復雜地質環境下高邊坡穩定項目中抗滑樁運用分析

史勁

（湖南城建職業技術學院，湖南 湘潭 411105）

1 研究意義

隨著經濟的發展與社會進步，我國諸多行業都已經得到了全方位的發展與完善，地質、水利以及礦產等產業也隨之來到了一個全新的發展高度。但是，在其高速發展的過程中，不可避免地會遭遇多種多樣的地質災害。其中最常見的地質災害為邊坡災害，例如，在道路施工過程中切坡、路基以及庫邊邊坡治理。邊坡的穩定性分析工作也越來越受到有關管理人員的重視與關注。邊坡防護一般可以分為2 個部分，分別為內部支擋以及坡面防護，其中坡面防護又涵蓋植草、錨噴網護以及混凝土噴射等工程措施，而內部支擋涵蓋擋土墻、抗滑柱以及多種多樣的支護組合。抗滑樁由于自身所具有的成本及效果優勢，使得其在當前的高邊坡治理工作中得到了廣泛的應用。抗滑樁在當前的工程領域中被充分地應用，據有關專業人士調查顯示，抗滑樁是當前邊坡防治中應用最為普遍的一種支護體系。諸多的專家及學者在對抗滑樁治理理論進行研究的過程中，也取得了十分重要的研究成果。一些學者在對其樁土效應進行分析與研究時，做出了大量的假設，但是其并沒有對樁土之間的真實界面進行理論研究，并且在對抗滑樁進行涉及的過程中，抗滑樁的安全系數相對較高，從而使得抗滑樁的真正承載力并沒有被充分地發揮出來，進而導致當前邊坡防治成本的提升。所以，需要切實做好抗滑柱設計及研制，并使用正確且科學的理論來對其應用進行指導，進而有效地提升復雜地質環境下高邊坡穩定項目中抗滑柱的實際運用質量及水平。

2 國內外研究現狀分析

2.1 國外研究現狀分析

邊坡穩定問題最早源于18 世紀，當時的士兵在修建土石壩時便遇到了邊坡問題，隨后在其對水庫以及道路建設的過程中都相繼遇到了同樣的邊坡問題。后經由運河工程師威廉姆.史密斯，在對大量的工程實例進行分析與總結后，得出巖層相序理論。后于19 世紀中葉，由Gregoty、Collin 借助工程實例，分析并總結出滑動面的形狀以及在特定的條件下，滑坡在滑動的過程中所生產的滑動曲線，并開始對邊坡穩定性進行分析與研究。

危險滑動面最早起源于瑞典，分條法是對邊坡穩定性進行分析的基本方法，在實際的工程中有著極廣泛的應用，分條法對邊坡的滑動進行了一系列的假設，其中涵蓋滑動面的形狀以及庫倫準則。西方學者弗蘭紐斯于20 世紀30 ～40 年代，根據瑞典分條法，并在計算機的幫助下，得出了兩條極為重要的結論。第一，內摩擦角度為0 的黏土其危險滑動面需要經由坡角，由此便可以借助圖解法，對其臨界圓心位置進行確定。第二，非黏性土質，其滑動面所在的圓心，在其臨界圓心上會向上進行移動。

自20 世紀的70 年代以來，多種樣式的抗滑柱支護方式便開始應用在邊坡治理中。奧地利第一次將抗滑樁與錨索進行有機結合，并將其成功地應用在實際的邊坡治理中，其抗滑樁深入基巖7m 左右。

2.2 國內研究現狀

20 世紀，我國學者潘家錚提出了極大值原理以及極小值原理，對滑坡理論的發展起到了極大的推動作用。當滑坡出現失穩現象時，其會優先選擇抗滑性相對較小的滑動面來進行滑動。待其確定滑動面后，則滑動面的內部應力會進行調整，并以滑坡面抗滑性最大的滑動面為主。

