抗滑樁對滑帶土受力影響研究

麥合木提江·米吉提

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

1 概 述

水文地質(zhì)條件復雜時，給邊坡的穩(wěn)定性帶來極大影響。為此，長期有水環(huán)境的邊坡需要進行適當加固。而樁基尤其是混凝土樁在邊坡加固中的應用極為普遍，由樁基加固后的邊坡往往能夠在長期有水環(huán)境下保持穩(wěn)定存在。針對樁基加固邊坡的支護方式，許多學者對此開展了研究。

李兵等[1]為了使矩形截面樁在長期有水存在的復雜地質(zhì)環(huán)境條件下高效施工，提出采用機械施工替代人工方法進行以矩形截面抗滑樁方式的邊坡加固建造，并利用汶馬高速公路沿道路邊的某典型滑坡工點，對加固后的邊坡巖土體受力、變形及矩形截面抗滑樁的受力、變形進行了分析。研究結(jié)果表明，經(jīng)過加固后，巖土體結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)大，巖土體結(jié)構(gòu)的整體抗變形剛度明顯改善，結(jié)構(gòu)內(nèi)力較未加固時更加均勻。

郭濤等[2]針對降雨作用下殘坡積土體抗剪強度降低、力學性質(zhì)劣化的問題進行了研究。研究結(jié)果表明，隨著降雨持續(xù)進行，土體飽和度會不斷增大，土體的滑動變形位移增大，對抗滑樁樁身結(jié)構(gòu)的強度提出了更高的要求。

閆玉平等[3]為了能夠同時求解坡體推力和其分布形式，開創(chuàng)式地使用斜條分法對滑帶土體進行劃分計算。計算結(jié)果表明，單就坡體推力而言，土體中位于雙排樁前排樁基后側(cè)的土體受力，后排樁前側(cè)的土體受力值小8.6%～10.6%；本文方法獲得的結(jié)果有著更高的安全系數(shù)。

張國龍等[4]研究了山區(qū)高填方工程的服役性問題。研究結(jié)果表明，對整個施工單位的填筑施工階段的土體進行變形監(jiān)測有助于竣工后運營階段的穩(wěn)定性判斷，使工程在服役期內(nèi)更加安全可靠。

李華勇等[5]針對軟弱夾層巖土體環(huán)境邊坡工程下的深基坑邊坡工程，通過建立強度折減法分析概化模型，研究了此類地質(zhì)條件下的邊坡穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明，軟弱夾層帶的存在使得抗滑樁剪力作用方向在遇到軟弱夾層時發(fā)生反轉(zhuǎn)，抗滑樁彎矩也在抗滑樁遇到軟弱夾層位置處達到最大值。

劉耿仁等[6]針對錨索抗滑樁失效改善問題進行了深入研究。研究結(jié)果表明，通過增強錨索拉力，增加錨固長度，能夠使邊坡有足夠的安全儲備，同時能夠使抗滑樁承載力滿足設計規(guī)范要求。

石勝偉等[7]主要對大變形條件下抗滑樁工程修復問題進行了研究。研究結(jié)果表明，預應力錨索是一種十分有效的修復方法，應在大變形樁基加固邊坡工程中廣泛使用，且預應力施加大小的設置應進行準確可靠的計算。

謝明星等[8]通過對實際工程進行建立模型的數(shù)值計算分析，建立并驗證確定了所提出的用于支擋結(jié)構(gòu)聯(lián)合形式的穩(wěn)定系數(shù)計算公式，并通過該公式進行了樁身的受力和變形分析研究。研究結(jié)果表明，截面尺寸、樁間距對結(jié)構(gòu)的變形參數(shù)、受力參數(shù)及邊坡整體的穩(wěn)定性影響程度不同。

劉昌清等[9]通過室內(nèi)的振動臺來模擬實際的地震作用，模擬剪切波作用下的地震動力條件，進而對某鐵路路塹邊坡進行了室內(nèi)試驗的加固措施研究。結(jié)果表明，雙排樁加固方式的受力和變形明顯優(yōu)于單排樁。

向俐蓉等[10]針對大型滑坡大體積方量的特點進行了抗滑樁-樁板加固形式下的受力變形分析。分析表明，抗滑樁-樁板結(jié)構(gòu)加固方式受力及變形合理，可作為大型滑坡有效加固方式。

