路塹高邊坡雙排抗滑樁排列方式及間距支護(hù)優(yōu)化

游桂芳

（深圳道森工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 深圳 518000）

引言

路塹邊坡支護(hù)中抗滑樁支護(hù)的應(yīng)用十分廣泛，對(duì)邊坡滑坡治理效果明顯[1-3]。隨著越來(lái)越多的高邊坡出現(xiàn)，雙排抗滑樁支護(hù)技術(shù)不斷應(yīng)用到實(shí)際工程，工程技術(shù)也在不斷成熟[4-6]。

1 工程概況

某路塹高邊坡地處丘陵地區(qū)，巖土體主要以強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)砂巖組成，坡高比為1∶1.2，邊坡斷面示意見(jiàn)圖1，模型具體巖體參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 邊坡斷面示意/m

表1 巖體參數(shù)

2 模型參數(shù)及分析工況

2.1 強(qiáng)度折減法

強(qiáng)度折減法是指對(duì)巖土體的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行不斷折減，使得邊坡剛好處于臨界破壞狀態(tài)時(shí)，此時(shí)巖土的實(shí)際抗剪強(qiáng)度與臨界破壞的抗剪強(qiáng)度之比為邊坡的安全系數(shù)[7]。通過(guò)不斷調(diào)整巖土體的黏聚力c及內(nèi)摩擦角 ，將巖土體的強(qiáng)度參數(shù)折減Ftrial倍后得到新的強(qiáng)度參數(shù)（cnext及next）代入有限元中進(jìn)行計(jì)算，反復(fù)計(jì)算直至邊坡失穩(wěn)，此時(shí)折減系數(shù)Ftrial即為邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)。

2.2 土拱效應(yīng)

樁間的土拱效應(yīng)最初是由Terzaghi在活動(dòng)門(mén)試驗(yàn)中證實(shí)并命名的，其作用原理就是滑坡推力作用在土體介質(zhì)的傳遞中，作用于抗滑樁，抗滑樁與周?chē)馏w發(fā)生相對(duì)位移造成土體的應(yīng)力重分布，作用于土拱上的壓力又傳遞給周邊土體。綜上所述，土拱效應(yīng)即土體通過(guò)發(fā)揮自身強(qiáng)度來(lái)調(diào)整土體內(nèi)部應(yīng)力分布的力學(xué)現(xiàn)象[8]。

2.3 數(shù)值模型建立

利用Midas/GTS有限元軟件對(duì)邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值分析，網(wǎng)格模型見(jiàn)圖2。

圖2 邊坡開(kāi)挖及支護(hù)模型

采取的支護(hù)方式為抗滑樁支護(hù)，同時(shí)對(duì)邊坡開(kāi)挖面進(jìn)行噴射混凝土處理，混凝土支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 支護(hù)參數(shù)

3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

3.1 雙排樁排列方式對(duì)比分析

針對(duì)雙排抗滑樁排列方式的設(shè)置分析，通過(guò)控制變量的方式固定抗滑樁的長(zhǎng)度及間距，長(zhǎng)度選為20 m，間距中列間距選為4 m，排間距選取5 m，將雙排抗滑樁排列方式設(shè)置為交叉排列及并列排列兩種方案，具體設(shè)置方式示意見(jiàn)圖3。

圖3 抗滑樁布設(shè)方案

通過(guò)數(shù)值分析導(dǎo)出不同抗滑樁排列方式設(shè)置下邊坡的塑性變形見(jiàn)圖4。

圖4 抗滑樁位置對(duì)邊坡位移影響

導(dǎo)出雙排抗滑樁不同排列方式下邊坡塑性變形最大值及邊坡安全系數(shù)，見(jiàn)表3。

表3 抗滑樁位置對(duì)邊坡安全系數(shù)影響

從表3可以看到：（1）雙排抗滑樁交叉布設(shè)下邊坡的塑性變形最大值為3.46×10-2，相比并列雙排布設(shè)下邊坡塑性變形最大值4.91×10-2減小了1.45×10-2，交叉雙排布設(shè)對(duì)控制邊坡滑坡面的變形效果更好。（2）從邊坡安全系數(shù)上看，交叉雙排布設(shè)下邊坡安全系數(shù)為1.3，并列雙排布設(shè)下安全系數(shù)只有1.24。（3）從兩個(gè)角度分析可以得到，雙排抗滑樁支護(hù)時(shí)交叉雙排布設(shè)對(duì)邊坡支護(hù)的加固效果強(qiáng)于并列雙排布設(shè)方式。

