某丘陵地貌場(chǎng)區(qū)抗滑樁加固邊坡影響因素研究

張 荇

（黔西南公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司,貴州 興義 562400）

0 引言

抗滑樁具有安全系數(shù)高、加固效果好、邊坡擾動(dòng)小、布樁靈活等優(yōu)勢(shì)，在邊坡加固施工中得到了大規(guī)模應(yīng)用。但因設(shè)計(jì)缺陷，通常存在邊坡加固不理想的情況[1-2]。為此，該文結(jié)合某公路工程實(shí)踐，對(duì)丘陵地貌場(chǎng)區(qū)抗滑樁加固邊坡影響因素進(jìn)行研究，對(duì)提升抗滑樁加固效果、增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性具有重要作用。

1 工程概況

某公路項(xiàng)目地處丘陵地帶，地勢(shì)崎嶇不平，落差較大，地面坡度達(dá)30°～50°，邊坡安全等級(jí)較高，為一級(jí)邊坡。地勘資料顯示，該區(qū)域地震烈度為6 度，無(wú)須對(duì)地震狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定性實(shí)施校核，可忽略斷裂構(gòu)造影響。公路施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)狀況復(fù)雜，自上而下依次為雜填土層、沖洪積層、殘積層和泥盤系基巖層。道路施工涉及土層如表1 所示。

表1 巖土層分布及材料參數(shù)

2 邊坡穩(wěn)定性分析

該工程邊坡穩(wěn)定性分析采用不平衡推力法。首先假設(shè)邊坡達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)形成滑動(dòng)面，并以此面為界限，將邊坡劃分為不同區(qū)塊，在對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析時(shí)，僅考慮每塊靜力作用，忽略力矩平衡，據(jù)此針對(duì)各區(qū)塊建立極限平衡方程，并采用迭代計(jì)算方式獲得邊坡安全系數(shù)[3-4]。該工程邊坡滑動(dòng)面較多，通過不平衡推力法得出每一滑動(dòng)面安全系數(shù)，其值均低于1.35，其中最小值為0.98，邊坡極易失穩(wěn)，亟須采取加固措施。

3 抗滑樁加固邊坡影響因素

3.1 抗滑樁加固原理

抗滑樁適用范圍較廣，可用于淺層及深層滑坡加固處理，效果顯著[5]。其加固原理是通過樁體貫穿滑坡體深入持力層，依托持力層嵌固作用抵擋滑坡體滑動(dòng)力，提高邊坡穩(wěn)定性。位于滑動(dòng)面上方的抗滑樁受樁后滑坡推力及樁前滑坡體抗力的共同作用，當(dāng)二者相互抵消后剩余豎向力直接沿樁身傳遞至持力層中，利用抗滑樁摩阻力消除豎向下滑力，從而有效提升滑移面安全系數(shù)，如圖1。

圖1 抗滑樁受力示意圖

該公路工程邊坡安全系數(shù)低于1.35，穩(wěn)定性較差，極易產(chǎn)生滑移風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)綜合研究決定采用矩形抗滑樁實(shí)施加固處理，以有效提升邊坡安全系數(shù)。為獲得最佳加固設(shè)計(jì)方案，保證邊坡加固效果，運(yùn)用單因素分析法，分別以抗滑樁長(zhǎng)度、間距、截面尺寸及布設(shè)位置為分析因素，通過具體運(yùn)算得出各因素對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響[6-7]。

3.2 抗滑樁長(zhǎng)度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響

結(jié)合抗滑樁加固原理，樁體應(yīng)貫穿滑坡體并進(jìn)入持力層一定深度，以有效確保嵌固端錨固力滿足抗滑要求。因此，樁體長(zhǎng)度直接決定樁端錨固深度，對(duì)邊坡穩(wěn)定具有關(guān)鍵作用[8]。為進(jìn)一步探究樁長(zhǎng)與邊坡安全系數(shù)之間的關(guān)系，在保證樁體布設(shè)位置、間距d=4 m、截面尺寸2 m×2 m 相同的條件下，依次采取樁長(zhǎng)為6.0 m、7.0 m、7.5 m、8.0 m、8.5 m、9.0 m、10.0 m 進(jìn)行計(jì)算分析，求出各種樁長(zhǎng)條件下邊坡安全系數(shù)，具體結(jié)果如圖2 所示。

