林田野

（建昌縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125300）

1 概況

白石水庫是遼西地區(qū)大凌河干流上的大型綜合性水利樞紐工程，工程始建于2009年，2014年正式建成并投入使用。白石水庫壩址以上流域面積近18000km2，占大凌河流域面積的近76%[1]。水庫按照百年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，千年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核，正常蓄水位為126.00m，總庫容為16.45億m3，建成后不僅可以大幅提升下游地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，每年還可以為阜新和錦州等下游地區(qū)城市提供生產(chǎn)生活用水2億m3[2]。

水庫在蓄水之后，大壩左岸上游1500～1700m范圍內(nèi)先后發(fā)生了兩次順層巖邊坡失穩(wěn)災(zāi)害。經(jīng)地質(zhì)調(diào)查，該段邊坡的變形長度約150.0m，最高變形范圍為42.5m，原設(shè)計方案中采用的是1∶0.5放坡處理，未采取其他防護(hù)措施。在兩次失穩(wěn)災(zāi)害發(fā)生之后，坡頂出現(xiàn)卸荷裂隙的縫隙，坡面由數(shù)塊垮塌塊體堆積，而岸坡的上部砂巖體層形成臨空面，存在進(jìn)一步失穩(wěn)的可能性。如果繼續(xù)大面積垮塌將對水庫的運行造成危害，因此，亟待進(jìn)行失穩(wěn)災(zāi)害治理。

在順層巖失穩(wěn)邊坡治理過程中，其主要目的是根據(jù)坡體的位移和應(yīng)力變化特點，采取科學(xué)有效的支護(hù)措施，減小滑坡崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性[3]。根據(jù)當(dāng)前的工程經(jīng)驗，失穩(wěn)邊坡加固主要基于削坡減載、回填反壓及排水支擋等理念，利用抗滑樁、錨桿等支護(hù)架構(gòu)為邊坡提供必要的抗滑力[4]。但是，這些傳統(tǒng)的支護(hù)方法由于不允許邊坡進(jìn)一步變形，從而限制了順層巖邊坡層理結(jié)構(gòu)面抗剪強度的有效發(fā)揮，因此，設(shè)計本身往往偏于保守，結(jié)構(gòu)尺寸普遍偏大，不利于工程經(jīng)濟性的發(fā)揮[5]。為了充分發(fā)揮層巖邊坡層理結(jié)構(gòu)面抗剪強度，文中提出了讓壓型抗滑樁，并利用現(xiàn)場試驗的方式與普通抗滑樁的支護(hù)效果進(jìn)行對比，為其工程應(yīng)用提供必要的支持。

2 設(shè)計與施工

2.1 結(jié)構(gòu)原理

在順層巖邊坡支護(hù)施工設(shè)計過程中，常規(guī)抗滑樁主要利用樁身強度和嵌固段抗力對邊坡變形進(jìn)行約束和控制。由于常規(guī)抗滑樁支擋結(jié)構(gòu)的橫向變形較小，因此，其受到的側(cè)向荷載在計算時往往將加固邊坡視為剛塑性模型，忽略了巖層層面強度對坡體穩(wěn)定性的有益作用，導(dǎo)致計算結(jié)果偏于保守，樁體尺寸偏大。

事實上，順層巖邊坡在坡體失穩(wěn)破壞前已經(jīng)存在比較微弱的變形，如果此時進(jìn)行抗滑樁支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)置，則其受到的側(cè)向荷載會明顯減小，因此樁身尺寸也可以進(jìn)一步減小。此次研究借鑒相關(guān)研究成果，提出了讓壓型抗滑樁，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該型抗滑樁主要由懸臂和嵌固段兩大部分構(gòu)成。其中，嵌固段位于滑動結(jié)構(gòu)面以下的穩(wěn)定巖體中，懸臂段位于滑動結(jié)構(gòu)面以上，并在與坡體接觸的側(cè)面設(shè)置低彈模材料制作的讓壓層，此次研究中采用環(huán)氧樹脂材料。

圖1 讓壓型抗滑樁結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 施工工藝

在順層巖邊坡加固施工中采用讓壓型抗滑樁時，需要在切坡施工完成之前進(jìn)行布置[6]，具體施工方法：1）樁孔施工，首先根據(jù)計算好的樁位和樁身結(jié)構(gòu)尺寸，利用機械成孔或人工開挖的方式進(jìn)行樁孔施工，其縱向和橫向誤差不超過2cm；2）鋼筋籠安裝，將預(yù)制完成的抗滑樁鋼筋籠吊裝進(jìn)樁孔，如果樁孔尺寸較大，也可以在樁孔內(nèi)完成鋼筋籠的制作和安放；3）讓壓層安裝，將環(huán)氧樹脂材料制作的讓壓層準(zhǔn)確安放于懸臂段和坡體接觸之間，并固定牢固；4）樁體澆筑，按照工程設(shè)計，將混凝土建筑于樁孔內(nèi)。

