錨桿抗滑樁組合邊坡加固中抗滑樁參數(shù)研究

中圖分類號(hào)：U418.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）20-0110-04

Abstract：Basedonthefiniteelementmodel，theinfluenceofanti-slidepileparametersonthesafetyfactorofslope stabilityinthecombinedsupportingstructureofachoranti-slidepilesisanalyzed.Theoptimalanti-slidepileparametersare obtained： the anti-slide pile length is 19m ，and the section width and height are 3.O m and 4.O m respectively. The above research results can provide reference for similar slope management projects.

Keywords：anchor rod;anti-slide pile；slope manaement;slope stability; finite element model

邊坡滑坡坍塌是一種常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋哼吰峦临|(zhì)較為松散；邊坡坡度太大；地下有軟弱土層、流砂或地下水；邊坡支護(hù)措施不足等。當(dāng)前，錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)方案因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于邊坡加固中。學(xué)者們對(duì)此進(jìn)行了大量的研究論證工作。姜紅斌得出邊坡的位移主要發(fā)生于弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，實(shí)施錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)措施后，邊坡位移控制在工程允許的范圍內(nèi)，治理后的邊坡安全系數(shù)達(dá)到了工程要求。李綿祿分析了抗滑樁 + 錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)形式對(duì)邊坡進(jìn)行處理的加固方案，結(jié)果表明：錨桿、錨索-抗滑樁組合加固能夠有效減少邊坡滑移。張濤等通過(guò)對(duì)錨桿抗滑樁與普通抗滑樁加固黃土滑坡進(jìn)行對(duì)比，得出“在邊坡加固上，錨桿抗滑樁相對(duì)于普通抗滑樁的樁身彎矩與土體抗力分布更加均勻\"的結(jié)論。

以上關(guān)于錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)加固邊坡的方式研究，利用了不同的研究方式和策略，分別從不同的角度切入，得出的研究結(jié)論具有相對(duì)普遍性。本文通過(guò)我國(guó)南方某城市的某邊坡治理工程實(shí)例，利用有限元模型，主要對(duì)錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)中抗滑樁參數(shù)進(jìn)行研究分析，以期對(duì)相關(guān)工程施工提供一些參考。

1 工程概況

該邊坡位于我國(guó)南方某城市，當(dāng)?shù)貧夂驕睾停涤炅枯^為充沛。邊坡主要結(jié)構(gòu)為風(fēng)化土、強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖和中風(fēng)化頁(yè)巖。各巖層最大厚度為風(fēng)化土 8.1m 強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖 24.4m 、中風(fēng)化頁(yè)巖 20.6m 。邊坡巖土層和支護(hù)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)分別見(jiàn)表1、表2。

根據(jù)邊坡實(shí)勘數(shù)據(jù)，決定使用錨桿抗滑樁組合加固邊坡。錨桿成孔方式為帶螺旋鉆桿的回旋鉆機(jī)成孔，錨桿水平間距為 3m ，豎向間距為 3m ，錨桿長(zhǎng)度14m ，錨桿傾角為 25^° ，錨筋直徑 25mm 。抗滑樁采用C30混凝土澆筑，鋼筋強(qiáng)度為HRB400。以抗滑樁截面的寬度、高度和樁長(zhǎng)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行分組研究，具體分組見(jiàn)表3。其中A組為分析抗滑樁截面寬度影響，B組分析抗滑樁截面高度影響，C組分析抗滑樁樁長(zhǎng)影響。

2 有限元模型

圖1為采用有限元軟件邁達(dá)斯GTS建立的邊坡模型。模型左、右高為 53.1m，23.4m ，長(zhǎng)為 68.2m_? 網(wǎng)格劃分基本尺寸上風(fēng)化土與強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖為 1.5m 、中風(fēng)化頁(yè)巖為 3m 各種材料的網(wǎng)格接觸處共用有限元節(jié)點(diǎn)。在設(shè)置分析工況前，對(duì)模型施加重力荷載與邊界約束4。對(duì)比分析天然工況與表4一表9中不同分組錨桿抗滑樁組合支護(hù)工況。

