樁板墻在黔東南州凱本滑坡治理工程中的應(yīng)用研究

李陽(yáng)春　羅炳佳

(貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院， 貴陽(yáng)　550004)

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樁板墻在黔東南州凱本滑坡治理工程中的應(yīng)用研究

李陽(yáng)春羅炳佳

(貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院， 貴陽(yáng)550004)

摘要：樁板墻作為抗滑樁演變而來的一種支擋結(jié)構(gòu)，其保留了抗滑樁在滑坡治理中的優(yōu)點(diǎn)。樁板墻設(shè)置于滑坡前緣時(shí)，可形成對(duì)坡的反壓固腳的作用。為評(píng)價(jià)樁板墻治理滑坡的效果、對(duì)滑坡穩(wěn)定性的提高程度，采用Plaxis 2D有限元分析程序，對(duì)自然狀態(tài)下、僅使用抗滑樁及樁板墻支擋3種工況下滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：經(jīng)樁板墻處理后，滑坡穩(wěn)定性有明顯提高，較自然狀態(tài)、僅使用抗滑樁情況下，分別提高了約20%、38%；樁板墻后填土對(duì)滑坡前緣形成的反壓作用，減小了滑體及滑床側(cè)向位移范圍，同時(shí)，提高了中下段滑帶土的抗滑力，減小了該區(qū)域滑帶土塑性點(diǎn)范圍。

關(guān)鍵詞：樁板墻；滑坡；Plaxis 2D；滑坡穩(wěn)定性；反壓作用

0前言

抗滑樁在20世紀(jì)60年代以前國(guó)內(nèi)外以小直徑鋼樁為主，主要利用鋼材的高強(qiáng)度特點(diǎn)提高滑面的抗剪力[1]。我國(guó)在20世紀(jì)70年代研究開發(fā)了大截面挖孔鋼筋混凝土抗滑樁，并先后成功應(yīng)用于柳枝鐵路和成昆鐵路邊坡支擋工程[2]?？够瑯兑蕾囉阱^固段地基土側(cè)向變形產(chǎn)生的抗力，以平衡下滑力，是典型的被動(dòng)受力模式，被E.D Beer[3]稱為“被動(dòng)樁”。通常情況下，抗滑樁一般設(shè)置于滑坡前緣處，以便充分利用抗滑段土體自身抗滑力，減小作用于樁體上的滑坡推力。

在抗滑樁間掛板或搭板便成為樁板墻，因而樁板墻保留了抗滑樁的諸多優(yōu)點(diǎn)，多用于路塹、路堤支擋及滑坡治理工程。當(dāng)其應(yīng)用于滑坡治理工程并設(shè)置于滑坡前緣時(shí)，一方面利用抗滑樁的受力特性，減小滑坡推力，另一方面可在樁間填土，在滑坡前緣形成反壓，起到“固腳”的作用[4]。隨著樁板墻在處治滑坡中的應(yīng)用擴(kuò)大，國(guó)外的Rowe[5-6]提出了采用錨索樁板墻的方法，推動(dòng)了樁板墻這類新型支擋結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

本文以黔東南州凱本鄉(xiāng)某小學(xué)后坡處樁板墻滑坡處治工程設(shè)計(jì)為契機(jī)，采用荷蘭Plaxis 2D有限元分析程序，對(duì)自然狀態(tài)下、僅使用抗滑樁以及使用樁板墻處治滑坡的效果進(jìn)行對(duì)比分析評(píng)價(jià)，以期掌握樁板墻、抗滑樁在處治滑坡的效果差異，以及樁板墻對(duì)滑坡穩(wěn)定性的提高程度。

1工程概況

現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，該滑坡坡體已出現(xiàn)變形跡象，局部坡體失穩(wěn)，導(dǎo)致巖土體滑塌，滑坡體處于整體欠穩(wěn)定，局部不穩(wěn)定狀態(tài)，如圖1所示。

圖1　滑坡現(xiàn)場(chǎng)照片

1.1地形地貌

滑坡區(qū)域?qū)偎樾紟r構(gòu)造侵蝕剝蝕地貌，受舞陽(yáng)河支流的切割，使本區(qū)形成中低山溝谷切割地形，最低處為河流溝谷，自然坡度一般為35～40°，局部稍陡，坡向280°。坡體兩側(cè)為季節(jié)性沖溝，坡體剖面呈多級(jí)階梯狀。坡體表面基巖出露，坡體后部埡口處分布有風(fēng)化殘積土，土厚1～3 m，植被發(fā)育較好。

1.2地層巖性

場(chǎng)地出露巖層為：

(1) 殘坡積碎石土，黃、褐黃色，主要由碎石及粉質(zhì)黏土組成，碎石粒徑4～10 cm，含量約50%，松散，分布于坡體中后部，厚約0～2 m；

(2) 寒武系杷榔組(∈1p)灰綠色薄層狀粉砂質(zhì)、粘土質(zhì)及鈣質(zhì)頁(yè)巖組合，屬軟質(zhì)巖類，巖石節(jié)理發(fā)育，抗風(fēng)化能力弱，強(qiáng)～中風(fēng)化，呈片狀、碎塊狀，風(fēng)化后呈灰～淺灰黃色粉質(zhì)粘土，工程力學(xué)性質(zhì)差，抗剪強(qiáng)度較低，分布于滑坡體前～中后部，層厚4.3～6 m。巖層產(chǎn)狀310°∠18°。

