城市建筑邊坡抗滑樁支護(hù)效果分析

李棟

摘 要：本篇文章采用了有限元強(qiáng)度折減法，對(duì)某城市建筑邊坡不同工況條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算并分析。計(jì)算結(jié)果表明：針對(duì)本工程的邊坡，采用抗滑樁加固設(shè)計(jì)能較好地滿足安全性與經(jīng)濟(jì)性的要求。

關(guān)鍵詞：城市建筑；邊坡抗滑；支護(hù)效果

1 引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，建筑邊坡在山地城市建設(shè)中日益增多，而且規(guī)模越來越大，支持維護(hù)難度也隨之增高。中國因建筑邊坡失穩(wěn)造成的災(zāi)害事故屢見不鮮。而抗滑樁作為治理滑坡的有效工程措施，在世界各國滑坡治理中均占有重要的地位。迄今為止，它是在治理滑坡技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

天然存在的土質(zhì)邊坡一旦失穩(wěn)，將引起嚴(yán)重的后果。由于工程活動(dòng)中出現(xiàn)的填土新邊坡，發(fā)生事故的幾率更高，其危害更大。崩塌、塌方、滑坡及泥石流等，都是因?yàn)檫吰绿幚聿划?dāng)或邊坡自然失穩(wěn)而造成的地質(zhì)災(zāi)害，常常摧毀村鎮(zhèn)和大批農(nóng)田，并阻塞水道和陸路交通，歷史上這樣的案例不勝枚舉。

在工程設(shè)計(jì)中，邊坡是否安全合理，必須通過邊坡的穩(wěn)定性分析來進(jìn)行檢驗(yàn)。目前分析邊坡穩(wěn)定性的方法較多，但大多數(shù)理論都是基于極限平衡原理，認(rèn)為邊坡之所以失穩(wěn)，是由于坡體在自重應(yīng)力的作用下，達(dá)到了極限平衡狀態(tài)。當(dāng)邊坡達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，坡體內(nèi)某一點(diǎn)的剪應(yīng)力將與土體的抗剪強(qiáng)度相平衡，這一點(diǎn)稱之為極限平衡點(diǎn)。當(dāng)所有的極限平衡點(diǎn)，連通成—個(gè)面時(shí)，則形成一個(gè)連續(xù)的滑動(dòng)面，邊坡便出現(xiàn)穩(wěn)定極限破壞。邊坡出現(xiàn)穩(wěn)定性破壞后，其滑動(dòng)面可通過地質(zhì)勘探手段來確定滑動(dòng)面的形態(tài)。進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，通常假定邊坡的縱向尺寸遠(yuǎn)大于橫向尺寸，所以可按平面問題來考慮坡體的受力條件。在進(jìn)行具體分析時(shí)，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)穩(wěn)定性玻壞的邊坡，可按勘探確定的滑動(dòng)面，逐點(diǎn)進(jìn)行抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算。對(duì)于目前還屬于穩(wěn)定的邊坡，為驗(yàn)算其安全度，或驗(yàn)算其在工程活動(dòng)后的穩(wěn)定狀態(tài)，-般是先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假定一個(gè)可能的滑動(dòng)面進(jìn)行驗(yàn)算?，F(xiàn)行的邊坡驗(yàn)算，常假定滑動(dòng)面為平面、圓柱面、對(duì)數(shù)螺旋曲面及折面等多種形式。邊坡的穩(wěn)定性分析是—個(gè)比較復(fù)雜的問題，目前還沒有一個(gè)萬能的分析計(jì)算模式可用分析計(jì)算各種邊坡的穩(wěn)定性，因此只能在一定的理論指導(dǎo)下，對(duì)邊坡的現(xiàn)狀進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)查研究和認(rèn)真的分析，結(jié)合已有的經(jīng)驗(yàn)，確定計(jì)算模型，選擇切合現(xiàn)場實(shí)際的理論，測試出切合實(shí)際的參數(shù)，從而進(jìn)行分析十算。對(duì)邊坡的穩(wěn)定性分析，精心測試有關(guān)分析計(jì)算參數(shù)是至關(guān)重要的。因?yàn)閰?shù)在分析計(jì)算中是一組比較敏感的數(shù)據(jù)，例如土的內(nèi)摩擦角和粘聚力，這些參數(shù)略有變動(dòng)，便會(huì)較大地影響邊坡的安全度和可靠度的計(jì)算結(jié)果。如果參數(shù)選擇不正確，再嚴(yán)密的理論也是枉然。邊坡的計(jì)算參數(shù)必須進(jìn)行現(xiàn)場原位測試，且必須直接在滑動(dòng)面上進(jìn)行，才不至于出現(xiàn)較大的誤差。現(xiàn)場測試裝置和試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)，必須符合所選用的計(jì)算理論，不然將引起很大的偏差。