隨著時間的推移，邊坡穩定性理論以及實際的工程應用都已經得到了全方位的發展，邊坡穩定性分析及研究問題，也逐漸成為當前工程施工領域的重要研究內容。當前有關邊坡穩定性的研究其重點可以分成3 個部分來進行闡述：第一，持續加強邊坡穩定性理論的研究與分析，切實做好試驗分析，從而客觀地驗證出穩定性分析法的優缺點，進而更好地對其邊坡穩定性分析法進行完善與補充。第二，相對較為單一的邊坡穩定性分析法已然無法再滿足當前穩定性的分析要求。復合分析法是當前邊坡穩定性分析研究中的新型分析方法，復合分析法所使用的理論以及研究方式都十分契合當前的實際工程情況。第三，由于邊坡問題相對較為復雜，技術人員借助可靠度法以及灰色理論法都可以充分地對其邊坡穩定性問題進行分析與研究。

我國技術人員在20 世紀80 年代，便對其抗滑樁的參數、理論以及分析方法進行了全方位的研究，并取得了優異的成績。隨著計算機技術以及物聯網技術的不斷革新，抗滑樁到如今已經被應用在諸多的行業中，其抗滑樁治理效果也得到了外界一致的好評。

3 高邊坡穩定性分析

本文將以我國南方某山區公路施工為實例，對其復雜地質下高邊坡穩定項目進行分析。案例工程為地質災害頻發地段，其高邊坡出現的主要地質災害為滑坡，工程案例區四季分明，年平均氣溫為17 ～18℃，工程案例地區產生滑坡的主要原因與其區域內的河流徑流有著直接的關系，其區域內河道相對較寬，汛期最高水位可至230m，河流對其兩岸的沖擊作用相對較為明顯，該地多為灰巖及板巖，其風化程度相對較大。主山體坡度為17°～24°，局部地區的坡度高達26°，巖層裸露相對較為明顯，堆積層分布相對不均。

3.1 有限元分析

技術人員優先對其高邊坡的穩定性進行分析與總結，并使用GeoStudio 以及PLAXIS 模型對其進行對比分析，并借助控制變量法對其參數的實際影響程度進行分析。技術人員優先選擇非均質邊坡，其邊坡高為30m，坡率為1:1，其上層土質為碎石土，下層為巖石，在對其邊坡進行簡化處理后，技術人員借助有限元計算方法，對其安全系數進行了計算，其安全系數為1.269。技術人員在對兩種模型機械能有限元計算后，其所計算出的安全系數相對較小、之后，技術人員又通過PLAXIS 模型對其土體質量、坡角、黏力、內摩擦角以及坡高要素進行綜合的分析，其對高邊坡穩定影響最大的為內摩擦角，其次為黏力、質量、邊坡角度以及邊坡高度。

3.2 有限元模式構建

技術在對其有限元模型的構建上，所選取的斷面為滑動斷面，其邊坡為巖土混合體，針對其滑坡問題，技術人員采用了抗滑樁加固治理方式，其抗滑樁參數如表1 所示。

表1 抗滑樁參數表

3.3 抗滑樁加固計算分析

技術人員在對單排抗滑樁進行設計時，可以將抗滑樁設置在左側邊界的60 ～140m 處，并借助有限元穩定性計算，對其抗滑樁的不同安全系數進行分析，其計算結果如表2 所示。

表2 抗滑樁（單排）安全參數表

由上表可知，當對其邊坡設置單排抗滑樁時，其安全參數最高為1.034，也就是抗滑樁距離其左側邊界120m 處。

當技術人員在設置雙排抗滑樁后，仍需要借助有限元穩定計算來對其安全參數進行計算。例如，在60m、120m 處設置抗滑樁，則表示技術人員會在其左側邊界60m 以及120m 處設置抗滑樁。

