路基邊坡支護結構中抗滑樁的影響因素研究

吳敬媛

摘要：文章采用有限元模擬軟件對路基邊坡支護結構中抗滑樁的影響因素進行研究，通過改變抗滑樁的樁截面尺寸、樁間距及樁的錨固深度對邊坡的位移變化進行分析。研究結果表明：抗滑樁的截面尺寸改變對邊坡穩定性的影響較小，不同截面的樁身水平位移值幾乎相同;樁與樁之間的間距對邊坡水平位移有一定的影響，隨著樁間距的增大，水平位移增大，對邊坡的穩定不利;樁的錨固深度對邊坡水平位移有一定的影響，隨著樁錨固深度的增大，邊坡的水平位移逐漸減小，有利于邊坡的穩定。

關鍵詞：路基;邊坡支護結構;抗滑樁;有限元模擬

0 引言

近年來隨著我國社會的發展及城市化進程的不斷推進，城市的交通形式也日趨多樣性，在城市建筑與道路建設過程中面臨的邊坡防護問題也越來越多，支護邊坡的支護結構在設計及施工中如果存在安全問題，一旦破壞將對工程造成嚴重的后果。抗滑樁是在邊坡支護結構中較為常見的一種結構形式，該結構能夠較好地保證邊坡穩定性，并且具有簡便快捷、造價低等優點，但抗滑樁支護結構容易受樁平面位置、樁截面、樁間距及樁錨固深度等因素的影響[1-3]。王亮清等人[4]通過對實際工程的研究，提出關于滑坡推力的確定方法;王聰聰等人[5]對抗滑樁的布設位置、樁體的彈性模量及樁長等設計因素進行研究;鄒盛堂[6]根據有限元軟件ABAQUS，對抗滑樁加固土質邊坡的三維模型進行分析，對邊坡加固中抗滑樁的合理布設位置進行研究;戴自航等人[7]根據有限元強度折減法建立了不同抗滑樁設樁方案模型，對邊坡安全系數與樁長、樁徑和樁間距的關系進行分析，同時揭示了樁周土壓力的分布規律。

目前相關的研究已取得一定的成果，但在支護結構設計因素等方面還存在一些不足，為此本文根據已有的研究成果，利用有限元模擬軟件對影響抗滑樁的因素進行研究，通過改變抗滑樁的樁截面尺寸、樁間距及樁的錨固深度對邊坡的位移變化進行研究分析。

1 影響抗滑樁的因素

在一般的情況下，根據項目所處的位置不同會面對不同的滑坡體，抗滑樁的設計要素選擇會不同，影響抗滑樁的因素也會不同。根據相關研究表明，影響抗滑樁的因素主要有抗滑樁的平面位置、截面尺寸、樁的樁間距及樁的錨固深度等。下頁表1將對這些影響因素進行簡要分析介紹。

樁的錨固長度是指樁埋入滑動面以下穩定地層的長度，目前的工程在考慮錨固深度時主要是從控制錨固段樁身周圍地層的強度來進行，必須滿足錨固段樁側應力不大于地層的側向容許應力。若樁錨固深度過短則可能出現穩定性不足，若錨固深度過長則將造成施工困難[BG）F][KH-*2]

2 有限元模擬分析

本次對抗滑樁的模擬主要是采用Midas-GTS-NX軟件。該軟件具有豐富的分析與設計功能，具備應力、動力、邊坡穩定及襯砌等分析功能，能夠支持摩爾-庫倫、修正摩爾-庫倫等本構模型，還能自定義模型。

2.1 有限元模型的建立

本次模型的建立只考慮彈性模量及泊松比，抗滑樁采用線彈性模型，巖土采用摩爾-庫倫模型，本次模型的整體大小為115 m×135 m×70 m，模擬的邊界條件采用地面支承邊界，在寬度兩側設置限制X向的平動位移，長度兩側設置現在Y向的平動位移，在底部設置限制Z向的位移，在邊坡的坡頂及坡角及邊坡的上表面均不設置平動約束。部分模型如圖1所示，模型中的參數設置如表2所示。

2.2 有限元結果分析

（1）不同樁截面尺寸分析

本次對不同樁截面尺寸的模擬中，在保持其余參數不變的情況下，選取樁間距為5 m，樁錨深度為8 m，改變樁截面的尺寸，分別設置1.5×3 m、2×3 m、2.5×3 m及2.5×3 m四種尺寸進行數值模擬計算，根據不同抗滑樁截面尺寸所對應的樁頂及樁身的水平位移數值計算結果進行對比分析，具體的結果如表3所示。