1.3滑坡特征

滑坡平面形態(tài)呈簸箕狀，坡體前緣寬，后緣稍窄?；逻吔缑黠@。前緣以坡體坡腳為界，后緣以山丘頂部(滑塌變形后形成的拉裂縫)為后邊界，兩側(cè)以微地貌中自然形成的沖溝及陡坎右邊界。前緣剪出口較明顯，后緣拉裂縫發(fā)育程度高，屬推移式滑坡。

滑坡體前緣橫寬為150 m，縱長(zhǎng)60 m，坡體平均坡度為29°，主滑方向280°?；w物質(zhì)主要為碎石土，堆積厚度不均，中上部分布厚度較大。經(jīng)過估算，滑坡體堆積物體積約為6.8×104m3。

滑體物質(zhì)組成主要為第四系殘坡積層夾強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖。滑體平均厚度約4 m，其中殘坡積碎石土厚約0～2 m，主要分布于坡體中上部，中下部滑體物質(zhì)以強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖為主，該強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖多風(fēng)化為近似土狀?；w物質(zhì)結(jié)構(gòu)較松散，透水性好，抗剪強(qiáng)度低，厚度不均，分布不均。局部滑體為滑塌變形后堆積物，其中夾強(qiáng)風(fēng)化砂巖。滑體平均厚度約4 m。

鉆探揭示，該滑坡滑動(dòng)面為強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖與中風(fēng)化頁(yè)巖之接觸面，呈折線形。上部松散堆積層透水性大于下部頁(yè)巖的滲透性，導(dǎo)致基巖接觸面土體含水量明顯增大，形成滑帶，滑帶土為碎石土和黏土。

滑床為基巖，由中風(fēng)化薄層頁(yè)巖組成，節(jié)理裂隙較發(fā)育，為軟質(zhì)巖組，局部夾薄層灰?guī)r。巖層產(chǎn)狀310∠18，走向與滑向呈交切關(guān)系。

2滑坡治理方案設(shè)計(jì)

樁板墻主要布置在滑坡體631～636 m高程一帶，根據(jù)勘察成果，滑坡下滑力水平分力為464.36 kN/m。樁長(zhǎng)h=14.0 m，其中地面以上高度3 m，嵌固段長(zhǎng)6 m，樁截面為矩形，截面尺寸為1.5 m×2.0 m(寬×高)，樁間距4.0 m，單排布置，采用人孔挖孔成樁工藝，總平面如圖2所示。擋土板高1 m，厚0.3 m，采用C30混凝土澆筑，彈性模量E=3×107kPa，剖面圖如圖3所示?；瑒?dòng)面以下地層土體(滑床)抗力系數(shù)為200 MN/m3。

圖2　樁板墻平面布置

圖3　樁板墻滑坡處治典型剖面

3樁板墻處治滑坡有限元分析

3.1樁板墻及滑坡土體參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果，滑坡土體的相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)如表1所列。

表1　滑坡土體物理力學(xué)參數(shù)

3.2有限元分析模型的建立

以圖3樁板墻滑坡治理的典型剖面為原型，采用Plaxis 2D有限元分析程序建立分析模型，有限元分析模型如圖4所示。土體采用摩爾-庫(kù)侖本構(gòu)模型，抗滑樁采用板單元模擬。

圖4　樁板墻滑坡治理有限元分析模型

3.3有限元分析工況

有限元分析中擬在自然狀態(tài)下、僅采用抗滑樁支擋以及樁板墻支擋情況下(表2)，對(duì)滑坡的穩(wěn)定性、抗滑樁水平位移以及樁前剩余下滑力等進(jìn)行對(duì)比分析。

表2　有限元分析工況

3.4有限元分析結(jié)果

3.4.1滑坡穩(wěn)定性

3種工況下得到的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)如圖5所示。

由圖5可知，自然狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)約為1.05，經(jīng)抗滑樁治理后，安全穩(wěn)定系數(shù)提升至1.26，而由樁板墻治理后，滑坡安全穩(wěn)定系數(shù)提升至1.74，較自然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)提高了約20%，較抗滑樁處治后的穩(wěn)定性系數(shù)提高了約38%。由此可見，采用樁板墻處治滑坡，能夠大幅提高滑坡穩(wěn)定性系數(shù)，取得了較好的應(yīng)用效果。

圖5　3種工況滑坡穩(wěn)定性系數(shù)

滑坡土體側(cè)向位移云圖如圖6所示。

(a)工況1(自然狀態(tài))

(b)工況2(僅抗滑樁)

