伊吾縣吐?tīng)柛蓽锨纂p排樁治理邊坡的效果評(píng)價(jià)

雷亞嬌

（哈密水文勘測(cè)局,新疆 哈密 839000）

1 引言

雙排樁因阻滑效果好,而在邊坡和滑坡工程中應(yīng)用廣泛,對(duì)此學(xué)者們也進(jìn)行了大量的研究,宮鳳梧等[1]以張家口某支護(hù)工程為例,研究了雙排樁支護(hù)體系,研究結(jié)果表明：雙排樁的剛度對(duì)支護(hù)工程的穩(wěn)定性有較大的影響。郭成超等[2]利用數(shù)值模擬軟件,對(duì)裝配式可回收的雙排樁進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：雙排樁的前排樁和后排樁的變形趨勢(shì)是一致的。邱紅勝等[3]以非線性算法,對(duì)雙排樁的位移進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：考慮樁土接觸面時(shí)計(jì)算雙排樁的位移更加符合實(shí)際。郭慶華等[4]以雙排樁的樁徑、樁距等作為變量,對(duì)雙排樁的支護(hù)形式進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：結(jié)合不同的巖土體,通過(guò)調(diào)整樁徑和樁距,可得到雙排樁支護(hù)的最優(yōu)解。董薇等[5]利用數(shù)值模擬軟件,對(duì)不同排距條件下的雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：增加排間距可有效地控制雙排樁的變形,提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。張靜[6]提出了考慮地下水滲流影響的雙排樁計(jì)算式,并通過(guò)實(shí)例對(duì)該計(jì)算式進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：考慮地下水滲流影響條件時(shí),雙排樁的變形更接近真實(shí)值。劉帥等[7]對(duì)雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響因素進(jìn)行了分析,分析結(jié)果表明：樁間距、前后排樁的距離和樁長(zhǎng)是支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大影響因素,應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同的巖土體選擇合適的樁間距、前后排樁距離等。董必昌等[8]研究了地震工況下雙排樁的支護(hù)結(jié)構(gòu),研究結(jié)果表明：雙排樁的樁排距為3～5 倍直徑時(shí),支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最優(yōu)。黎子榮[9]對(duì)雙排樁的內(nèi)支撐進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：內(nèi)支撐的剛度和抗彎性對(duì)雙排樁的支護(hù)剛度影響最大。張京等[10]對(duì)雙排樁原圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,研究結(jié)果表明：圍護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用利于控制巖土體的位移。

然而以上的研究對(duì)象多是基坑支護(hù)方面,雙排樁對(duì)于邊坡或滑坡的支護(hù)效果如何,對(duì)此本文結(jié)合一實(shí)際工程,利用數(shù)值模擬對(duì)雙排樁的支護(hù)效果進(jìn)行研究。

2 工程概況

伊吾縣吐?tīng)柛蓽锨坠こ涛挥谖覈?guó)新疆地區(qū),在連續(xù)下了2 天暴雨的情況下,工程附近邊坡下部出現(xiàn)了裂縫,待暴雨結(jié)束后施工單位及時(shí)進(jìn)場(chǎng),進(jìn)行緊急加固,加固措施采用的是雙排樁,為防止邊坡因施工活動(dòng)出現(xiàn)大規(guī)模的坡體滑動(dòng),采用機(jī)械鉆孔布樁。

經(jīng)地質(zhì)勘察,如圖1 所示,邊坡主要由風(fēng)化土、風(fēng)化巖和硬巖組成,采用的是雙排樁進(jìn)行支護(hù),結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果,潛在滑動(dòng)面穿過(guò)雙排樁中部,以保證雙排樁發(fā)揮阻滑作用,巖土體的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

圖1 邊坡支護(hù)示意圖

3 剩余下滑力

結(jié)合地質(zhì)勘察的潛在滑動(dòng)面范圍、風(fēng)化土的相關(guān)性質(zhì),利用瑞點(diǎn)條分法可對(duì)邊坡的剩余下滑力進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 剩余下滑力計(jì)算

如表2 所示,將潛在滑動(dòng)區(qū)域共計(jì)劃分成11 個(gè)條塊,第9 個(gè)條塊區(qū)域?yàn)榭够?此區(qū)域約23 m,因?yàn)榭疾斓酱藚^(qū)域?yàn)榭够?因此將雙排樁設(shè)置于此區(qū)域,為了保證不對(duì)邊坡造成較大的擾動(dòng),采用機(jī)械挖掘的方式,快速鉆孔并施設(shè)抗滑樁,滑坡推力最終的計(jì)算數(shù)值為2930.3 kN/m,由此數(shù)值可知,設(shè)計(jì)單排樁阻滑效果不一定滿足工程要求,雙排樁是理想的支護(hù)方式,本文暫不考慮土拱效應(yīng)的影響。

4 數(shù)值模擬

4.1 模型的建立

結(jié)合圖1、表1 的數(shù)據(jù),數(shù)值模擬的模型見(jiàn)圖2,雙排樁在MIDAS GTS 中選擇的是植入式梁?jiǎn)卧?截面積為8 m2,扭轉(zhuǎn)常量為7.31 m4,截面慣性矩y 軸方向?yàn)?.67 m4, z 軸方向?yàn)?0.67 m4,有效剪切面積Y 軸方向?yàn)?.68 m2,剪切應(yīng)力系數(shù)為0.19 m-1。