以上研究成果均未涉及長期有水存在條件下的邊坡工程穩(wěn)定性問題。基于此，本文針對長期有水存在的地質(zhì)水文條件下的邊坡加固后、邊坡內(nèi)土體的受力變化特征開展分析研究，結(jié)合某實際工點邊坡，通過Geo-studio軟件進行建模分析。

2 工程概況

該實體邊坡位于我國新疆地區(qū)，邊坡橫剖面見圖1。構(gòu)成邊坡的各層材料主要有最下層的沉積砂巖層，強度相對較大，屬硬巖；中間夾有一薄層的軟質(zhì)泥巖，屬軟巖；最上層為表層風化殘積土層，易于發(fā)生失穩(wěn)破壞。各層材料的相關(guān)巖體和邊坡工程的物理力學參數(shù)見表1。

圖1 邊坡橫剖面圖

表1 巖土體物理力學參數(shù)

3 數(shù)值模擬

3.1 模型的建立

在Geostudio軟件的slope模塊構(gòu)建實體邊坡輪廓中，主要按照實際的邊坡剖面進行建模，同時劃分好各層土體的輪廓，然后根據(jù)表1中的材料參數(shù)對各層的巖土體特征參數(shù)進行設置。

根據(jù)設計方案，該邊坡計劃采用多排樁加固的方式進行加固支護，樁基設置方法見圖2。樁基主要通過機械施工方法向下深打，需打入強度較高的沉積砂巖中深達3 m；固定端承載變形的摩爾庫倫模式，實際的樁基材料設置和樁長均按照該設計要求進行，樁的強度為600 kPa，樁排距為2.3 m，樁間距為2.4 m，采用T形截面樁，樁的截面自身慣性矩(IY和IZ)為7.89×103m4，設計安全系數(shù)為1.5，設計的有效剪切力為其自身強度的75%。

圖2 邊坡數(shù)值計算模型

3.2 土條應力及強度

數(shù)值計算結(jié)果圖見圖3。土條與滑動面間總的法向作用力隨著土條號的變化過程見圖4。

圖3 數(shù)值模擬結(jié)果圖

圖4 土條基底總正應力隨土條號變化圖

由圖3所示的數(shù)值模擬結(jié)果圖的滑面位置可知，經(jīng)過抗滑樁樁基的加固后，邊坡穩(wěn)定性良好。只有靠近露頭表層部位的土體有失穩(wěn)風險，但該失穩(wěn)風險較小,說明樁基設計加固方案合理高效，加固效果明顯，起到了很好的作用，設計樁的強度能夠滿足加固土體的強度要求。因此，該方案適宜對該類型邊坡進行有效加固。

由圖4所示土條與滑面之間總的正應力大小隨著土條號(X坐標值)的變化趨勢可知，土條與滑面之間總的正應力先緩慢增大至第一個極大值28 kPa后緩慢減小，在土條號11處有一個向下的突變，且達到一個最小的負值-17 kPa，說明此時土條與滑面直接的力變?yōu)槔瓚Α５牵芸烨€有突變上升，說明土條受拉向外的運動趨勢受到兩側(cè)土體的有效控制和約束。隨后，土條與滑面之間總的正應力又逐漸增大至另一個最大值126 kPa。在上升變化過程中，有個別土條的值發(fā)生波動，但是總體趨勢并未變化，且曲線上升的斜率逐漸增大，在土條號25處達到最大的值，即前面提及的126 kPa，隨后曲線又以一較大斜率減小。

圖5為土條抗剪強度隨著土條號(X坐標值)的變化趨勢。

圖5 土條基底抗剪強度隨土條號變化圖

由圖5可知，土條抗剪強度先緩慢增大至第一個極大值16 kPa后緩慢減小，在土條號11處有一個向下的突變，且達到一個最小的負值-9 kPa。隨后，土條抗剪強度又逐漸增大至另一個最大值41 kPa，達到最大值后，曲線又以一較大斜率減小。

4 結(jié) 論

1)經(jīng)過抗滑樁樁基的加固后，邊坡穩(wěn)定性良好，說明樁基設計加固方案合理高效，加固效果明顯，起到了很好的加固作用。

2)土條與滑面之間總的正應力大小隨著土條號增大，先緩慢增大至第一個極大值后，在土條號11處有一個向下的突變；而后又向上增大至另一最大值后，又向下變小。

3)土條抗剪強度隨著土條號(X坐標值)先緩慢增大，在11號土條處向下突變；隨后，又逐漸增大至41 kPa后，曲線又以一較大斜率減小。