3.2 雙排樁間距優(yōu)化分析

3.2.1 列間距

針對(duì)雙排抗滑樁列間距優(yōu)化分析，通過(guò)控制變量的方式固定抗滑樁布設(shè)方式及排間距，選取交叉布設(shè)，排間距取5 m，模擬四種抗滑樁列間距工況，工況分別為3 m、4 m、5 m、6 m，見(jiàn)圖5。

圖5 抗滑樁列間距方案

通過(guò)數(shù)值分析導(dǎo)出不同抗滑樁列間距下邊坡的塑性變形以及安全系數(shù)，繪制折線圖，見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 邊坡塑性變形圖（列間距：6 m）

圖7 邊坡最大塑性變形及安全系數(shù)變化

從圖7可以看到：（1）隨著雙排抗滑樁的列間距的增大，邊坡的最大塑性變形值也不斷增大，且增大的趨勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大，邊坡安全系數(shù)在不斷減小，且減小趨勢(shì)在不斷擴(kuò)大。（2）隨著抗滑樁列間距的增大，邊坡的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)在進(jìn)一步增高。列間距從3 m增大到 4 m的過(guò)程中，邊坡最大塑性變形值從3.28×10-2增大至3.46×10-2，邊坡安全系數(shù)從1.33減小至1.30，邊坡整體穩(wěn)定性依然較好，進(jìn)一步擴(kuò)大抗滑樁列間距失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)迅速增大，因此，雙排抗滑樁列間距選4 m為最優(yōu)。

3.2.2 排間距

針對(duì)雙排抗滑樁排間距優(yōu)化分析，通過(guò)控制變量的方式固定抗滑樁布設(shè)方式及列間距，選取交叉布設(shè)，列間距取4 m，模擬四種抗滑樁排間距工況，工況分別為5.0 m、12.5 m、20.0 m、27.5 m，見(jiàn)圖8。

圖8 抗滑樁排間距方案/m

通過(guò)數(shù)值分析導(dǎo)出不同抗滑樁排間距下邊坡的塑性變形以及安全系數(shù)，繪制折線圖見(jiàn)圖9、圖10。

圖9 邊坡塑性變形圖（排間距：12.5 m）

從圖10可以看到，隨著雙排抗滑樁排間距的增大，邊坡的最大塑性變形值呈現(xiàn)先減小后增大的整體趨勢(shì)，而邊坡的安全系數(shù)則相反，為先增大后減（下小的趨勢(shì)；而且在排間距從5 m增大至20 m的過(guò)程中，邊坡最大塑性變形值的增大幅度以及邊坡安全系數(shù)的減小幅度不斷增大，而排間距再增大至27.5 m后邊坡整體穩(wěn)定性有所降低。因此，適當(dāng)增大雙排抗滑樁的排間距有利于邊坡穩(wěn)定性，但并不代表抗滑樁排間距越大越好，依據(jù)邊坡變形以及安全系數(shù)角度，雙排抗滑樁排間距選20 m最優(yōu)。

圖10 邊坡最大塑性變形及安全系數(shù)變化

4 結(jié)語(yǔ)

（1）雙排抗滑樁支護(hù)時(shí)，交叉雙排布設(shè)對(duì)邊坡支護(hù)的加固效果強(qiáng)于并列雙排布設(shè)方式。（2）隨著雙排抗滑樁的列間距增大，邊坡最大塑性變形值不斷增大，但邊坡安全系數(shù)整體變化趨勢(shì)則相反，因此，從邊坡變形及整體穩(wěn)定性角度考慮，雙排抗滑樁列間距選4 m最優(yōu)。（3）隨著雙排抗滑樁的排間距增大，邊坡最大塑性變形值呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，而邊坡的安全系數(shù)則相反。因此，適當(dāng)增大雙排抗滑樁的排間距有利于邊坡穩(wěn)定性，但并非越大越好，從邊坡變形以及整體穩(wěn)定性角度考慮，雙排抗滑樁排間距選20 m為最優(yōu)。