摘要：微型樁( micropiles) 是在20 世紀(jì)50 年代由意大利的Lizzi 首次提出的，又稱樹根樁或迷你樁，一般指樁徑在90～300 mm，長(zhǎng)度與直徑比較大(一般大于30)，采用鉆孔、注漿工藝施工的灌注樁或插入樁。微型樁早期主要用于基礎(chǔ)托換、建筑物加固等; 由于其符合滑坡防治工程向輕型化、小型化方向發(fā)展的趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代后發(fā)展應(yīng)用于邊坡加固、滑坡治理和深基坑支護(hù)等工程。在邊坡預(yù)加固、滑坡治理中，微型樁由于施工方便迅速、樁位布置靈活、對(duì)滑坡體擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞:邊坡,微型樁群,試驗(yàn)設(shè)計(jì),離心模型試驗(yàn),期刊論文發(fā)表

　　近年來，國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)微型樁的研究成果較多。關(guān)于微型樁在水平荷載作用下性狀的研究與加固邊坡或滑坡的微型樁( 群)的受力特點(diǎn)不同; 微型樁的設(shè)計(jì)計(jì)算的研究缺乏有效的試驗(yàn)驗(yàn)證; 地質(zhì)力學(xué)模擬試驗(yàn)或施加水平荷載來模擬滑坡推力的微型樁試驗(yàn)研究則考慮重力場(chǎng)的影響的程度不夠。因此，為了直觀地反映出滑坡推力作用下微型樁群的受力性狀，基于離心模型試驗(yàn)，對(duì)微型樁群的受力特點(diǎn)進(jìn)行分析，并提出前后樁排間力的分配關(guān)系。

　　1、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　1 .1相似比

　　離心模型試驗(yàn)主要考慮幾何尺寸、邊界條件和荷載的相似性，材料只考慮了其剛度相似，所以室內(nèi)模型試驗(yàn)僅僅是對(duì)微型樁群加固邊坡的工作機(jī)理、受力特性等問題進(jìn)行分析。試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗨票葹閚 =100，具體各參數(shù)相似比見表1。

　　1.2 .模型材料

　　1) 邊坡介質(zhì)材料

　　試驗(yàn)以黏土邊坡為原型進(jìn)行模型的制作，試驗(yàn)過程中只選用一種土，只采用一種含水量，土體相關(guān)參數(shù)如表2 所示。

　　2) 微型樁材料

　　因?yàn)槿舨捎冒聪嗨票瓤s小的微型樁，則微型樁相似材料將成為一細(xì)鋼絲，很難測(cè)量其中的彎曲變形。試驗(yàn)中，采用外徑為8mm、內(nèi)徑為6 mm 的鋁管模擬實(shí)際工程中的鋼管，鋁管長(zhǎng)150 mm。鋁管的彈性模量E 為0.7×105 MPa，截面慣性矩I為274.89mm4，即鋁管的截面抗彎剛度EI為19.24 N·m2。鋁管表面刮毛后用油漆涂滿微型樁樁身，并黏附過篩后的0.6 mm 的砂，放置數(shù)小時(shí)待粘牢后使用，以模擬土體與樁體之間的相互作用。

　　1.3.邊坡模型尺寸

　　模型箱尺寸為40cm×40cm×60 cm。具體裸坡模型與加樁模型尺寸如圖1 所示，其中，Ⅰ號(hào)樁、Ⅱ號(hào)樁樁身貼土壓盒，Ⅲ號(hào)樁、Ⅳ號(hào)樁樁身貼應(yīng)變片。坡體側(cè)面積為862cm2，重心高度為9.657cm。

　　1.4 .量測(cè)系統(tǒng)

　　1.4.1位移量測(cè)

　　1) 位移網(wǎng)格線

　　為了有效地捕獲土體變形內(nèi)部位移變化的信息，試驗(yàn)采用了對(duì)標(biāo)志點(diǎn)跟蹤讀數(shù)的方法。在模型填筑完成后，把模型側(cè)面整平抹光，以模型右下方箱底與側(cè)壁交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，用墨線把邊坡側(cè)面劃分成2cm×2cm的網(wǎng)格，在網(wǎng)格線與線的交點(diǎn)上用大頭針固定4mm×4mm 的紙片

　　(a)裸坡及加樁模型側(cè)視

　　作為標(biāo)志點(diǎn)。為了觀測(cè)標(biāo)志點(diǎn)的位移，每次試驗(yàn)吊裝加載前，讀取標(biāo)志點(diǎn)的初始坐標(biāo)值，加載完畢模型箱吊出后再量測(cè)出每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的新坐標(biāo)，以此新坐標(biāo)和原始坐標(biāo)比較，可以得出各坐標(biāo)點(diǎn)的變化值，從而間接反映邊坡內(nèi)部土體位移。

　　2) 位移傳感器

　　滑坡模型試驗(yàn)中采用直線式位移傳感器測(cè)量滑坡第1級(jí)坡坡高的2 /3 處的水平位移。位移傳感器的采集數(shù)據(jù)為電壓，單位為V，量程為± 2 cm，允許超載20%。

　　1.4.2受力量測(cè)