3數(shù)值模擬結(jié)果分析

3.1 天然工況下邊坡穩(wěn)定性分析

圖2是在天然工況下邊坡等效塑性應(yīng)變。如圖2所示，邊坡在天然狀態(tài)下等效塑性應(yīng)變較為明顯，且主要分布在風(fēng)化土與強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖的分界處上下一定寬度的區(qū)間內(nèi)，距離坡腳和交界線越近，等效塑性應(yīng)變愈發(fā)明顯。考慮到天然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.04，不符合規(guī)定的安全需求，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)圖3天然工況下邊坡位移云圖可以看出，邊坡坡面風(fēng)化土區(qū)域發(fā)生比較明顯的位移，且最大位移區(qū)域在邊坡坡腳附近位置，最大位移長(zhǎng)度已經(jīng)達(dá)到30.5mm ，超出了規(guī)范要求的 20mm 上限，需要采取支護(hù)措施加以穩(wěn)固，預(yù)防坍塌滑坡風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 抗滑樁截面寬度影響的分析

由表4可知，當(dāng)抗滑樁截面寬度從2.0、2.5、3.0和 3.5m 逐漸增大時(shí)，抗滑樁樁頂位移、錨桿最大軸力隨截面寬度增大而逐漸減小，樁身最大彎矩、最大剪力則隨截面寬度增大而逐漸增大。這是由于在力的相互作用下，增大抗滑樁截面寬度能夠使其承擔(dān)更多邊坡向下滑坡的推力，自身內(nèi)部壓力增大而增強(qiáng)抵御邊坡滑坡的能力，穩(wěn)定性得到提高。抗滑樁受力增加后，上方錨桿承受的壓力變小，錨桿的最大軸力也隨之變小。

由表5可知，采取錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)加固邊坡后，隨著抗滑樁截面寬度增加，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)不斷增大，當(dāng)截面寬度為 2.0m 時(shí)，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.33，相較于天然工況下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.04提升了

27.88% ；截面高度從 2.0m 提升到 3.5m ，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)從1.33提升至1.42，提升了 6.77% 。采取錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)加固邊坡后，隨著抗滑樁截面寬度增加，邊坡的最大位移隨著減小，截面高度從 2.0m 提升到 3.5m ，最大位移從 13mm 減小到 7mm ，減少了 46.15% 。增大抗滑樁截面寬度能有效提高抗滑樁穩(wěn)定性。

3.3 抗滑樁截面高度影響的分析

由表6可知，當(dāng)截面高度從3.0、3.5、4.0和 4.5m 逐漸增大時(shí)，抗滑樁的樁頂位移、錨桿最大軸力隨截面增大而逐漸減小，樁身最大彎矩、最大剪力則隨截面高度增大而逐漸增大。這是由于增加抗滑樁截面高度與增加抗滑樁截面寬度的受力原理一致，都是使抗滑樁自身抵御邊坡滑坡的能力增強(qiáng)，從而抗滑樁承擔(dān)了更大的邊坡滑坡推力，上方錨桿承受的壓力變小，因此錨桿的最大軸力變小。但從樁頂位移、樁身最大彎矩、樁身最大剪力和錨桿最大軸力的數(shù)據(jù)變化幅度來(lái)看，抗滑樁截面高度較截面寬度帶來(lái)的影響更為明顯。

由表7可知，采取錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)加固邊坡后，隨著抗滑樁截面高度增加，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)不斷增大，當(dāng)截面高度為 3.0m 時(shí)，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.33，相較于天然工況下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.04提升了27.88% ;截面高度從 3.0m 提升到 4.5m ，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)從1.33提升至1.45，提升了 9.02% 。采取錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)加固邊坡后，隨著抗滑樁截面高度增加，邊坡的最大位移隨著減小，截面高度從 3.0m 提升到 4.5m ，最大位移從 12mm 減小到 5mm ，減少了 58.33% 。增大抗滑樁截面高度能有效提高抗滑樁穩(wěn)定性。