由表3 可知，雙排抗滑樁的安全參數要普遍高于單排抗滑樁，其雙排抗滑樁的最高安全參數為1.733，也就是抗滑樁距離左側邊界60 ～120m 處。

表3 抗滑樁（雙排）安全參數表

4 復雜地質環境下高邊坡穩定項目中抗滑樁運用分析

4.1 抗滑樁施工

（1）技術人員需要在實際的工程作業中對抗滑樁的中心位置以及十字護樁位置進行確定，并使用長度為100cm 的鋼筋對巖體進行嵌入，其嵌入深入不少于30cm，技術人員需要對其嵌入穩定性進行保證。之后便可以對其鎖口進行澆筑，其鎖口一般為鋼混結構，呈矩形，需要高出地面約40cm 左右，并在其周圍60cm 的范圍內進行混凝土硬化處理，同時做好排水，并要對其設置不低于1.2m 的安全防護欄，以此來保證其抗滑樁的安全。通常情況下，施工人員會在電葫蘆的幫助下，進行施工作業，電葫蘆需要具有自動剎車保險，同時技術人員需要定期對其使用性能進行檢測，在對其抗滑樁孔洞進行開挖之前，需要將其井字架固定在其支撐面上。

（2）施工技術人員需要使用水磨打孔機對其基坑周圍進行取樣。首先，技術人員使用水鉆對其樁基巖壁進行取樣，其鉆芯為15cm，鉆取深度為70cm。在鉆取完成后，要保證其樁體處于四面臨空的狀態下。技術人員使用水鉆在樁體中心處，沿著水平以及垂直方向，各抽取一排巖芯，從而使得樁體變成4等份，之后同發炮制，將其分成8 等份，以便于將其樣品取出。其次，使用破樁法在巖石上嵌入鋼楔，并對鋼楔進行錘擊，使其可以深入巖體內部，其巖體在外部錘擊應力的影響下，會出現拉裂，使得巖石破碎成小塊，技術人員分別對8 等份巖體進行依次破碎，以便于后續的出渣作業。再次，技術人員需要通過風鎬對巖石孔壁進行處理修復，并對其殘渣進行清理。最后，當技術人員完成施工作業后，需要對其樁孔的中心、尺寸等要素進行復刻，并對其進行詳實的記錄。如果遇到地質情況與其工程設計不符時，需要及時向上級進行反饋。

4.2 擋土板施工

當抗滑樁以及剩余錨索施工完成后，技術人員需要對其護壁混凝土進行破除，并將其抗滑樁與其擋土板之間的連接處進行整平，同時，搭建腳手架對其進行擋土板澆筑，每塊擋土板都需要預留兩個排水孔洞，其抗滑樁都會預埋連接鋼筋，同時，擋土板之間都需要借助鋼筋來進行焊接固定。技術人員還需要對抗滑樁與擋土板之間的加固模板進行全方位的考量，在對抗滑樁的護壁進行施工作業時，需要先在擋土板內側進行預埋鋼筋，之后再對其抗滑樁固定鋼筋進行連接。針對高邊坡而言，需要對其進行刷坡施工，將擋土板以及抗滑樁接觸的鎖口進行清潔，對其殘渣、石渣進行徹底的清理。其擋土板可以使用C30 混凝土來對其進行制備，C30 混凝土需要由罐車進行運輸，并采用吊車配合料斗的形式，對其進行入模澆筑，并使用振搗棒對其進行搗實。除此以外，需要對其混凝土進行養護，其頂部需要進行覆蓋保溫，其側面需要對其進行保濕養護，對其進行養護的時間不得少于一周。

技術人員在進行放坡卸載施工時，需要對其進行逐層開挖，并對其進行逐層防護，要最大限度地避免開挖土層長期暴露在空氣中，防止雨水對其進行沖刷。同時，技術人員還需要注意交叉施工作業干擾，在對其進行放坡卸載時，需要對其進行定期監測，并在監測過程中形成報告，以便于對后續的工作進行全方位的指導。

5 結語

綜上所述，在復雜地質環境下，高邊坡穩定項目是確保當前工程建設安全性的重要內容。因此，在工程建設過程中，應當充分、有效地將抗滑樁充分的應用其中，不僅可以有效地對其穩定性進行計算，同時還可以最大限度地提升工程項目的施工安全及質量。因此，有關技術人員需要在實際的高邊坡穩定項目中充分地利用好抗滑樁，以此來切實提升高邊坡穩定，從而促進當前工程建設的安全平穩發展，進而行之有效地推動我國邊坡治理工作的開展與完善。