許 紅,晏鄂川,胡顯明,李 漪

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院,湖北武漢 430074;2.湖北省第四地質(zhì)大隊(duì),湖北咸寧 437100)

得勝小學(xué)滑坡墻+樁組合防治結(jié)構(gòu)受力體系研究

許 紅1,2,晏鄂川1,胡顯明1,李 漪1

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院,湖北武漢 430074;2.湖北省第四地質(zhì)大隊(duì),湖北咸寧 437100)

得勝小學(xué)滑坡是一危害性極大的淺層滑坡,因其地質(zhì)復(fù)雜性,一期治理工程后又產(chǎn)生了第二次滑動(dòng),滑坡現(xiàn)有的防治結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為墻+樁組合結(jié)構(gòu)。利用極限平衡理論對(duì)該組合結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行了分析,驗(yàn)證了滑坡現(xiàn)有防治結(jié)構(gòu)的有效,獲得了墻+樁組合結(jié)構(gòu)的受力體系,對(duì)以后的滑坡防治工程設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

得勝小學(xué)滑坡;墻+樁組合結(jié)構(gòu);受力狀態(tài);防治有效性

0 引言

位于湖北省竹山縣文峪河左岸的得勝小學(xué)滑坡是堆積層淺表滑坡,2003年8月底滑動(dòng),9月30日變形加劇,危及得勝小學(xué)、三家企事業(yè)單位和附近居民安全,急需應(yīng)急治理。2004年滑坡治理工程實(shí)施,主要由削坡減載+抗滑擋墻+地表排水工程+坡面植草防護(hù)工程組成,主體工程于2004年8月30日完成。2005年8月12日,由于當(dāng)?shù)仄战荡笥?滑坡西部后緣產(chǎn)生了新的滑動(dòng),致使滑體整體失穩(wěn),前期治理工程西部擋墻及排水工程遭到破壞。2006年1月,實(shí)施二期治理工程,主要為地表排水+削方+抗滑樁+擋墻修復(fù)+監(jiān)測(cè),同年6月竣工并投入使用。經(jīng)后期監(jiān)測(cè),二期防治工程完成后,滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

抗滑擋墻和抗滑樁是現(xiàn)今的滑坡治理工程中運(yùn)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)階段對(duì)于這兩類結(jié)構(gòu)單一使用時(shí)的受力狀態(tài)、變形狀態(tài)等方面都有較成熟的研究[1-3],而針對(duì)本工程實(shí)例中的墻+樁組合結(jié)構(gòu)的受力分析鮮有研究。本文結(jié)合得勝小學(xué)滑坡防治工程實(shí)例,對(duì)抗滑擋墻+抗滑樁這種組合結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行了分析,并對(duì)該結(jié)構(gòu)防治有效性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 得勝小學(xué)滑坡工程地質(zhì)條件及穩(wěn)定性分析

滑坡區(qū)位于古滑坡體上得勝鎮(zhèn)小學(xué)后山坡,地貌屬古滑坡堆積山坡及文峪河二、三級(jí)階地,地質(zhì)時(shí)代為古滑坡堆積層(Qdel)及第四系上—中更新世沖、洪積層。地面相對(duì)高程530～613 m,相對(duì)高差65～83 m,地形坡度15°～30°。受學(xué)校工程建設(shè)、人工切坡等工程活動(dòng)影響,在斜坡上形成2～3級(jí)陡坎,陡坎高3～5 m。其中得勝小學(xué)教學(xué)樓后及操場(chǎng)前陡坎為毛石擋墻,坎高3～5 m,坎長(zhǎng)100～130 m?；缕矫嫘螒B(tài)呈不規(guī)則圈椅狀,剖面形態(tài)為臺(tái)階狀,主滑方向180°,面積12 600 m2,平均厚度5.20 m,體積約59 300 m3?；w物質(zhì)成份為古滑坡堆積粉質(zhì)粘土夾碎石,中等壓縮性,平均重度γ=20.23 kN/m3,裂隙發(fā)育?；埠缶壩镔|(zhì)成份為風(fēng)化殘積碎石土及含炭硅質(zhì)板巖;中部及前緣上部物質(zhì)成份為古滑坡堆積夾碎石粉質(zhì)粘土、粘土,下部為殘積碎石土,如圖1所示。

