠山側）和受壓側（靠路側）均體現(xiàn)出壓應力。分析其原因，主要是灌注完畢后，混凝土產生收縮，導致鋼筋產生壓應力。為了降低因混凝土收縮造成的影響，選取混凝土終凝完畢后的應力作為初始值，對監(jiān)測數據進行處理，得到16#樁鋼筋應力監(jiān)測數據曲線（見圖5～6）。

監(jiān)測結果分析如下：

（1）施工期間，樁前土體開挖完畢后，靠山一側的鋼筋計主要體現(xiàn)出拉應力，拉應力最大點出現(xiàn)在樁頂以下10 m的位置;靠路一側的鋼筋計上部體現(xiàn)出拉應力，中下部體現(xiàn)出壓應力，最大拉應力出現(xiàn)在樁頂以下4m的位置，最大壓應力出現(xiàn)在樁頂以下7m的位置。監(jiān)測結果并未如抗滑樁理論分析中體現(xiàn)出明顯的受拉受壓側，特別是受壓側，壓應力表現(xiàn)并不突出。分析其原因，主要是樁前土體開挖完畢后，理論上樁體會承受來自樁后巖質邊坡的側向應力，而實際上樁體一巖質邊坡形成了一個整體應力體系，開挖后，樁體一邊坡體系中的應力重新分布。樁體靠山一側與坡體直接接觸，在短時間內即體現(xiàn)出較明顯的受拉狀態(tài)，而靠路一側的樁體并未即時體現(xiàn)出明顯的受壓狀態(tài)。

（2）樁前土體開挖后進行樁前擋土板施工。樁前墻體設置完畢后，靠山一側的最大壓應力減小，靠路一側的最大拉應力和最大壓應力也均呈減小的趨勢。說明樁前擋土板的設置對于樁體受力有一定的影響，擋土板能夠分擔一定的邊坡側向壓力，對抗滑樁體系的穩(wěn)定性起到有利作用。

（3）施工后監(jiān)測結果初期變化較大，三個月后，監(jiān)測結果趨于穩(wěn)定狀態(tài)。說明樁板墻一巖質邊坡體系應力調整也趨于穩(wěn)定。在穩(wěn)定狀態(tài)下，靠山一側主要體現(xiàn)出拉應力，最大拉應力出現(xiàn)在樁頂以下10 m的位置;靠路一側主要體現(xiàn)出壓應力，最大壓應力出現(xiàn)在樁頂以下7m的位置。樁體表現(xiàn)出明顯的受拉受壓側，與傳統(tǒng)抗滑樁設計理論相吻合，說明樁板墻的設計計算可以沿用抗滑樁設計計算理論。

（4）在監(jiān)測過程中，鋼筋計應力總體水平較低，最大拉應力達到31.4 MPa，最大壓應力達到21.6 MPa，而鋼筋的設計拉壓應力值為335 MPa。由此可知，本工程中抗滑樁安全儲備高，坡體在施工期及監(jiān)測期均能保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)。本工程中地層主要為泥質粉砂巖，該類巖體的特點是，風化程度較弱時，抗剪強度較大。但其抗風化能力差，風化后抗剪強度會明顯降低，因此提高設計安全儲備是很有必要的。而在本工程中，因為開挖面設置了擋土墻體，對泥質粉砂巖開挖面形成了封閉，坡體上部也設置了良好的截排水體系，保證了泥質粉砂巖的抗風化能力。因此巖體本身的抗剪強度得到了保護，自穩(wěn)能力強，樁板墻體系受到的應力較小。

4 結語

通過巖質高邊坡二次開挖樁板墻支護體系的施工，對抗滑樁鋼筋應力在施工期及工后監(jiān)測的結果進行分析，得出了如下結論：

（1）樁板墻中擋土板的設置能為抗滑樁分擔一定的應力，因此擋土板的作用不僅僅是支擋樁間土體，也能為支擋結構體系提供一定的安全儲備。

（2）樁板墻一巖質邊坡作為一個整體，在樁前土體開挖后，會有一個應力重分布的過程。工后一段時間內應力監(jiān)測結果存在較大變化，工后約三個月后監(jiān)測值趨于平穩(wěn)。

（3）穩(wěn)定后樁體應力體現(xiàn)出較明顯的受拉和受壓側，與抗滑樁計算理論相符，說明樁板墻的設計計算可以沿用抗滑樁理論。

（4）鋼筋計整體應力水平較低，說明坡體在施工期及工后均處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

參考文獻

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[3]TB10025/J127- 2006，鐵路路基支擋結構設計規(guī)范[S].

[4]中交第二公路勘察設計研究院有限公司.公路擋土墻設計與施工技術細則[M].北京：人民交通出版社，2008.

[5]GB50330 - 2013，建筑邊坡工程技術規(guī)范[S].

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[7]張力.高速鐵路陡坡地基路堤樁板墻受力特性監(jiān)測分析[D].成都：西南交通大學，2014.

作者簡介：陳沂（1994-），助理工程師，研究方向：巖土工程;

盧偉（1994-）.碩士研究生，研究方向：地質工程;

楊仙（1982-），博士，研究方向：地質災害;

張鼎（1996-），碩士研究生，研究方向：巖土工程。