某丘陵地貌場區抗滑樁加固邊坡影響因素研究

張 荇

（黔西南公路建設養護有限公司,貴州 興義 562400）

0 引言

抗滑樁具有安全系數高、加固效果好、邊坡擾動小、布樁靈活等優勢，在邊坡加固施工中得到了大規模應用。但因設計缺陷，通常存在邊坡加固不理想的情況[1-2]。為此，該文結合某公路工程實踐，對丘陵地貌場區抗滑樁加固邊坡影響因素進行研究，對提升抗滑樁加固效果、增強邊坡穩定性具有重要作用。

1 工程概況

某公路項目地處丘陵地帶，地勢崎嶇不平，落差較大，地面坡度達30°～50°，邊坡安全等級較高，為一級邊坡。地勘資料顯示，該區域地震烈度為6 度，無須對地震狀態下邊坡穩定性實施校核，可忽略斷裂構造影響。公路施工區域內地質狀況復雜，自上而下依次為雜填土層、沖洪積層、殘積層和泥盤系基巖層。道路施工涉及土層如表1 所示。

表1 巖土層分布及材料參數

2 邊坡穩定性分析

該工程邊坡穩定性分析采用不平衡推力法。首先假設邊坡達到極限平衡狀態時形成滑動面，并以此面為界限，將邊坡劃分為不同區塊，在對其穩定性進行分析時，僅考慮每塊靜力作用，忽略力矩平衡，據此針對各區塊建立極限平衡方程，并采用迭代計算方式獲得邊坡安全系數[3-4]。該工程邊坡滑動面較多，通過不平衡推力法得出每一滑動面安全系數，其值均低于1.35，其中最小值為0.98，邊坡極易失穩，亟須采取加固措施。

3 抗滑樁加固邊坡影響因素

3.1 抗滑樁加固原理

抗滑樁適用范圍較廣，可用于淺層及深層滑坡加固處理，效果顯著[5]。其加固原理是通過樁體貫穿滑坡體深入持力層，依托持力層嵌固作用抵擋滑坡體滑動力，提高邊坡穩定性。位于滑動面上方的抗滑樁受樁后滑坡推力及樁前滑坡體抗力的共同作用，當二者相互抵消后剩余豎向力直接沿樁身傳遞至持力層中，利用抗滑樁摩阻力消除豎向下滑力，從而有效提升滑移面安全系數，如圖1。

圖1 抗滑樁受力示意圖

該公路工程邊坡安全系數低于1.35，穩定性較差，極易產生滑移風險，經綜合研究決定采用矩形抗滑樁實施加固處理，以有效提升邊坡安全系數。為獲得最佳加固設計方案，保證邊坡加固效果，運用單因素分析法，分別以抗滑樁長度、間距、截面尺寸及布設位置為分析因素，通過具體運算得出各因素對邊坡安全系數的影響[6-7]。

3.2 抗滑樁長度對邊坡穩定性的影響

結合抗滑樁加固原理，樁體應貫穿滑坡體并進入持力層一定深度，以有效確保嵌固端錨固力滿足抗滑要求。因此，樁體長度直接決定樁端錨固深度，對邊坡穩定具有關鍵作用[8]。為進一步探究樁長與邊坡安全系數之間的關系，在保證樁體布設位置、間距d=4 m、截面尺寸2 m×2 m 相同的條件下，依次采取樁長為6.0 m、7.0 m、7.5 m、8.0 m、8.5 m、9.0 m、10.0 m 進行計算分析，求出各種樁長條件下邊坡安全系數，具體結果如圖2 所示。

圖2 抗滑樁長度與邊坡安全系數的關系

通過圖2 能夠看出：①邊坡安全系數隨樁長增加而增大，當其超出穩定安全系數Fst=1.35 后，其增幅顯著降低；②當樁長L=6 m 時，Fs=0.99 ＜1.35，邊坡穩定性較差，主要是由于樁體長度不足，無法深入滑移面，難以提供有效的抗滑力；③樁長L=8.5 m 時，Fs=1.39 ＞1.35，此時邊坡穩定性較高，其根本原因在于抗滑樁長度增加，嵌固端穿透滑坡體深入持力層，具有足夠的錨固力，顯著提高邊坡安全系數，符合標準要求；④當樁長L ＞8.5 m 時，隨著樁長的不斷增加，其邊坡安全系數變化較小。充分表明：增加樁長能顯著提升邊坡穩定性，但當樁體嵌固深度大于有效錨固長度時，隨著樁長的增大，邊坡安全系數基本不再增加。

3.3 樁間距對邊坡穩定性的影響

合適的樁間距能有效增強樁間土體抗剪強度，增強邊坡安全系數。為探究樁間距對邊坡安全系數的影響，在保證樁體布設位置、截面尺寸2 m×2 m 相同的條件下，依次采取樁間距為4 m、5 m、6 m、7 m、8 m、9 m、10 m 進行計算分析，求出各種間距條件下邊坡安全系數，具體結果如圖3 所示。