3.4抗滑樁樁長(zhǎng)影響的分析

由表8可知，整體來(lái)看，當(dāng)抗滑樁樁長(zhǎng)從15、17、19到 21m 逐漸增長(zhǎng)時(shí)，樁頂位移、錨桿最大軸力隨樁長(zhǎng)增加而逐漸減小，樁身最大彎矩、最大剪力隨樁長(zhǎng)增加而逐漸增大。從抗滑樁樁長(zhǎng)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響程度來(lái)看，當(dāng)抗滑樁的樁長(zhǎng)大于 19m 后，其對(duì)樁頂最大位移、樁身最大彎矩、樁身最大剪力和錨桿最大軸力的影響程度逐漸放緩。由此可以看出，在此案例中抗滑樁的長(zhǎng)度變化對(duì)加固邊坡上存在一個(gè)樁長(zhǎng) 19m 的臨界值，當(dāng)在臨界值以內(nèi)時(shí)，樁長(zhǎng)的增加對(duì)邊坡提升邊坡穩(wěn)定有良好的積極作用。但當(dāng)超過(guò)樁長(zhǎng)臨界值后，樁長(zhǎng)增加對(duì)提升邊坡穩(wěn)定性影響不大，此后若再增加樁長(zhǎng)則沒(méi)有意義。

由表9可知，采取錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)加固邊坡后，隨著抗滑樁樁長(zhǎng)的增加，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)不斷增大。當(dāng)樁長(zhǎng)為 15m 時(shí)，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.31，相較于天然工況下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.04提升了25.96% ;樁長(zhǎng)從 15m 提升到 21m ，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)從1.31提升至1.45，提升了 10.68% 。采取錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)加固邊坡后，隨著抗滑樁樁長(zhǎng)增加，邊坡的最大位移隨著減小，樁長(zhǎng)從 15m 提升到 21m ，最大位移從 14mm 減小到 6mm ，減少了 57.14% 。增大抗滑樁樁長(zhǎng)能有效提高抗滑樁穩(wěn)定性。但增加樁長(zhǎng)帶來(lái)的邊坡穩(wěn)定作用存在遞減規(guī)律，當(dāng)樁長(zhǎng)超過(guò) 19m 的臨界值后，提升樁長(zhǎng)帶來(lái)的邊坡穩(wěn)定效果并不明顯。

4結(jié)論

本文利用建立有限元有限元模型，以某一主要結(jié)構(gòu)為風(fēng)化土、強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖和中風(fēng)化頁(yè)巖的邊坡為實(shí)例，對(duì)邊坡加固措施中的錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)方案進(jìn)行分析研究，得出如下結(jié)論。

1）錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)方案對(duì)加固邊坡、預(yù)防滑坡有著良好的效果。采用此方案加固邊坡后，邊坡位移得到明顯控制，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的提升較天然工況下基本能夠達(dá)到 25% 以上，最大位移減少了 50% 以上。

2）錨桿抗滑樁聯(lián)合支護(hù)中，抗滑樁的截面寬度、截面高度和樁長(zhǎng)的增加對(duì)提升邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)均有明顯的效果。但是相比之下，截面高度的增加對(duì)提升邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)較截面寬度增加的影響更大，而抗滑樁樁長(zhǎng)增加對(duì)提升邊坡穩(wěn)定性的影響程度在超過(guò)某個(gè)臨界值后逐漸減弱，因此在超過(guò)臨界值后再增加樁長(zhǎng)則對(duì)穩(wěn)定安全系數(shù)的提升效果不明顯，反而會(huì)增加施工成本。

3）結(jié)合本工程的實(shí)際情況和造價(jià)經(jīng)濟(jì)性方面考慮，本工程最優(yōu)抗滑樁樁長(zhǎng)為 19m ，截面寬度和高度分別為 3.0，4.0m 。

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