(c)工況3(樁板墻)圖6　滑坡土體側(cè)向位移云圖

由圖6可知，經(jīng)樁板墻處治后，滑體側(cè)向位移范圍有所減小，并且亦減小了滑床樁前地基土側(cè)向位移范圍。反映出樁板墻利用墻后填土對(duì)滑體前緣進(jìn)行反壓，取得了良好的應(yīng)用效果。

3種工況下滑坡土體塑性點(diǎn)分布如圖7所示。

(a)工況1(自然狀態(tài))

(b)工況2(僅抗滑樁)

(c)工況3(樁板墻)圖7　滑坡土體塑性點(diǎn)分布

由圖7可知，3種工況下，滑坡土體塑性點(diǎn)均位于滑帶土，其中，在僅使用抗滑樁情況下，滑帶土體塑性點(diǎn)范圍較自然狀態(tài)下有明顯減小，主要減小區(qū)域?yàn)闃肚盎瑤烈约盎虑熬壩恢?；使用樁板墻支擋后，由于墻后填土的反壓作用，減小了滑坡中下段滑帶土的塑性點(diǎn)，即提高了中下段滑帶土的抗滑能力。

3.4.2抗滑樁側(cè)向位移

工況2及工況3樁體側(cè)向位移沿樁長(zhǎng)分布如圖8所示。為便于對(duì)比，樁長(zhǎng)截取原邊坡坡面以下部分。

圖8　樁體側(cè)向位移沿樁長(zhǎng)分布

由圖8可知，樁板墻后填土后，樁頂側(cè)向位移有一定增大，由11 mm增加至約16 mm，增長(zhǎng)幅度約25%，樁頂位移約19 mm，小于我國(guó)相關(guān)規(guī)范中對(duì)抗滑樁頂側(cè)向位移的規(guī)定，即樁頂位移不應(yīng)大于懸臂段長(zhǎng)度(3 m)的1%(約30 mm)[7]?；瑒?dòng)面以下，樁體側(cè)向位移沿樁長(zhǎng)分布形態(tài)表現(xiàn)出彈性樁的側(cè)向位移特征，滑面處樁體側(cè)向位移由僅使用抗滑樁時(shí)的7 mm增大至約11 mm，增長(zhǎng)幅度約57%，滑動(dòng)面以下樁體平均轉(zhuǎn)角分別為1.1‰ rad、1.69‰ rad。

4結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)自然狀態(tài)下、僅使用抗滑樁支擋及樁板墻支擋三種工況的有限元對(duì)比分析，得到以下結(jié)論：

(1) 經(jīng)樁板墻處治后的滑坡，其穩(wěn)定性系數(shù)較自然狀態(tài)及僅使用抗滑樁支擋情況下均有一定提高，穩(wěn)定性系數(shù)分別由1.05、1.26提高至1.74，提升幅度分別為38%、20%。

(2) 利用樁板墻對(duì)滑坡前緣形成的反壓作用，使滑體側(cè)向位移范圍有所減小，并且亦減小了滑床樁前地基土側(cè)向位移范圍。

(3) 在樁板墻后填土的反壓作用下，提高了中下段滑帶土的抗滑能力，使該區(qū)域滑帶土的塑性點(diǎn)范圍減小。

(4) 工況2(僅抗滑樁)情況時(shí)，主要是利用了抗滑樁自身截面剛度及樁前地基土抗力消弱下滑力，工況3(樁板墻)情況時(shí)，在工況2的基礎(chǔ)上增大了小主應(yīng)力，提高了滑動(dòng)面上的正應(yīng)力，對(duì)坡腳起到了反壓作用，從而大幅提高了邊坡穩(wěn)定系數(shù)。

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Sheet-pile wall application in the slope engineering

Li Yangchun, Luo Bingjia

(Geological Environmental Monitoring Institute in Guizhou Province, Guiyang 550004, China)

Abstract:Sheet-pile wall was a kind of retaining structure which evolved from anti-slide pile and retained the advantages of anti-slide pile in landslide treatment. When sheet-pile wall was set in the landslide leading edge, the back wall fills provided the back pressure and enhanced the sliding resistance of slope toe. To evaluate the effect of sheet-pile wall treatment of landslide, and improve the landslide stability, we used Plaxis 2D finite element analysis program to analyze three working conditions which included the natural state, only the anti-slide pile and sheet-pile wall, and the results showed：Under sheet-pile wall condition, landslide stability had been significantly improved and increased respectively about 66% and 38% than that in natural state and only under circumstances of anti-slide pile; The earth filled in the back of the sheet-pile wall formed the pressure against the landslide, and reduced the lateral displacement range for both sliding body and sliding bed. At the same time, the application of sheet-pile wall improved the stabilizing force in the lower section of sliding soil, and reduced the plastic point range for soil in landslide zone.

Keywords:Sheet-pile wall; land slide; Plaxis 2D; stability; reverse pressure effect

中圖分類號(hào)：TU 413.62

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡(jiǎn)介：李陽(yáng)春，男，1984年生，研究方向：地質(zhì)災(zāi)害防治。E-mail：

收稿日期：2015-08-03；2015-12-21修回