圖3 抗滑樁間距與邊坡安全系數的關系

通過圖3 能夠看出：①抗滑樁布設間距越大，邊坡安全系數越小；②樁間距d=4 m 時，Fs=1.38 ＞1.35，邊坡穩定性較高，主要是因為間距小，可形成土拱，增大土體抗剪強度，約束樁間土體滑移；③樁間距d=8 m 時，Fs=1.21 ＜1.35，此時邊坡穩定性較差，其根本原因在于樁間距變大，樁間土抗剪強度顯著降低，無法抵抗上部推力作用，從而使樁間土由兩樁之間滑出，造成樁間土拱失效，使抗滑樁喪失抵擋功能，顯著降低邊坡安全系數[9]。由此可見，樁間距與樁間土強度對邊坡安全系數具有重要影響，因此邊坡加固方案設計時，應根據邊坡具體狀況及土性科學確定樁間距，以有效利用樁間土拱效應，提高邊坡安全系數。

3.4 截面尺寸對邊坡穩定性的影響

抗滑樁截面尺寸直接決定其抗滑性能，對邊坡穩定性具有重要影響。因此，為研究二者之間的關系，在保證樁體位置、長度及截面寬度lx=2 m 相同的條件下，依次采取截面長度ly=2.2 m、2.4 m、2.6 m、2.8 m、3.0 m、3.2 m、3.4 m 進行計算分析，求出各截面尺寸下的邊坡安全系數，具體結果如圖4 所示。

圖4 抗滑樁截面長度ly 與邊坡安全系數的關系

通過圖4 能夠看出：①截面長度ly越大，邊坡安全系數越高，增幅較小；②截面長度ly由2.4 m 增至3.4 m 時，邊坡安全系數Fs由1.31 增至1.38，增速緩慢。由此可見，增大抗滑樁截面尺寸可提高邊坡穩定性，但效果不明顯，因此邊坡加固設計時，應合理確定樁身截面尺寸，確保邊坡加固經濟性、合理性。

3.5 抗滑樁越頂或繞底破壞對邊坡穩定性的影響

因滑坡體主、次滑動面上方抗滑樁長度不足，樁體上方坡體易形成次級滑坡，造成抗滑樁頂面產生破壞，具體破壞形式如圖5 所示。同樣，若樁體嵌固深度不足，滑動面會繞過樁體底部形成繞底破壞。

圖5 滑坡越頂破壞示意圖

結合以上分析，樁長大于8.5 m 時，邊坡安全系數高于1.35，因此采用樁長9 m、間距5 m、截面尺寸2 m×3 m，對抗滑樁繞底和越頂破壞進行計算分析，具體結果如圖6、圖7 所示。

圖6 滑坡繞底破壞穩定性計算結果

圖7 滑坡越頂破壞穩定性計算結果

通過圖6 和圖7 能夠看出：①當樁長為9 m、布設間距為5 m、截面尺寸為2 m×3 m 時，邊坡安全系數高于1.35，符合標準要求，樁體不會產生繞底破壞；②抗滑樁頂部邊坡安全系數為1.08～1.20，達不到標準要求，極易產生越頂破壞，應對其受力狀態進行驗算分析；③通過抗滑樁加固后，邊坡內部應力進行重新分布，樁體加固區域穩定性顯著增加，但樁頂位置邊坡仍處于失穩狀態，極易形成新的滑動面，從而產生越頂破壞[10]。

樁體布設位置對滑坡體越頂破壞具有重要影響，將抗滑樁布設于邊坡阻滑段下部位置時，邊坡穩定性計算結果如圖8 所示。

圖8 調整設樁位置后邊坡穩定性計算結果

通過圖8 能夠看出：將抗滑樁布設于邊坡阻滑段下部位置時，其樁頂邊坡安全系數為1.35～2.0，通過不平衡推力法求得的安全系數為1.51，符合標準要求，邊坡處于穩定狀態。由此可知，科學布設抗滑樁位置能最大限度避免越頂破壞。

4 結論

綜上所述，該文結合某公路工程實踐，對抗滑樁加固邊坡影響因素進行綜合分析，結論如下：

（1）增加樁長能顯著提升邊坡穩定性，但當樁體嵌固深度大于有效錨固長度時，隨著樁長的增大，邊坡安全系數基本不再增加。

（2）樁間距越大，邊坡安全系數越低，因此邊坡加固方案設計時，應根據邊坡具體狀況及土性科學確定樁間距，以有效利用樁間土拱效應，提高邊坡安全系數。

（3）增大抗滑樁截面尺寸可改善邊坡穩定性，但效果不明顯，因此邊坡加固設計時，應合理確定樁身截面尺寸，確保邊坡加固經濟性、合理性。

（4）抗滑樁布設位置對滑坡體越頂破壞具有重要影響，將抗滑樁布設于邊坡阻滑段下部位置時，能最大限度避免越頂破壞。