3 抗滑樁的破壞形式及加固方法

抗滑樁一般應(yīng)當(dāng)設(shè)置在滑坡前緣抗滑段滑體較薄處，以便充分利用抗滑段的抗滑力，減小作用在樁上的滑坡推力，減小樁的截面和埋深，減少工程造價(jià)，并應(yīng)垂直滑坡的主滑方向成排布設(shè)。而對(duì)于大型滑坡，當(dāng)水平排樁的抗滑力不足以平衡滑坡推力時(shí)，可布設(shè)兩排或三排樁。只有在少數(shù)情況下因治理滑坡的特殊需要才把樁布設(shè)在主滑段或牽引段。

抗滑樁的破壞形式有以下幾種：

（1） 抗滑樁的間距過大、滑體含水量高呈流塑狀態(tài)，滑體土從樁間流出：

（2） 抗滑樁的抗剪能力不足，樁身在滑動(dòng)面處被剪斷；

（3） 抗滑樁的抗彎能力不足，在最大彎距處被拉斷：

（4） 抗滑樁的埋深不足，錨固力不夠，樁被推倒：

（5） 抗滑樁樁前滑面以下巖土軟弱抗力不足產(chǎn)生較大塑性變形，使樁的變形過大而超過允許范圍：

（6） 抗滑樁高出滑面的高度不足或樁位選擇不合理。

關(guān)于流塑狀粘性土滑體從兩樁聞流出的問題，有的學(xué)者曾提出用樁側(cè)壁與土的摩擦阻力和土體的抗剪強(qiáng)度比較以確定樁間距大小。我們認(rèn)為對(duì)這類滑坡首先應(yīng)考慮采用排水措施（如支撐盲溝） 消除滑體提高其抗剪強(qiáng)度，然后再設(shè)樁支檔，兩者同時(shí)應(yīng)用較好。對(duì)—般滑坡，樁間距取決于兩樁間土體能形成的破壞拱的大小，其主要作用力是滑坡推力，而不是重力。拱的大小取決于樁間巖土體的強(qiáng)度。實(shí)用上取樁中一中間距為樁徑的2倍～5倍，小直徑的鉆孔樁間距取2m～3m，土質(zhì)滑坡中的挖孔樁間距取5m～6m，較完整的巖質(zhì)滑坡可以取7m～8m。當(dāng)然樁間距的大，J 、還與單樁承受的推力大小有關(guān)。有時(shí)因單樁受的滑坡推力過大，也可適當(dāng)縮小樁間距。當(dāng)樁間距過小時(shí)，樁的計(jì)算寬度和樁前滑床的抗力將受到限制。只要滑坡推力計(jì)算接近滑坡的實(shí)際情況，并預(yù)測到滑坡可能擴(kuò)大的范圍、多層滑面滑動(dòng)的可能，留有一定的安全儲(chǔ)備，樁被剪斷和受彎而拉斷的情況是較少發(fā)生的。但樁的埋深不足和樁前滑床抗力不足而引起樁體頃斜過大甚至傾倒的情況曾發(fā)生多次，因此設(shè)樁之前對(duì)樁錨固段地基詳細(xì)勘察和評(píng)價(jià)是十分重要的。