3 效果評價

3.1 試驗方案

為了對本文提出的讓壓型抗滑樁對順層巖庫岸邊坡的支護(hù)效果進(jìn)行評價，研究中選擇白石水庫左岸上游1500～1530m的順層巖邊坡進(jìn)行現(xiàn)場試驗：方案1為采用普通抗滑樁加固1500～1510m；方案2為采用讓壓型抗滑樁加固1510～1520m；方案3為1520～1530m試驗段，不采取支護(hù)措施。

該試驗段岸坡的巖層主要以砂巖為主，層理結(jié)構(gòu)十分明顯，巖層的傾角為20°左右，坡比為1∶0.5，坡高為30.0m。其中，方案1在距離岸坡坡腳20.0m的位置設(shè)置矩形混凝土抗滑樁，樁長32.0m，嵌固深度為10.0m，樁身截面為長2.4m、寬2.0m的矩形；方案2在距離坡腳20.0m的部位設(shè)置矩形抗滑樁，樁長32.0m，嵌固深度為10.0m，樁身截面為長1.8m、寬1.5m的矩形。

3.2 試驗方法

試驗中地表位移觀測采用GPS監(jiān)測技術(shù)，使用南方9600型GPS儀器進(jìn)行岸坡的穩(wěn)定性監(jiān)測。監(jiān)測過程中，首先需要在邊坡外選取地質(zhì)條件良好、基礎(chǔ)相對比較穩(wěn)定的點位作為監(jiān)測過程中的基準(zhǔn)點，同時在岸坡上選擇有代表性的點位作為監(jiān)測點[7]。其中，標(biāo)志點全部采取混凝土強制對中監(jiān)測墩，觀測時采用多點聯(lián)測的方式進(jìn)行，變形監(jiān)測網(wǎng)由3個觀測點和10個觀測位移點組成，測量精度為二等。

邊坡的深部位移監(jiān)測是邊坡整體變形研究的關(guān)鍵和重點[8]。但是傳統(tǒng)的地表測量法無法測到邊坡巖體內(nèi)部的蠕變變形。此次研究中的邊坡深部位移監(jiān)測采用測斜管，在安裝過程中，首先需要鉆測斜孔，然后直接下放測斜管，后用水泥砂漿將測斜管和孔壁之間的孔隙充填密實。測斜管安裝完畢后，在管頂加密貼帽蓋。

研究中利用土壓力盒對樁身的側(cè)向應(yīng)力進(jìn)行測量，土壓力盒在抗滑樁澆筑之前預(yù)先綁扎至鋼筋上，同時填充好其與周圍巖體之間的孔隙，確保能夠和周圍巖體緊密接觸。

3.3 結(jié)果分析

研究中對不同試驗方案下的坡體位移量進(jìn)行試驗和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，結(jié)果整理見表1。由表1可以看出，方案3條件下，坡體各關(guān)鍵部位的位移量均在30.00mm以上，位移量相對較大，存在失穩(wěn)破壞的可能性；在方案1和方案2條件下，坡體各關(guān)鍵部位的位移量明顯減小，說明采取抗滑樁加固措施可以獲得良好的加固效果。方案1和方案2的位移量數(shù)值十分接近，方案2的位移量要略大于方案1，說明支護(hù)工程效果相似。因此，采用讓壓抗滑樁可以獲得和普通抗滑樁相似的岸坡位移控制效果，但樁身尺寸顯著減小，具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。

研究中對樁身位移進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表2。從表2可以看出，方案2的樁身上中部的位移量顯著大于方案1，樁腳部位的位移量比較接近。究其原因，主要是讓壓型抗滑樁的樁后巖體仍可以產(chǎn)生部分變形，故位移量相對較大。

表2 樁體最大位移試驗結(jié)果mm

研究中對不同方案的抗滑樁樁身側(cè)向壓力進(jìn)行試驗，穩(wěn)定之后的側(cè)向壓力試驗結(jié)果見表3。由表3可以看出，方案2樁身的側(cè)向壓力值明顯小于方案1。究其原因，主要是讓壓型抗滑樁的樁后巖體仍可以產(chǎn)生部分變形，從而充分發(fā)揮巖層層面之間的抗剪強度，使作用于抗滑樁樁身的側(cè)向壓力得到顯著降低，這對于保證抗滑樁的作用發(fā)揮，提高邊坡的安全穩(wěn)定性具有重要意義。

表3 樁身側(cè)向壓力試驗結(jié)果MPa

4 結(jié)語

層狀巖岸坡支護(hù)加固設(shè)計一直是水利工程界面臨的重要課題，也是研究的重要方向。上文通過工程現(xiàn)場對比實驗得出，采用讓壓型抗滑樁支護(hù)后，岸坡坡體位移也可以獲得較好的約束，且樁身側(cè)向壓力值明顯減小。由此可見，采用讓壓型抗滑樁可以在滿足安全支護(hù)的前提下大幅減小樁身尺寸，具有顯著的經(jīng)濟效益，建議在工程設(shè)計中推廣使用。當(dāng)然，此次研究僅對讓壓型抗滑樁的支護(hù)性能進(jìn)行了初步探索，尚沒有考慮讓壓層厚度及材料的彈性模量對預(yù)控效果的影響，在今后研究中需要在上述方向進(jìn)行進(jìn)一步的研究分析，以便為工程應(yīng)用提供更有力的支持和借鑒。