地震作用下樁錨組合結構加固邊坡穩定性分析

陳旭元

（江蘇工程職業技術學院建筑工程學院，江蘇 南通 226300）

1 樁錨組合結構加固邊坡的機理

樁錨組合結構，指利用多個樁及錨索，使其與周圍巖土連成一體所形成的樁錨結構體系。該體系中所用的錨索，以預應力錨索為主。錨索可與樁一同受力，抵抗導致滑坡的力，達到加固邊坡的目的[1]。將該結構應用到邊坡加固的過程中，可將被動受力改為主動受力，使邊坡的受力方式得到優化。對預應力錨索進行加固，為樁錨組合結構加固邊坡的主要階段之一。

2 地震作用下樁錨組合結構加固邊坡穩定性的力學分析

2.1 外力功率

樁錨組合結構應用的過程中，地震力以及滑體的重力，為外力功率的兩大主要來源[2]。具體而言，外力功率的計算公式如下：

上述公式中，W 代表外力功率，γ代表滑體的密度，w 代表滑坡發生過程中所產生的角速度，kh 為常數，代表地震系數。將各項參數代入至上述公式中，便可計算出樁錨組合結構的外力功率。而將外力功率的計算結果，與其他力學參數計算結果相結合，便可為樁錨組合結構加固邊坡方案的優化提供數據參考。

2.2 內能耗散功率

地震作用下樁錨組合結構加固邊坡的過程中，內能耗散與沿滑面內能的耗散，以及預應力錨索功率等因素有關。計算力學參數的過程中，需將滑面土壤的內聚力等參數相互結合，方可達到沿滑面內能耗散的參數。預應力錨索功率的計算過程中，對荷載的計算較為重要，荷載的計算方法如下：

上述公式中，Ti 代表荷載，d 代表錨索鉆孔的直徑，Li 代表錨索長度，[φ]代表粘結強度，d’則代表兩個錨索間的距離。以上述公式為基礎，對預應力錨索的荷載進行計算，并以荷載計算結果為基礎，對預應力功率以及內能耗散功率進行計算，便可為地震作用下樁錨組合結構加固邊坡方案的優化提供支持。

2.3 穩定性系數

本文所述穩定性系數，為邊坡的穩定性系數。對該系數進行計算時，應充分考慮到極限分析上限定理。邊坡穩定性系數的計算公式如下：

上述公式中，K 代表系數，D 代表內能耗散。各項參數代入后，如計算結果顯示K≥1，則代表邊坡穩定[3]。如能夠嚴格按照設計方案施工，則能夠有效確保施工安全，降低滑坡問題的發生幾率。反之，如K＜1，則代表邊坡穩定性不達標。實際施工過程中，邊坡需以排為單位進行加固。為取得滿意度加固效果，計算參數的過程中，應考慮到單個抗滑樁所提供的抗力的大小。

2.4 屈服地震加速度

地震作用下樁錨組合結構加固邊坡的過程中，屈服地震加速度的大小，同樣會對加固效果造成影響。為改善加固效果，應首先借助極限分析上限定理，對屈服地震加速度參數進行計算。通常情況下，計算該參數時，應考慮到外力功率、內能耗散等。參數的具體計算公式如下：

Ac=Kcg

上述公式中，Ac 代表屈服地震加速度。

Kc=min[Kc（ζo，ζh，ζp，ζi，β’）]

得到上述參數的計算結果后，便可計算出屈服地震加速度的參數。

2.5 永久性位移

永久性位移的數值，是地震作用下樁錨組合結構加固邊坡過程中需要考慮的主要問題之一。工程施工經驗顯示，當地震加速度a 的數值較Ac 高時，邊坡坡體產生永久位移的風險將明顯提高。將地震系數K 納入到永久性位移的計算中，可得到滑體轉動的角速度，得到該參數后，將滑體土的重量、力臂等納入到計算過程中，即可得到永久轉角，從而獲得永久性位移數值的計算結果。

3 地震作用下樁錨組合結構加固邊坡穩定性的工程實例

3.1 工程概況

本工程為公路邊坡加固工程，工程位于我國地震多發區域。受地震以及降雨的影響，邊坡現已出現了大面積裂縫，擋墻現已無法使用。進一步觀察發現，工程地表正處于變形期間，且變形問題逐漸加重。為加固邊坡，本工程對當地的地質情況進行了勘察，結果顯示，該公路邊坡目前已失去穩定性，如未對其進行處理，一旦發生地震，滑坡的問題必然發生，而邊坡下緣的公路同樣會因此而堵塞，對交通的暢通性造成影響。可見，及時解決邊坡穩定性問題較為重要。本工程發生滑坡的邊坡，坡體為70m，高度為30m，地形較陡峭。一定數量植物的生長，有助于確保邊坡穩定，但本邊坡坡面無植物發育，因此，地表水難以滲透至土壤中。

3.2 加固方法

3.2.1 參數計算

明確相應的力學參數，是對滑坡進行治理、提高邊坡穩定性的主要途徑。本工程中，錨索垂直距離與水平距離，均為4m。錨索與滑體之間的粘結強度為65kPa，傾角為20°，坡體高度為20m，容重為20kN/m3。將上述已知參數代入至外力功率、內能耗散功率、穩定性系數、屈服地震加速度、永久性位移等參數的計算公式中，便可得到相應的計算結果。本工程中，根據邊坡的坡角的不同，地震系數同樣存在一定的差異。當坡角為30°時，地震參數為0.1，坡角為45°時，地震參數為0.15，坡角為60°時，地震參數為0.2。進一步計算發現，隨著地震系數的增加，滑坡面積同樣明顯提升，兩者呈顯著正相關。但邊坡的坡角增加時，滑體土的體積同樣會明顯增加。可見，適當減小坡角，可在一定程度上預防滑坡。

3.2.2 加固方案優化

為提高地震作用下樁錨組合結構加固邊坡的有效性，提升邊坡的穩定性，本工程以參數計算結果為基礎，對加固方案進行了優化。具體方案如下：（1）坡面處理：本工程在降低坡角的基礎上，將黏土回填技術應用到了加固過程中，并對其進行了夯實，一定程度上提升了邊坡的穩定性。為預防水土流失，工程采用水泥砂漿對邊坡坡面進行了抹平，并對滑坡部分進行了反壓。（2）樁：本工程樁澆筑所用的混凝土，強度以C30 為主，共40m3，采用II 類碎石澆筑，穩定性較強。（3）橫梁：邊坡加固的過程中，施工人員可采用鋼筋混凝土作為主要材料，對橫梁進行施工。本工程橫梁長度為60m，可有效滿足工程的施工需求。（4）錨索：本工程單根錨索長度為13.5m，可與橫梁連接。

3.3 加固成果

為評估地震作用下樁錨組合結構加固邊坡的效果，本工程于施工完成后，對邊坡的穩定性進行了檢驗。結果顯示，工程施工質量達標，邊坡的穩定性等參數可達到設計要求。

4 結論

綜上所述，本工程在計算相關參數的情況下，將樁錨組合結構應用到了邊坡加固的過程中，不僅提高了邊坡的穩定性，且延長了邊坡的使用壽命，取得了良好的效果。未來，建議各地震多發區域的水利、公路等工程，以本工程為參考，從外力功率、內能耗散功率、穩定性系數等方面出發，對工程力學參數進行計算，在此基礎上展開施工，為邊坡施工質量的提升奠定基礎。