圖2 抗滑樁長(zhǎng)度與邊坡安全系數(shù)的關(guān)系

通過圖2 能夠看出：①邊坡安全系數(shù)隨樁長(zhǎng)增加而增大，當(dāng)其超出穩(wěn)定安全系數(shù)Fst=1.35 后，其增幅顯著降低；②當(dāng)樁長(zhǎng)L=6 m 時(shí)，F(xiàn)s=0.99 ＜1.35，邊坡穩(wěn)定性較差，主要是由于樁體長(zhǎng)度不足，無(wú)法深入滑移面，難以提供有效的抗滑力；③樁長(zhǎng)L=8.5 m 時(shí)，F(xiàn)s=1.39 ＞1.35，此時(shí)邊坡穩(wěn)定性較高，其根本原因在于抗滑樁長(zhǎng)度增加，嵌固端穿透滑坡體深入持力層，具有足夠的錨固力，顯著提高邊坡安全系數(shù)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；④當(dāng)樁長(zhǎng)L ＞8.5 m 時(shí)，隨著樁長(zhǎng)的不斷增加，其邊坡安全系數(shù)變化較小。充分表明：增加樁長(zhǎng)能顯著提升邊坡穩(wěn)定性，但當(dāng)樁體嵌固深度大于有效錨固長(zhǎng)度時(shí)，隨著樁長(zhǎng)的增大，邊坡安全系數(shù)基本不再增加。

3.3 樁間距對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響

合適的樁間距能有效增強(qiáng)樁間土體抗剪強(qiáng)度，增強(qiáng)邊坡安全系數(shù)。為探究樁間距對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響，在保證樁體布設(shè)位置、截面尺寸2 m×2 m 相同的條件下，依次采取樁間距為4 m、5 m、6 m、7 m、8 m、9 m、10 m 進(jìn)行計(jì)算分析，求出各種間距條件下邊坡安全系數(shù)，具體結(jié)果如圖3 所示。

圖3 抗滑樁間距與邊坡安全系數(shù)的關(guān)系

通過圖3 能夠看出：①抗滑樁布設(shè)間距越大，邊坡安全系數(shù)越??；②樁間距d=4 m 時(shí)，F(xiàn)s=1.38 ＞1.35，邊坡穩(wěn)定性較高，主要是因?yàn)殚g距小，可形成土拱，增大土體抗剪強(qiáng)度，約束樁間土體滑移；③樁間距d=8 m 時(shí)，F(xiàn)s=1.21 ＜1.35，此時(shí)邊坡穩(wěn)定性較差，其根本原因在于樁間距變大，樁間土抗剪強(qiáng)度顯著降低，無(wú)法抵抗上部推力作用，從而使樁間土由兩樁之間滑出，造成樁間土拱失效，使抗滑樁喪失抵擋功能，顯著降低邊坡安全系數(shù)[9]。由此可見，樁間距與樁間土強(qiáng)度對(duì)邊坡安全系數(shù)具有重要影響，因此邊坡加固方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)邊坡具體狀況及土性科學(xué)確定樁間距，以有效利用樁間土拱效應(yīng)，提高邊坡安全系數(shù)。

3.4 截面尺寸對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響

抗滑樁截面尺寸直接決定其抗滑性能，對(duì)邊坡穩(wěn)定性具有重要影響。因此，為研究二者之間的關(guān)系，在保證樁體位置、長(zhǎng)度及截面寬度lx=2 m 相同的條件下，依次采取截面長(zhǎng)度ly=2.2 m、2.4 m、2.6 m、2.8 m、3.0 m、3.2 m、3.4 m 進(jìn)行計(jì)算分析，求出各截面尺寸下的邊坡安全系數(shù)，具體結(jié)果如圖4 所示。

