豎向受荷樁與支護(hù)后的順層巖質(zhì)邊坡共同作用研究

蕭詩禮，袁千城，朱愛軍，陳權(quán)川，田浩帆

(1.貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.開陽縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，貴州 貴陽 550300；3.貴陽建筑勘察設(shè)計(jì)有限公司，貴州 貴陽 550009；4.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

坡地是山區(qū)地形的一大特征[1]，充分利用坡地不僅能有效解決用地緊張問題，而且空間感十足的建筑群還能在一定程度上增加城市的美感，符合我國長期可持續(xù)發(fā)展的需要[2]，因此人們經(jīng)常會在靠近邊坡坡頂修建建筑物，然后把部分樁基建于靠近邊坡坡頂?shù)钠麦w中[3]。但隨著建筑邊坡樁基數(shù)量的增加及規(guī)模的擴(kuò)大，工程問題頻繁出現(xiàn)，處理不當(dāng)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至威脅人身安全、引起毀滅性的災(zāi)難。因此一些相關(guān)規(guī)范對建于邊坡上的建筑樁基進(jìn)行了約束[4]，即樁基穿過邊坡影響范圍內(nèi)的巖體時(shí)[5]，往往要求在潛在滑動范圍內(nèi)采用樁與巖體的隔離措施，該措施只是基于定性的認(rèn)識來避免樁對邊坡的不利影響，而對臨近邊坡的樁基礎(chǔ)在坡體內(nèi)的豎向荷載傳遞規(guī)律的具體研究則很少。因此，研究臨坡建筑樁基的荷載傳遞規(guī)律成為工程中迫切需要解決的問題，本文從研究建筑樁基與順層巖質(zhì)邊坡[6]的共同作用出發(fā)，用FLAC3D分析了臨坡建筑樁基的荷載傳遞規(guī)律[7-8]，對解決相關(guān)工程問題有一定的意義，也對后續(xù)相關(guān)研究有一定的參考價(jià)值。

1 研究方法

選取加固后的穩(wěn)定邊坡[9]，分別在距坡頂不同水平距離的3個(gè)位置修建建筑樁基，圖1為沿坡面中線切片圖，位于邊坡中的樁基樁長為16m，樁徑為1m，樁間距為7m。規(guī)定樁基從右到左依次編號為Z1、Z2、Z3。Z1距坡頂?shù)乃骄嚯x為1.5m。在FLAC3D中分別對Z1、Z2和Z3樁頂逐級施加量級為0、2000、4000、6000kN的豎向荷載，研究建筑樁基豎向荷載增加對支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的變化規(guī)律。

圖1 樁基布置圖

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)對樁基荷載增加的響應(yīng)情況

為了研究樁基豎向荷載增加時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的響應(yīng)情況，選取Z1計(jì)算結(jié)果對錨索軸力和格構(gòu)梁所受剪力的大小展開分析，如圖2—3所示。

從圖2可以明顯看出，錨索錨固段和自由段軸力大小差異較大，自由段軸力明顯大于錨固段軸力，4排錨索從上往下軸力呈遞增趨勢，說明第3、4排錨索受力較大，與邊坡作用明顯，隨著荷載的增加，錨索軸力隨之增大。

圖2 錨索軸力云圖

從圖3可以看出，格構(gòu)梁在坡腳往上第1個(gè)層面附近所受剪力最大，說明該位置邊坡對格構(gòu)梁的剪切作用明顯，而在坡頂附近剪力很小，隨著樁頂荷載的增加，格構(gòu)梁所受剪力也隨之增大。

圖3 格構(gòu)梁剪力云圖

3 不同位置樁基豎向荷載增加對錨索軸力的影響

錨索軸力的變化能較為直觀地反映出樁基與邊坡的相互作用。為了研究不同位置樁基豎向荷載增加對錨索軸力的影響，從4排錨索中分別選取1根錨索觀察其軸力大小隨荷載增加的變化情況，繪制錨索軸力變化曲線如圖4—6所示，并得出荷載從0kN增加到6000kN時(shí)各錨索自由段軸力的增長率，見表1—3。結(jié)合計(jì)算所得圖表進(jìn)行分析。

(1)Z1計(jì)算結(jié)果分析

從圖4和表1可以看出，4排錨索軸力均隨Z1豎向荷載的增加而增加，第3、4排錨索增加較為明顯，同一荷載條件下，錨索距離坡腳越近，軸力越大。樁基荷載從0kN增加到6000kN時(shí)，第1、2排錨索自由段軸力增長率較低，分別為18.7%和18.2%，而第3、4排增長率相對較高，分別為19.9%和19.3%，說明坡體下部與錨索作用相對顯著。

圖4 錨索軸力變化曲線(Z1)

表1 錨索自由段軸力增長率(Z1)

(2)Z2計(jì)算結(jié)果分析

從圖5和表2可以看出，4排錨索軸力均隨Z2豎向荷載的增加而增加，第2、3、4排錨索增加較為明顯，同一荷載條件下，錨索距離坡腳越近，軸力越大，樁基荷載從0增加到6000kN時(shí)，第1排錨索自由段軸力增長率較低為17.7%，而第2、3、4排增長率較高且都超過了25%，說明坡體中下部與錨索作用顯著。

圖5 錨索軸力變化曲線(Z2)

表2 錨索自由段軸力增長率(Z2)

(3)Z3計(jì)算結(jié)果分析

從圖6和表3可以看出，4排錨索軸力均隨Z3豎向荷載的增加而增加，第3、4排錨索增加較為明顯，同一荷載條件下，錨索距離坡腳越近，軸力越大，樁基荷載從0kN增加到6000kN時(shí)，4排錨索自由段軸力增長率均較低，均未超過18%，說明坡體與錨索作用較小。

圖6 錨索軸力變化曲線(Z3)

表3 錨索自由段軸力增長率(Z3)

4 結(jié)論

(1)相同荷載條件下，錨索距離坡腳越近，軸力越大；荷載為零時(shí)，錨索的軸力不受樁基位置的影響，隨著荷載的增加，不同位置樁基對錨索軸力的影響存在較大差異。

(2)樁基距離邊坡坡頂越近，樁頂荷載的增加對錨索軸力的影響越大。

(3)當(dāng)豎向受荷樁穿越潛在滑面而不采取隔離措施時(shí)，樁基豎向荷載過大可能會引起支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。