因抗滑樁的高度不足使滑坡從樁頂滑出的事故時(shí)有發(fā)生，所以在支檔工程中，不論是抗滑擋土墻、抗滑樁，還是抗滑反壓土堤，支檔工程的高度都不能任，意{段定，而必須通過“越頂檢算”，即滑坡因前部增加支檔而從支檔工程頂部滑出的可能檢算，而目前工程設(shè)計(jì)中，常常遺漏此項(xiàng)工作。它實(shí)際上是形成了新的滑面.最好的辦法是采用有限元強(qiáng)度折減法自動(dòng)尋找新滑面。只有當(dāng)新滑面的穩(wěn)定系數(shù)大于或等于設(shè)計(jì)安全系數(shù)時(shí)，才表明樁高是滿足要求的。否則應(yīng)調(diào)整樁頂高程。當(dāng)樁頂已位于地面時(shí)，應(yīng)調(diào)整樁位。

4 抗滑樁加固中的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 滑坡推力及分布圉式

滑坡推力是作用在抗滑樁土的主要外力，其大小通i 攤力來計(jì)算決定。國內(nèi)采用的傳遞系數(shù)法，其作用方向平行于樁以上的一段滑動(dòng)面；其分布圖式一般是從滑動(dòng)面到樁頂范圍按矩形分布，規(guī)范也做這樣的規(guī)定，這是比較安全的。但實(shí)際上不同類型的滑坡體巖土和結(jié)構(gòu)，推力分布不一定都是矩形，國內(nèi)外曾有三角形、拋物線型和梯形分布的討論，但由于實(shí)測資料太少，還未形成統(tǒng)一的意見，目前設(shè)計(jì)上以采用矩形分布較合適。

4.2 樁前抗力大小和分布

所謂“樁前抗力”是指樁前滑體對(duì)樁的作用力。由于滑動(dòng)面的存在，樁前滑體難以形成連續(xù)的彈性抗力，一般采用剩余抗滑力（樁在抗滑段時(shí)） 和被動(dòng)土壓力二者中的較值，當(dāng)用剩余抗滑力時(shí)其分布圖式為矩形，當(dāng)用被動(dòng)土壓力時(shí)為三角形。當(dāng)樁前滑體有可能滑走時(shí)則不能考慮樁前抗力。

4.3 抗滑樁是將滑動(dòng)面

以下錨固段作彈性地基梁計(jì)算的，將滑動(dòng)面以上的作用力轉(zhuǎn)移到滑動(dòng)面上。所以，地基的彈性抗力系數(shù)K 或其隨深度變化的比例系數(shù)M ，以及樁側(cè)地基的側(cè)向承載能力的選取都是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。由于實(shí)測資料有限，目前還主要是參照橋梁和隧道設(shè)計(jì)手冊(cè)中的一些參數(shù)選用。

5 結(jié)束語

開展城市建筑邊坡抗滑樁支護(hù)效果分析，首先應(yīng)當(dāng)明確邊坡穩(wěn)定性，進(jìn)而采用適當(dāng)?shù)目够瑯兜钠茐男问郊凹庸谭椒?，?shí)現(xiàn)抗滑樁加固中的關(guān)鍵技術(shù)的有效應(yīng)用。建筑邊坡在山地城市建設(shè)中日益增多，而且規(guī)模越來越大，支持維護(hù)難度也隨之增高，實(shí)現(xiàn)城市建筑邊坡抗滑樁支護(hù)效果的有效提升，對(duì)于城市的整體發(fā)展具有不可忽視的重要性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭穎人，趙尚毅，鄧楚鍵，劉明維，唐曉松，張黎明.有限元極限分析法發(fā)展及其在巖土工程中的應(yīng)用[J].中國工程科學(xué)，2016（12）.

[2] 鄭穎人，雷文杰，趙尚毅，鄧衛(wèi)東.抗滑樁設(shè)計(jì)中的兩個(gè)問題[J].公路交通科技，2015（S1）.

[3] 鄭穎人，趙尚毅，宋雅坤.有限元強(qiáng)度折減法研究進(jìn)展[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（3）.