樁錨聯合支護下邊坡變形特征及支護優化分析

摘要：越來越多的公路建設需要穿越潛在不穩定性斜坡體這一不良地質地段，這一特殊地質條件易受人為擾動而發生變形破壞。本文以某公路穿越的粉質黏土含碎石斜坡為研究對象，在收集整理現場工程地質資料的基礎上，對斜坡的變形破壞特征及破壞模式進行深入分析;并結合工程實際，采用PLAXIS3D模擬分析抗滑樁+錨索聯合支護方式下邊坡變形和穩定性，綜合評價得出聯合支護對粉質黏土含碎石斜坡的實施效果較好，也為此類滑坡的支擋防護提供了可行的建議。

關鍵詞：聯合支護、斜坡、變形特征、穩定性分析

0" "引言

越來越多的公路建設需要穿越潛在不穩定斜坡體這一不良地質地段，這一特殊地質條件易受人為擾動而發生變形破壞，滑坡一旦啟動，面臨的公路邊坡治理防護等問題則會變得更加突出和難以“治愈”。

近年來，公路穿越滑坡而導致災害的事故屢見不鮮。2008年9月，如渝巴S103路線K397邊坡發生山體滑坡[1]，滑體達3萬m3。再如2013年11月，巴中市巴州區白廟鄉一公路邊坡發生垮塌[2]，直接經濟損失約280萬元。又如2018年10月，瀾滄江沿江公路邊坡發生坍塌[3]，傾瀉約100萬m3塌方體，導致交通完全中斷。

眾多學者和工程師在此方面進行了相關研究，來探討不同支護措施之間的相互協同問題[4-6]，以達到更為合理有效的支護。楊明亮[7]在潭邵高速公路路塹失穩邊坡的踏勘和穩定性解析過程中，認為如若僅僅采用單一錨桿進行邊坡支護，工程量大且施工難度高，最終提出了錨桿、削坡組合支護方案，確保邊坡長期穩定狀態。王智合[8]以邊坡穩定性系數為評價參數，對錨索抗滑樁結構支擋防護位置、防護高度、錨桿打設長度等支護結構幾何因素，對邊坡穩定性影響進行了協同分析，并結合實際工程分析了錨桿抗滑樁結構支護前、后邊坡的穩定性，效果顯著。林興超等[9]人對預應力錨固與抗剪斷兩種加固措施獨立及協同組合下共同作用效果，進行了有限差分模擬，得出了預應力錨固+抗剪斷組合支護在邊坡加固分擔方案。

本文以某公路穿越的粉質黏土含碎石潛在不穩定斜坡為研究對象。在分析現場工程地質資料的基礎上，對穿越邊坡的變形破壞特征及模式進行研究，并結合數值模擬綜合評價支擋措施的實施效果，為公路穿越斜坡時的支擋防護提供建議。

1" "工程概況

某高速公路穿越的粉質黏土含碎石潛在不穩定斜坡，總體呈北東高、西南低的特征，中部河谷地帶為緩坦凹槽，屬于構造侵蝕低山地貌。斜坡坡度約10°～25°，坡面為臺階狀，緩臺、階坎相間分布，整體呈中、前緣地勢稍陡、后緣較緩的地形特征，坡體兩側及中部區域有沖溝分布，坡體中部偏左于橫向為凹槽地形，邊坡安全等級為1級。在平面上，沖溝和凹槽將該坡體大致分割為3個凸出條狀區域，其斜坡上植被較為發育，主要為雜草及少量雜木，同時分布著大量周邊居民的農作物。

該斜坡坡體為第四系堆積體，主要為雜填土（Q4ml）、全新統滑坡堆積層（Q4del）含碎塊石粉質黏土;基巖為侏羅系中統遂寧組（J2sn）泥巖、砂巖不等厚互層。其中，含碎塊石的粉質黏土層隨埋深不同性狀略有差異，總體上呈紅褐色、稍濕、可塑-硬塑狀。表土層含少量植物根須，碎石含量約25%，粒徑約2～5cm。局部含有灰白或灰黃色砂巖風化殘留物質和砂巖條帶物質，巖芯呈柱狀，較濕，手捻可搓條，斷面不光滑，夾含黑色碳化物質。