圖4 抗滑樁截面長(zhǎng)度ly 與邊坡安全系數(shù)的關(guān)系

通過圖4 能夠看出：①截面長(zhǎng)度ly越大，邊坡安全系數(shù)越高，增幅較?。虎诮孛骈L(zhǎng)度ly由2.4 m 增至3.4 m 時(shí)，邊坡安全系數(shù)Fs由1.31 增至1.38，增速緩慢。由此可見，增大抗滑樁截面尺寸可提高邊坡穩(wěn)定性，但效果不明顯，因此邊坡加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理確定樁身截面尺寸，確保邊坡加固經(jīng)濟(jì)性、合理性。

3.5 抗滑樁越頂或繞底破壞對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響

因滑坡體主、次滑動(dòng)面上方抗滑樁長(zhǎng)度不足，樁體上方坡體易形成次級(jí)滑坡，造成抗滑樁頂面產(chǎn)生破壞，具體破壞形式如圖5 所示。同樣，若樁體嵌固深度不足，滑動(dòng)面會(huì)繞過樁體底部形成繞底破壞。

圖5 滑坡越頂破壞示意圖

結(jié)合以上分析，樁長(zhǎng)大于8.5 m 時(shí)，邊坡安全系數(shù)高于1.35，因此采用樁長(zhǎng)9 m、間距5 m、截面尺寸2 m×3 m，對(duì)抗滑樁繞底和越頂破壞進(jìn)行計(jì)算分析，具體結(jié)果如圖6、圖7 所示。

圖6 滑坡繞底破壞穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

圖7 滑坡越頂破壞穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

通過圖6 和圖7 能夠看出：①當(dāng)樁長(zhǎng)為9 m、布設(shè)間距為5 m、截面尺寸為2 m×3 m 時(shí)，邊坡安全系數(shù)高于1.35，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，樁體不會(huì)產(chǎn)生繞底破壞；②抗滑樁頂部邊坡安全系數(shù)為1.08～1.20，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，極易產(chǎn)生越頂破壞，應(yīng)對(duì)其受力狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算分析；③通過抗滑樁加固后，邊坡內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行重新分布，樁體加固區(qū)域穩(wěn)定性顯著增加，但樁頂位置邊坡仍處于失穩(wěn)狀態(tài)，極易形成新的滑動(dòng)面，從而產(chǎn)生越頂破壞[10]。

樁體布設(shè)位置對(duì)滑坡體越頂破壞具有重要影響，將抗滑樁布設(shè)于邊坡阻滑段下部位置時(shí)，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如圖8 所示。

圖8 調(diào)整設(shè)樁位置后邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

通過圖8 能夠看出：將抗滑樁布設(shè)于邊坡阻滑段下部位置時(shí)，其樁頂邊坡安全系數(shù)為1.35～2.0，通過不平衡推力法求得的安全系數(shù)為1.51，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。由此可知，科學(xué)布設(shè)抗滑樁位置能最大限度避免越頂破壞。

4 結(jié)論

綜上所述，該文結(jié)合某公路工程實(shí)踐，對(duì)抗滑樁加固邊坡影響因素進(jìn)行綜合分析，結(jié)論如下：

（1）增加樁長(zhǎng)能顯著提升邊坡穩(wěn)定性，但當(dāng)樁體嵌固深度大于有效錨固長(zhǎng)度時(shí)，隨著樁長(zhǎng)的增大，邊坡安全系數(shù)基本不再增加。

（2）樁間距越大，邊坡安全系數(shù)越低，因此邊坡加固方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)邊坡具體狀況及土性科學(xué)確定樁間距，以有效利用樁間土拱效應(yīng)，提高邊坡安全系數(shù)。

（3）增大抗滑樁截面尺寸可改善邊坡穩(wěn)定性，但效果不明顯，因此邊坡加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理確定樁身截面尺寸，確保邊坡加固經(jīng)濟(jì)性、合理性。

（4）抗滑樁布設(shè)位置對(duì)滑坡體越頂破壞具有重要影響，將抗滑樁布設(shè)于邊坡阻滑段下部位置時(shí)，能最大限度避免越頂破壞。