　　1) 電阻應(yīng)變片

　　樁身應(yīng)變的測(cè)量采用電阻應(yīng)變片。試驗(yàn)采用中航電測(cè)儀器公司生產(chǎn)的BE120-2AA-A電阻式應(yīng)變片，溫度自補(bǔ)償型，基底尺寸6.2mm×3.4mm。

　　采用4mA半橋法連接。

　　2) 土壓力傳感器

　　在模型試驗(yàn)中，土壓力傳感器采用BY-4型土壓力傳感器，幾何尺寸為φ150×5mm，輸出阻抗為120Ω，規(guī)格為0.3MPa。與離心機(jī)采集系統(tǒng)通過全橋1.6 mA 方式連接，測(cè)量單位為10-6。

　　1.5 .試驗(yàn)方案

　　1.5.1 試驗(yàn)工況

　　根據(jù)是否加樁以及樁間距的不同情況，試驗(yàn)分3 種工況進(jìn)行，具體如表3 所示。

　　1.5.2模型填筑

　　1) 無加固措施的邊坡模型( 裸坡模型)

　　首先按照方案設(shè)計(jì)的模型尺寸在模型箱側(cè)壁上畫坡形線，并在模型箱壁涂上凡士林，以減少模型與箱壁的摩擦從而盡量消除邊界效應(yīng)的影響。然后按原狀土天然密度和設(shè)計(jì)層高( 每層20 mm) 稱量所需質(zhì)量的土樣倒入模型箱，均勻鋪滿模型箱底面，然后均勻夯實(shí)至設(shè)計(jì)層高，尤其注意邊角部位的夯實(shí)，盡可能減少分層和不均勻的現(xiàn)象。再將其表面打毛，進(jìn)行下一層土的填筑，如此循環(huán)，直到填筑至設(shè)計(jì)高度位置。

　　2) 微型樁群加固的邊坡模型( 加樁模型)

　　本次試驗(yàn)采用預(yù)先埋設(shè)鋼管樁的方式，填筑至鋼管樁設(shè)計(jì)高度后，按照方案設(shè)計(jì)的鋼管樁間距布置鋼管樁，布置完成后將其表面鑿毛進(jìn)行下一層填筑。如此循環(huán)，直至完成整個(gè)坡體的鋼管樁施工。

　　2 試驗(yàn)成果及分析

　　2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

　　試驗(yàn)結(jié)束后，裸坡模型的坡頂產(chǎn)生了較寬的滑裂裂縫，并沒有發(fā)現(xiàn)貫通的滑裂帶，而是產(chǎn)生了較寬的剪切蠕動(dòng)帶，但從分色網(wǎng)格線的變形可以明顯地看出坡體的滑移情況。沿坡頂至坡腳方向網(wǎng)格線豎直方向彎曲變形加劇，并在坡腳前一定區(qū)域有隆起的現(xiàn)象。

　　由此可看出，樁間距為3.0 cm 的加樁模型的坡頂也產(chǎn)生了一定寬度的滑裂裂縫。從坡頂至加樁區(qū)域，分色網(wǎng)格豎直方向的彎曲變形逐步加大，但并沒有裸坡模型的變形梯度大。而在加樁區(qū)域，在樁長(zhǎng)的范圍內(nèi)，網(wǎng)格線仍然保持豎直，這說明微型樁群與周圍土體形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的整體。而在樁腳網(wǎng)格變形劇烈，這是應(yīng)力集中的結(jié)果。盡管坡腳前一定區(qū)域也產(chǎn)生了隆起現(xiàn)象，但加樁區(qū)域至坡腳之間的分色網(wǎng)格相對(duì)保持了豎直狀態(tài)，這再次說明了微型樁群對(duì)滑坡體穩(wěn)定性的改善作用。

　　加樁樁間距為2.0 cm 的模型在坡頂也產(chǎn)生了一條一定寬度的滑動(dòng)裂縫，從分色網(wǎng)格線的變形可以看出，沿坡頂至加樁區(qū)域，豎直方向的彎曲變形逐步加大，但相比樁間距為3.0cm 的加樁模型的變形梯度要小。而在加樁區(qū)域，在樁長(zhǎng)的范圍內(nèi)，網(wǎng)格線仍然保持豎直。在樁底網(wǎng)格變形劇烈。盡管坡腳前一定區(qū)域內(nèi)土體產(chǎn)生了微小的隆起現(xiàn)象，但加樁區(qū)域至坡腳之間的分色網(wǎng)格相對(duì)保持了豎直狀態(tài)。

　　2.2 位移發(fā)展規(guī)律分析

　　各模型第1 級(jí)坡面水平位移發(fā)展規(guī)律可知，在低加速度區(qū)段，加樁模型位移曲線與裸坡模型位移曲線重合度較高，這一時(shí)期主要是邊坡土體力學(xué)性質(zhì)抵抗滑力; 隨著加速度的增大，邊坡模型位移急劇增大，3個(gè)模型位移變化曲線逐漸開始分離; 當(dāng)加速度增大到100g 時(shí)( 約19 min) ，裸坡模型位移與時(shí)間大致成線性增長(zhǎng)。而加樁模型位移發(fā)生一個(gè)跳躍過程。

　　總體來說，坡面水平位移微型樁群加樁模型比裸坡模型小，且樁間距越小，水平位移越小。