通過計(jì)算,一期防治工程后,由于受滑坡體西部后緣新產(chǎn)生滑體的作用,該滑坡天然工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.12,在暴雨工況下為0.75。因此該滑坡在天然狀態(tài)下為欠穩(wěn)定,暴雨條件下為不穩(wěn)定。利用條分法計(jì)算出,暴雨工況滑坡剩余推力值為688.56 kN/m,傾角為20°。二期治理工程A型樁的設(shè)計(jì)承載推力值為368.7 kN/m,修復(fù)擋墻的設(shè)計(jì)承載推力為320 kN/m,并在擋墻前增設(shè)B、C型抗滑樁。

2 墻+樁組合結(jié)構(gòu)受力體系分析

2.1 擋土墻受力分析

該滑坡現(xiàn)有的抗滑擋墻是在一期擋墻防治工程基礎(chǔ)上,由二期防治工程修繕完成的,屬于重力式擋墻,主要靠墻底摩擦力和墻角土被動(dòng)土壓力提供抗滑力。因二期防治工程在擋墻前面增加了一排抗滑樁,墻體的受力模式發(fā)生了變化。其中除與單一擋墻受相同力外,還受來自于抗滑樁的反力,該力可描述為垂直于墻體軸線方向的集中力。因此利用極限平衡理論可以列出墻體的受力狀態(tài)[4](見圖2)。

計(jì)算時(shí)擋墻視為剛性墻,并考慮擋土墻與抗滑樁之間的作用力垂直于墻、樁的接觸面。由極限平衡法可列出墻體抗滑移穩(wěn)定系數(shù)及抗傾倒穩(wěn)定系數(shù),見公式①、②:

圖1 得勝小學(xué)滑坡主剖面工程地質(zhì)剖面圖及工程剖面布置圖Fig.1 Engineering geology section ofmain cross-section in Desheng primary school

圖2 擋土墻斷面機(jī)構(gòu)及受力狀態(tài)圖Fig.2 Forced state of retainingwall

式中:Fb為樁身反力(kN);Fa為剩余推力(kN);W為擋土墻自重(kN);Ep為墻前土體被動(dòng)主壓力(kN·m);Q為墻基土壓力(kN);q為墻基摩阻力(kN)。q=μQ=μ[Fan+Wan-(Fbn+Epn)];μ為墻底與地基土間的摩擦系數(shù);Fat、Ept、Wt、Fbt分別為對(duì)應(yīng)力在墻底切線方向的分力;Fan、Wn、Epn、Fbn分別為對(duì)應(yīng)力在墻底法線方向的分力;b0為擋墻重心到墻趾的水平距離;h0為Fa作用點(diǎn)到墻趾的垂直距離。

計(jì)算時(shí),需按樁間距來作為計(jì)算條帶的單寬,上式各力的大小為單寬值乘以樁間距,則本式中Fa即為單根抗滑樁的設(shè)計(jì)推力值。

2.2 抗滑樁受力分析

得勝小學(xué)滑坡防治工程擋土墻前的抗滑樁樁長(zhǎng)均為8 m,整個(gè)樁體除地表部分其余均處于滑床內(nèi),截面尺寸為1.0 m×1.5 m,因此其水平變形系數(shù)與樁長(zhǎng)的乘積:αl=1.02<2.5,可以看做短樁,即剛性樁。樁體受擋墻推力為Fa,水平方向,樁前土壓力分布采用文克爾地基模型研究,其土體水平抗力系數(shù)隨深度成線性分布,即M法分布[5]。

將公式①、②中的相關(guān)系數(shù)代入,可得到Fb的兩個(gè)表達(dá)式,即公式③、④:

式中:ks1、ks2分別為擋墻的抗滑移安全系數(shù)和抗傾倒安全系數(shù);其余同①、②式。計(jì)算時(shí)應(yīng)取兩式中的最大值。

得到抗滑樁推力設(shè)計(jì)值后便可以按抗滑樁設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范要求確定抗滑樁的構(gòu)造以及埋深。

2.3 墻+樁組合結(jié)構(gòu)防治有效性分析

(1)從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上分析:得勝小學(xué)滑坡監(jiān)測(cè)工程布置了5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),其中有3個(gè)點(diǎn)分別位于滑坡主剖面的前緣、中部及后緣。由這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以得出兩方面的結(jié)論:第一、通過對(duì)比滑坡二期治理前后的監(jiān)測(cè)位移(見圖3),可以看出滑坡在二期治理后滑坡水平累積位移較治理前減小很多(一年累計(jì)水平位移為6 mm),顯示該滑坡二期治理后處于穩(wěn)定狀態(tài);第二、二期治理工程后,滑坡后緣及中部(見圖4)的一年累計(jì)位移量(6 mm)大于滑坡前緣監(jiān)測(cè)值(3 mm),反映出二期治理工程的墻+樁組合結(jié)構(gòu)處于受力狀態(tài)。因此該組合結(jié)構(gòu)達(dá)到了阻止滑坡位移的效果。

