加筋土樁板墻聯合支護的高填方邊坡穩定性分析的研究

羅人濱 劉曉芳

（江西省地質局第三地質大隊 江西九江 332000）

在開展山區工程的建設過程中，通常在地理位置、施工線路等方面的設置過程中經過高填方邊坡，此類填方的高度非常大，無法達到自然放坡效果，相關人員必須選擇適合的支護措施，以提供加固力量。原有的加筋土擋墻有著成本低廉、整個施工流程較為簡便等優勢，在巖土工程建設方面的應用十分廣泛。加筋土技術在20世紀被研究出后，技術人員對該技術中的加筋機理展開了進一步的研究，并對加筋土結構予以完善，逐步拓寬了加筋土結構的應用范圍，并建立了科學的數據及對影響因素相關的分析體系。

1 支護方式分析

隨著當前巖土工程的建設規模越來越大，施工條件與環境有了不同程度的提高，單一支護方式或結構在支護要求方面很難達到相應的支護效果，無法滿足施工及設計需求。基于此，聯合支護方式受到相關人員的普遍關注，在聯合作用下，結合實際施工情況，選取適合的支護方式，將此類支護方式的優勢充分發揮出來，能夠起到非常明顯的加固作用。

較為常見的加固方式有加筋土擋墻與樁板墻兩種支護方式及其聯合支護技術。相關研究人員對加筋土擋墻及樁板墻支護進行了相關的研究工作，但在聯合支護方面的研究較少。

近幾年來，隨著對支護技術的不斷分析和深入了解，有研究人員發現，利用有限元強度折減法，能夠對加筋土擋墻與抗滑樁形成的支護結構進行精準計算，通過這種方式，促使巖土工程能夠達到較為穩定的結構安全性。在對支護結構展開受力分析的過程中，研究人員根據對各類計算參數的分析，可以得出各類影響因素，在對因素進行分層分析后，可以進一步優化支護方案。軟件FLAC3D的使用能夠為聯合支護結構建立相應的數值分析模型，通過這種方式，對不同類型的面板建筑模式及土擋墻的墻面位移、樁身位移和樁身彎矩等方面的應力分布影響進行分析［1-2］。

2 工程案例

在某山區開展巖土工程建設，其施工場地具有一定的復雜性。人工形成填方邊坡，高度為35m，因其填方高度較大，相關人員采取加筋土、樁板墻的聯合支護方式，以起到相應的支護作用。在高填方邊坡中，通常分為3 個級別，每個級別高度為8m，放坡比例為1∶1。在開展邊坡土體加筋技術過程中，筋帶裝置采取紡土工布，其長度和垂直間距分別為15m和0.5m，筋帶的抗拉強度是200kN/m。在邊坡的下方增設樁板墻裝置，樁板墻總體長度22m，其中，懸臂長11m，抗滑樁的截面尺寸為1.8m×2.4m，另外，樁間距4m。在樁板墻側土體加筋方面，其筋帶長和垂直間距分別為26m和0.5m，抗拉強度達200kN/m。

3 計算參數的設計

3.1 計算方法

在PLAXIS軟件的應用期間，可以開展強度折減功能，其中，折減主要指促使坡體在實際抗剪強度方面設置指標c、φ 除以一個系數后成為Fs（折減系數），再將完成折減作用后的抗剪強度代替實際的土體強度，當土體強度達到臨界平衡點時，其折減系數就是邊坡安全系數。在PLAXIS軟件的內部程序運行過程中，可形成相應的折減過程，并以此形成所有巖土體的折減計算，將土體抗剪的強度不斷降低，最后得出邊坡區域在最危險情況下的滑裂面，促使邊坡穩定系數的精準度可以達到后續的施工需求［3］。

3.2 材料參數

結合實際工程來看，相關人員可以選擇具有一定彈塑性的摩爾/庫侖材料的模型，以此開展模擬過程，其中，有關巖土體的物理參數選取情況如表1所示。

表1 力學參數

3.3 土工格柵方面

筋帶方面，采取土工格柵單元方式開展模擬進程，其中，土工格柵有著一定的軸向剛度，屬于一種細長型結構，在壓力方面的承受力較差，拉力承受水平較高，所以，土工格柵在單元構成關系方面類似線彈性單元。土工格柵中的材料性質為EA（彈性軸向剛度），在案例工程中，所采取的抗拉強度設置為200kN/m，若應變可達10%，此時為極限強度。

3.4 樁板墻方面

樁板墻通過PLAXIS軟件中的板單元進行模擬，其中，板結構在材料性質中最為關鍵的參數是EI（抗彎剛度）和EA（軸向剛度），具體的抗滑樁各部分參數信息如表2所示，其中，樁的EI值與樁間距的比值可以轉換為抗彎剛度。

表2 抗滑樁參數

4 邊坡穩定性及安全系數分析

通常來看，邊坡的安全系數與筋帶的強度水平有著密切聯系，若筋帶的強度增加，其安全系數也會相應增大。筋帶長度增加，安全系數增大［4］；但如果筋帶的長度超出一定范圍，安全系數不會產生變化。抗滑樁的長度與安全系數在一定增長范圍內成正比，所以，在樁長的設計方面，需確保其合理性，并選擇質量較好的填土類型。

