兩種樁型治理滑坡的數值模擬比選研究

孔繁慧，徐群利，侯付闖

（1.陜西恒業建設集團有限公司,陜西 西安 710000；2.陜西中凱恒瑞工程項目管理有限公司,陜西 西安 710000）

1 前言

雙排樁和H型抗滑樁多應用于邊坡加固中,對此學者們也進行了大量的研究,董薇等[1]利用ABAQUS對不同排距條件下的雙排樁結構進行了研究,研究結果表明：排距越大,雙排樁支護條件下結構整體穩定性下降。崔康等[2]通過MIDAS對雙排樁的抗震作用進行了研究,研究結果表明：比較于單樁,雙排樁的抗震效果更佳。詹智麒等[3]通過PLAXIS 3D對雙排樁支護結構進行了研究,研究結果表明：后排樁承受的力較大,應當加強后排樁的剛度。劉飛軍等[4]利用雙排樁進行高陡邊坡的搶險,并對雙排樁的布置方法和施工方法進行了詳細的介紹。張建文等[5]利用數值模擬軟件,對不同位置布置雙排樁進行了研究,研究結果表明：后排樁產生較大的變形,此變形會導致橋基上承受較大的荷載。李兵等[6]研究圓截面H型抗滑樁的受力特點,研究結果表明：橫梁的連接使得H型抗滑樁的抗彎剛度提高較大。胡世敬等[7]對H形抗滑樁所受的滑坡推力進行了研究,研究結果表明：H型抗滑樁所受的滑坡推力分布較單樁更為合理。于航等[8]對H型抗滑樁結構內力計算方法進行了研究,研究結果表明：H型抗滑樁治理大中型滑坡時效果最理想。彭豐等[9]利用數值模擬軟件,對H型抗滑樁的加固效果進行了研究,研究結果表明：H型抗滑樁的樁排距越大,樁長越長,則阻滑能力越強。楊為品[10]對H型抗滑樁和單樁進行了比選,比選結果表明：對于大型滑坡,H型抗滑樁的阻滑效果明顯高于單樁。

以上的研究中大多基于雙排樁與單樁的比選,或者是H型抗滑樁與單樁的比選,暫沒有雙排樁與H型抗滑樁的比選,對此本文通過一實際滑坡,在坡腳處布置雙排樁與H型抗滑樁,分別對兩種樁進行比選,從位移和受力方面進行深入研究。

2 工程概況

該邊坡位于陜西省寶雞市,滑坡從上自下主要由風化土、風化巖和軟巖組成（圖1）,邊坡的物理力學性質見表1。

表1 巖土體物理力學參數

經地質勘察可知滑坡的潛在滑動面見圖1,利用瑞點條分法對剩余下滑力進行計算,計算結果見表2。

圖1 邊坡平面圖

表2 自然工況下的剩余下滑力

利用瑞點條分法進行計算時可知,從第8個條塊處,此區域已處于抗滑區域,但是抗滑效果不明顯,因為滑坡推力減小程度不高,計算出的滑坡推力最終為2978.7 kN/m,根據此滑坡推力可知,此滑坡推力為中型滑坡,由工程經驗可知,一般單樁達不到治理滑坡失穩的目的,選擇兩種樁進行治理,分別為雙排樁和H型抗滑樁。

3 數值模擬

3.1 模型的建立

數值模擬采用MIDAS GTS進行,因主要考慮的是雙排樁與H型抗滑樁的支護效果,因此僅須建立二維邊坡模型,忽略土拱效應的影響。

如圖2 所示,滑坡采用兩種支護方式,分別為雙排樁與H型抗滑樁。

圖2 兩種不同的支護

結合數值模擬的經驗可知,風化土和風化巖區域宜采用莫爾庫侖準則,軟巖、雙排樁和H型抗滑宜采用彈性準則。為保證兩種支護方式具有可對比性,雙排樁與H型抗滑樁前排樁的長度×寬度×高度為2 m×3 m×30 m,后排樁的長度×寬度×高度為2 m×3 m×24 m,H型抗滑樁的橫梁長度為6 m。

樁單元采用C30砼,采用的是彈性準則進行模擬,重度為32.4 kN/m3,體積模量為4.26×107kN/m3,剪切模量為3.84×107kN/m3,泊松比為0.21。

3.2 位移和受力

數值模擬計算至滑坡穩定時結束,滑坡的總體位移見圖3。

圖3 不同類型樁支護下邊坡的總位移

由圖3（a）可知,雙排樁支護下滑坡的總位移主要發生在風化土區域,坡腳處的總位移為7.98 mm,最大總位移為9.59 mm,接近5%巖土體的位移超過6 mm,絕大多數巖土體的水平總位移不超過10 mm,以上的位移均不超過20 mm,說明雙排樁支護條件下,邊坡的總位移是滿足工程要求的。

由圖3（b）可知,H型抗滑樁支護下邊坡的總位移同樣主要發生在風化土區域,坡腳處的總位移為4.18 mm,最大水平位移為6.87 mm,接近4%巖土體的位移接近6 mm,絕大多數巖土體的總位移不超過6 mm,以上的位移均不超過20 mm,說明H型抗滑樁支護條件下,邊坡的總體位移是滿足工程要求的。

由圖3可知,H型抗滑樁的整體總位移均較雙排樁小,說明在控制總位移方面,H型抗滑樁明顯優于雙排樁。

雙排樁與H型抗滑樁的受力分別見圖4。

圖4 兩種不同類型樁所受的軸力

由圖4（a）可知,雙排樁所受的軸力前排樁最大為1.4×104kN,超過8.3×103kN的軸力主要集中于距樁頂1/3以下部位。

由圖4（b）可知,H型抗滑樁超過50%所受的軸力數量集中于1.5×104kN,軸力分布較為均勻。

由圖4可知,雙排樁所受的軸力分布不均勻,受力呈現上部小,下部大的趨勢,但是所受軸力值均較H型抗滑樁小。H型抗滑樁所受軸力普遍均較雙排樁大,但是所受軸力數量級相差不大,分布也較均勻。雙排樁與H型抗滑樁所受的軸力均不超過材料所受軸力的極限值,均在可控制的范圍內。

4 結論

本文結合一實際滑坡,采用雙排樁和H型抗滑樁進行支護,分別從滑坡巖土體總體位移和樁所軸力進行研究,研究結論如下：

（1）雙排樁和H型抗滑樁支護下滑坡的總體位移最大分別為9.59 mm和6.87 mm,兩者均在可控的范圍內,均不超過20 mm,說明兩者在控制滑坡總體位移方面是滿足工程要求的。

（2）雙排樁和H型抗滑樁所受的軸力最大值分別為1.4×104kN和1.5×104kN,雙排樁所受軸力整體小于H型抗滑樁,但是雙排樁所受軸力分布不均勻,H型抗滑樁所受軸力分布較為均勻,兩者數量均不超過樁體所受的最大極限值,均在工程允許的范圍內。

（3）雙排樁和H型抗滑樁從滑坡總體位移和樁體所受軸力進行比選,應當考慮雙排樁,因為總體位移均在可控范圍內,所受軸力明顯小于H型抗滑樁,選擇雙排樁更能保證滑坡整體的安全性。

（4）以上的研究僅從滑坡巖土體總體位移和樁體所受軸力方面進行考慮,沒有考慮支護安全系數、施工造價和難度,以上的方面有待進一步深入研究。