圖2 數(shù)值模擬實(shí)體圖

數(shù)值模擬統(tǒng)一選擇混合四面體網(wǎng)格單元,均采用1m 進(jìn)行網(wǎng)格劃分,數(shù)值模擬共計(jì)6496 個(gè)單元,8334 個(gè)節(jié)點(diǎn),數(shù)值模擬計(jì)算至模型結(jié)束時(shí)停止。

4.2 模擬的結(jié)果

4.2.1 位移分析

邊坡的豎向位移見(jiàn)圖3,邊坡的豎向位移主要集中于風(fēng)化土區(qū)域,邊坡上緣豎向位移比較集中,最大豎向位移為6.4 mm,此區(qū)域約占整個(gè)邊坡巖土體的2%,邊坡巖土體豎向位移23%不超過(guò)3 mm,超過(guò)70%的巖土體豎向位移不超過(guò)1 mm,說(shuō)明邊坡施加雙排樁以后,巖土體的豎向位移控制在合理的范圍內(nèi),滿足邊坡穩(wěn)定性的要求。

圖3 邊坡的豎向位移（單位：m）

邊坡的水平位移見(jiàn)圖4,邊坡的水平位移主要集中于風(fēng)化土區(qū)域,風(fēng)化土區(qū)域中緣位移比較集中,最大水平位移為5.3 mm,此區(qū)域約占整個(gè)邊坡巖土體的3%,邊坡巖土體水平位移24%不超過(guò)4 mm,超過(guò)70%的巖土體水平位移不超過(guò)1 mm,說(shuō)明邊坡施加完雙排樁以后,巖土體的水平位移控制在合理的范圍內(nèi),滿足邊坡穩(wěn)定性的要求。

圖4 邊坡的水平位移（單位：m）

4.2.2 安全性分析

將數(shù)值模擬運(yùn)行至邊坡平衡時(shí)結(jié)束,邊坡的剪應(yīng)力變化見(jiàn)圖5,滑動(dòng)面并未貫穿,說(shuō)明施加雙排樁確實(shí)達(dá)到了理想的支護(hù)效果。另一方面,經(jīng)過(guò)拆減系數(shù)法計(jì)算可知,施加完雙排樁后的邊坡的安全系數(shù)為1.41,此安全系數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi),但安全系數(shù)僅達(dá)到了規(guī)定安全系數(shù)的最小界,并沒(méi)有足夠的安全儲(chǔ)備,因此可考慮適當(dāng)在坡面進(jìn)行錨桿或錨索的施加,以提高邊坡的安全儲(chǔ)備,達(dá)到理想的支護(hù)目的。

圖5 邊坡剪應(yīng)力變化

4.2.3 數(shù)值模擬總結(jié)

（1）邊坡的水平位移和豎向位移最大值分別為5.3 mm和6.4 mm,均不超過(guò)允許的最大位移范圍,從位移的角度上講是滿足工程要求的。

（2）通過(guò)邊坡的剪應(yīng)力變化區(qū)域可知,邊坡的潛在滑動(dòng)面并未貫通,說(shuō)明雙排樁起到了阻滑的效果,安全性系數(shù)為1.41,盡管滿足邊坡支護(hù)后邊坡安全性要求,但是此安全系數(shù)過(guò)小,如果條件允許的情況下,應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加支護(hù)措施,比如坡面處施加錨桿或錨索,或者將雙排樁的尺寸適當(dāng)增大,以增加邊坡的安全儲(chǔ)備,達(dá)到支護(hù)的目的。

（3）邊坡的水平和豎向位移變化區(qū)域是相互對(duì)應(yīng)的,說(shuō)明邊坡的位移分析是正確的,應(yīng)當(dāng)對(duì)此區(qū)域的巖土體施加安全保護(hù)措施。此巖土體位移變化區(qū)域與邊坡的剪應(yīng)力變化區(qū)域也是對(duì)應(yīng)的,一定程度上說(shuō)明數(shù)值模擬計(jì)算的有效性。

5 結(jié)論

邊坡在暴雨工況下,坡腳出現(xiàn)了位移變化,通過(guò)計(jì)算邊坡的剩余下滑力,對(duì)邊坡進(jìn)行坡腳處雙排樁的施加,并通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)施加支護(hù)措施的邊坡進(jìn)行研究,研究結(jié)果表明：

（1）邊坡的水平位移和豎向位移是相互對(duì)應(yīng)的,且均控制在合理的范圍內(nèi),從位移角度方面說(shuō)明邊坡的支護(hù)措施是合理有效的。

（2）邊坡的剪應(yīng)力區(qū)域并沒(méi)有貫通,一定程度上說(shuō)明支護(hù)措施有效；從安全性角度出發(fā),邊坡的安全性系數(shù)僅滿足工程要求的最低限,說(shuō)明支護(hù)措施有待提高,可考慮在坡面施加錨索或錨桿,或者適當(dāng)增加雙排樁的尺寸,以保證邊坡的安全系數(shù)滿足要求。

（3）本文研究的重點(diǎn)在于邊坡的位移和安全性,并沒(méi)有考慮雙排樁的受力,也沒(méi)有考慮土拱效應(yīng)的影響,此方面的研究有待進(jìn)一步深入。