4.1 穩定安全系數分析

經軟件計算得出邊坡的穩定安全系數是1.43，超出規范要求，代表邊坡穩定性的需求可以達到。其中，邊坡滑裂面的位置處于加筋土體邊緣區域，若邊坡發生破壞，則土體會沿著第一級的土擋墻底部區域滑出［5］。

4.2 土工格柵內力

在加筋土完成施工作業后，土工格柵的最大受力位置位于11m 處，該高度為即樁板墻的頂端。在樁板墻的位移和內力進行分析的過程中，樁板墻產生最大位移的區域為懸臂段的頂端部分，其位移最大值0.03m，在承受范圍內；抗滑樁的最大剪力值是4114kN，最大彎矩是8442kN·m，最大內力值產生在樁體的11m處，應力集中區域。

4.3 影響因素分析

4.3.1 筋帶的強度

筋帶的強度水平能夠對樁板墻的穩定性產生非常明顯的影響，所以，在設計過程中，需對筋帶的強度進行設計，并不斷完善、優化設計方案。從當前的工程能夠看出，現階段常用土工布的強度通常選擇200、150、100kN/m，不同類型筋帶強度計算情況如表3所示。在筋帶強度不斷降低后，其邊坡的安全系數會相應減小，并使得樁板墻的位移變化降低，同時促使剪力、彎矩數值增大。當筋帶強度控制在100kN/m 時，樁板墻的剪力值僅比200kN/m 時增大0.8%，若彎矩增加0.4%，安全系數可達1.38，所以，土工布的類型選擇100kN/m抗拉強度即可。

表3 筋帶強度不同時的樁板墻信息參數分析

4.3.2 筋帶長度

樁側土體若增設了樁板墻作為支護裝置，那么，樁側土體則無須加筋，在未加筋情況下，邊坡安全系數控制為1.38，與加筋情況下的安全系數相同。產生此類現象的主要原因是土體在第一級邊坡的低端有所滑出，而樁側的土體沒有被破壞，所以，對樁側土體進行加固作用與邊坡安全系數沒有直接關系。若樁板墻的位移沒有變化，樁板墻的剪力、彎矩都增加了3%，筋帶可以節省44%，所以，柱側區域可不進行加筋處理。

當邊坡被破壞時，其內部的土體會沿著加筋土（第一級）的底部區域滑出，該區域的擋墻筋帶的內力通常較大，若長度沒有進行優化，那么，第二、三級的筋帶長度必須優化。筋帶的長度若有所減小，那么，邊坡的安全系數則會明顯降低，樁板墻裝置的位移沒有變化，且樁板墻的剪力、彎矩值也會保持不變。在對筋帶長度進行優化作用后，第一、二、三級擋墻的筋帶長度分別為15m、14m、13m，此時，擋墻的穩定安全系數是1.37，滿足要求［6］。

4.3.3 樁長

在樁長因素的影響分析方面，對筋帶的長度進行優化后，減少樁長，其中，完成優化的擋墻筋長度分別為：第一級15m，第二級14m，第三級13m。在樁長變化基礎上，對其受力情況進行計算，樁長在保持減小的情況下，邊坡的穩定性有所降低，其安全系數也會相應下降，同時，樁板墻的位移保持不變，在樁板墻的剪力、彎矩值方面也有所減小。在樁長有所減小后，將懸臂段及埋入段的距離控制在9m 時，其邊坡安全系數會降低到1.25，不滿足安全規范需求。所以，樁長在懸臂段、嵌固段區域的取值為10m，樁體總長度為20m［7］。

4.3.4 土體性質分析

土體性質的差異會對邊坡的穩定性及安全系數產生一定的影響。基于此，技術人員可設置兩種不同類型的填土，分別為c、φ值，以此對邊坡的安全系數及結構內力、位移等參數進行分析，并以此研究填土的變化情況。

不難看出，在c值不斷增大的基礎上，邊坡的安全系數有著十分明顯的提高（1.35～1.47），樁板墻的位移保持不變，剪力及彎矩稍有增加。而另一種土體φ 值可設置為30°，并逐漸增加到42°，結果顯示：φ 值不斷增大時，邊坡的安全系數明顯上升，且上升值較大（1.06～1.45），同時，樁板墻的位移保持穩定，剪力、彎矩有所增大。由此可知，土體性質的差異性在邊坡穩定性方面的影響程度較大，一旦土體質量有所提高，其邊坡的安全系數也會明顯增長。所以，在此類巖土工程施工過程中，填土的質量必須得到保障，若高填方的邊坡填土類型的選擇較為有限，需以穩定性有限，對填土進行改善，施工人員可采取分層碾壓的方式加強土體的質量［8］。

5 結語

總的來看，邊坡的安全系數在一定范圍內會與筋帶強度成正比例增大變化，但筋帶的長度若超出相應的范圍，安全系數不會產生明顯的增大作用，所以，施工期間需確保筋帶的長度合理。影響邊坡安全性與穩定性的因素還包括抗滑樁的長度，抗滑樁的長度也需控制在合理范圍內，促使安全系數最大化。在土體性質方面，填土質量會對邊坡的穩定性產生影響，此類工程需選擇質量較高的填土類型。