根據表3數據繪制關于不同截面下樁身的水平位移圖，如圖2所示。

從圖2中可以看出，不論是哪種截面，其水平位移隨著樁身埋深的增大而逐漸地減小，對比不同的截面可以發現，這幾種截面下的抗滑樁樁身水平位移曲線幾乎相同，其中對1.5×3 m截面的樁身位移出現一小段先增后減的情況。這幾種截面的樁頂最大水平位移值未超過邊坡開挖時抗滑樁的樁頂位移預警值，說明抗滑樁處于安全穩定的狀態。

（2）不同樁間距的分析

本次對不同樁間距的模擬中，在保持其余參數不變的情況下，選取樁截面尺寸為2×3 m，樁錨深度為8 m，改變樁與樁之間的距離，分別設置3 m、5 m及8 m三種數值進行模擬計算，根據不同抗滑樁間距所對應的邊坡坡頂水平位移數值計算結果進行對比分析，具體的結果如表4所示。

根據表4數據繪制關于不同樁間距下的邊坡水平位移圖，如圖3所示。

從圖3中可以看出，三種樁間距下的邊坡水平位移變化趨勢大致相同。對比三種（3 m、5 m、8 m）樁間距布置情況，發現當樁間距為8 m時在相同的邊坡處其樁頂的水平位移值更大，說明在該處邊坡的水平變形更大，邊坡較為不穩，在進行樁布置時不宜將樁間距布置得過大，太大的樁間距將有可能引起邊坡失穩。

（3）不同樁錨固深度的分析

本次對不同樁錨固深度的模擬中，在保持其余參數不變的情況下，選取樁截面尺寸為2×3 m，樁間距為5 m，改變錨固的深度，分別設置6 m、8 m及10 m三種數值進行模擬計算，根據不同抗滑樁錨固深度所對應的邊坡坡頂水平位移數值計算結果進行對比分析，具體的結果如表5所示。

從圖3中可以看出，三種樁錨固深度下的邊坡水平位移變化趨勢大致相同。對比三種（6 m、8 m、10 m）樁間距布置情況，發現當樁間距為6 m時在相同的邊坡處其樁頂的水平位移值更大，說明在該處邊坡的水平變形更大，邊坡較為不穩，在進行樁錨固深度確定時應多考慮錨固的深度，而增加樁的錨固深度將有利于邊坡的穩定。

3 結語

本文根據已有的研究成果，利用有限元模擬軟件對影響抗滑樁的因素進行研究，通過改變抗滑樁的樁截面尺寸、樁間距及樁的錨固深度對邊坡的位移變化進行研究分析。通過研究結果表明，抗滑樁的截面尺寸改變對邊坡穩定的影響較小，[KG（0.258mm]不同截面的樁身水平位移值幾乎相同;樁與樁之間的間距對邊坡水平位移有一定的影響，隨著樁間距的增大，水平位移增大，對邊坡的穩定不利，因此在實際工程中可通過控制樁間距來保證邊坡的穩定;樁的錨固深度對邊坡水平位移有一定的影響，隨著樁錨固深度的增大，邊坡的水平位移逐漸減小，有利于邊坡的穩定。文章僅對抗滑樁的部分影響因素進行分析，有關研究還有待進一步進行。

參考文獻：

[1]萬仁峰.抗滑樁設計優化與經濟性評估[D].重慶：重慶大學，2013.

[2]謝文婷.抗滑樁支護結構設計與數值模擬研究[D].重慶：重慶大學，2012.

[3]劉 靜，吳海濤，胡煥校.由樁后土拱形成的條件對抗滑樁間距的計算[J].山西建筑，2009，35（36）：1-2.

[4]王亮清，唐輝明，胡新麗，等.剩余下滑力曲線在水庫滑坡抗滑樁設計中的應用[J].巖土力學，2005， 26（12）：2 019-2 022.

[5]王聰聰，李江騰，廖 峻，等.抗滑樁加固邊坡穩定性分析及其優化[J].中南大學學報（自然科學版），2015（1）：231-237.

[6]鄒盛堂，戴自航.抗滑樁加固土坡效果及合理樁位的三維有限元分析[J].福州大學學報（自然科學版），2012， 40（5）：664-669.

[7]戴自航，徐 祥.邊坡抗滑樁設計計算的三維有限元法[J].巖石力學與工程學報，2012，31（12）：2 572-2 578.