上述粉質黏土存在物質組分、顏色差異等情況，在剖面層位中不具有穩定層位規律，其原因可能與崩坡積過程中的母巖性狀相關。在空間上，滑體厚度總體呈現由底部至頂部逐漸變薄的趨勢。其巖土體物理力學參數見表1。

2" "支擋防護措施及效果

2.1" "支護措施

研究表明，該斜坡目前整體處于基本穩定或穩定狀態，蠕滑變形主要為坡體中前緣淺表，表現為第四系土層內局部滑動破壞。為保證路基及外側居民住房的安全，需結合路線設計情況，對斜坡體進行處治，

建議在坡體前緣設置抗滑樁進行支擋，對路基上部蠕變體可采取錨索梁等工程處理措施。設置的3種抗滑樁均采用現澆混凝土，混凝土密度、彈性模量和泊松比分別為26kN/m3、3×107kPa和0.2。B型、E型和I型抗滑樁的錨固長度均為15m，設計樁長分別為42m、31m和15m，截面積分別為2×3m2、2.5×3.5m2和3×4m2，水平間距均為5m。

2.2" "支護效果分析

2.2.1" "模型建立

根據現場勘察資料，利用數值軟件建立寬度為150m（Y方向）、長度70m（X方向）的三維礦山邊坡模型。數值計算模型如圖1所示。模型底部邊界、四周邊界和表面邊界分別設置為固定約束、法向約束和自由邊界。聯合支護形式為抗滑樁+錨桿。

2.2.2" "計算參數

計算參數參見表1。錨桿材料密度為26kN/m3，彈性模量為3×107kPa，水平間距為5m，垂直間距為3m。傾角為25°，錨孔為130mm，錨固段長度為8m。

2.2.3" "公路荷載

公路邊坡采用分級填筑，共分5次填筑。線性荷載來模擬每級填筑后路堤荷載，分級荷載分別為22kN/m（1m）、66kN/m（3m）、110kN/m（5m）、154kN/m（7m）、198kN/m（9m）。

2.2.4" "位移計算結果分析

圖2為聯合支護結構下的邊坡水平和豎向位移圖。從圖2可以看出，邊坡的變形規律同抗滑樁支護結構下的變形規律一致。聯合支護結構下，坡體最大水平位移僅為0.9cm，坡體最大豎向位移僅為1.5cm，與抗滑樁支護結構下的邊坡變形顯著減小。傾斜錨桿的作用是較好的控制了支護結構處土體的豎向位移。

2.2.5" "邊坡穩定性計算結果分析

圖3為聯合支護下的邊坡剪應變增量云圖。圖4為公路填筑完成邊坡位移彈性點圖。從與3、圖4可以看出，聯合支護結構下的邊坡不存在潛在滑動面，可以判斷邊坡處于穩定狀態。數值模擬結果顯示邊坡穩定性系數達到1.41，可見聯合支護下邊坡處于穩定狀態。

2.2.6" "綜合分析

聯合支護下各級公路填筑后的最大位移和安全系數如表2所示。從表2可以看出，聯合支護下公路填筑過程中最大位移和安全系數均幾乎無影響。分析認為，這是因為邊坡整體已經處于穩定狀態，滿足《公路路基設計規范》JTG D30-2015[10]滑坡地段路基穩定性要求。

3" "結論

本文以某公路穿越的粉質黏土含碎石斜坡為研究對象。在邊坡的變形破壞特征、破壞模式及穩定性分析的基礎上，結合工程實際情況，根據數值模擬對聯合支護方案防護效果進行分析。得出以下結論：該滑坡坡體為第四系堆積體，主要為雜填土、沖洪積卵石層、全新統滑坡堆積層、含碎塊石粉質黏土、塊石土。坡體整體未見明顯滑坡的主要特征，但仍有少量表土滑移等現象。建議采用樁錨聯合支護形式，通過PLAXIS3D有限元軟件進行公路填筑進行模擬。聯合支護結構下的邊坡不存在潛在滑動面，邊坡穩定性安全系數為1.32，邊坡整體處于穩定狀態。

參考文獻

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[10] 中華人民共和國交通運輸部.JTG D30-2015公路路基設計規范"[S].人民交通出版社.2015.