圖3 得勝小學(xué)滑坡二期治理前后J5監(jiān)測(cè)位移曲線圖Fig.3 Displacement curve ofmonitoring of J5 of pregovernance and postgovernance of second stage in Desheng primary school

圖4 得勝小學(xué)滑坡二期治理后主剖面位移累積圖Fig.4 Displacement cumulative ofmain cross-section of pregovernance and postgovernance of second stage in Desheng primary school

(2)從墻+樁組合結(jié)構(gòu)的自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析:一期治理工程由于受滑坡推力較大,導(dǎo)致抗滑擋墻基礎(chǔ)遭受破壞;二期治理在擋墻前增設(shè)抗滑樁,彌補(bǔ)了擋墻抗滑移能力弱的缺點(diǎn),提高了擋土墻的整體穩(wěn)定性,抑制了因滑坡推力過大對(duì)墻體的破壞,該組合結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性是滿足工程需要的。

(3)從滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方面分析:通過計(jì)算,現(xiàn)有墻+樁組合結(jié)構(gòu)所能承受的下滑力為460.63 kN/m,組合結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.44,表明現(xiàn)有的組合結(jié)構(gòu)防治是安全的。

因此通過以上三個(gè)方面的分析,說明得勝小學(xué)滑坡的墻+樁組合結(jié)構(gòu)的防治是有效的。

3 結(jié)論

(1)本文分析了得勝小學(xué)滑坡墻+樁組合防治結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),得到了擋土墻的抗滑移穩(wěn)定系數(shù)和抗傾倒穩(wěn)定系數(shù)的表達(dá)式,進(jìn)而獲得了用于設(shè)計(jì)抗滑樁承載力的表達(dá)式,建立了該組合結(jié)構(gòu)的受力體系。

(2)通過對(duì)監(jiān)測(cè)資料與墻+樁組合結(jié)構(gòu)的受力兩方面的分析,得出得勝小學(xué)墻+樁組合結(jié)構(gòu)的防治是有效的,滑坡現(xiàn)有穩(wěn)定系數(shù)為1.44,滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)進(jìn)一步研究工作將從該組合結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)入手,對(duì)組合結(jié)構(gòu)達(dá)到承載力極限值時(shí)的樁體受力大小進(jìn)行研究,并通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,以獲得該結(jié)構(gòu)的受力模式。

[1] 喻和平,田斌.滑坡防治措施的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,29(2):104-107.

[2] 許英姿,唐輝明.新型支擋加固措施在滑坡防治中的應(yīng)用[J].地質(zhì)勘探安全,2001(1):19-22.

[3] 殷躍平.中國滑坡防治工程的理論與實(shí)踐[J].水文地質(zhì)與工程地質(zhì),1998,25(1):1-9.

[4] 方云,林彤,譚松林.土力學(xué)[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2005:139-146.

[5] 劉昌輝,時(shí)紅蓮.基礎(chǔ)工程學(xué)[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2005:165-167.

(責(zé)任編輯:潘 瀟)

Study on the Pileand Wall Composite Structure’s Force System Used in Desheng Primary SchoolLandslide Control

XU Hong1,2,YAN Echuan1,HU Xianming1,LI Yi1
(1.Faculty of Engineering,China University of Geosciences,Wuhan,Hubei430074;2.The4th GeologicalB ridage of Hubei,Xianning,Hubei437100)

Desheng Primary School landslide is a great dangerof shallow landslide.Because of the geological complexity,a new displacement has produced after the first control project.The existing control structure is the pile and wall composite structure.In this paper,the force status of the composite structure by l imit equilibrium theory is analyzed to verify the effectiveness of control structure and acquire the force system of the pile and wall composite structure,which has the meaning to guide s imilar landslide control.

Desheng Primary School landslide;pile and wall composite structure;force status;control effectiveness

P642.22

A

1671-1211(2010)03-0280-03

2010-03-16;改回日期:2010-04-21

許紅(1964-),男,高級(jí)工程師,碩士在讀,地質(zhì)工程專業(yè),從事地勘管理工作。E-mail:xuhong555@126.com