抗滑樁錨桿組合在庫(kù)岸邊坡治理中的應(yīng)用

郭 晟

(江西省水投建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000)

邊坡不合理的開挖將導(dǎo)致坡體下滑、巖土層崩塌，需采取防止邊坡失穩(wěn)的支護(hù)措施。學(xué)者們對(duì)邊坡的支護(hù)措施進(jìn)行了多方面研究，王立民[1]對(duì)工程邊坡防護(hù)技術(shù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，通過(guò)植被防護(hù)和砌筑防護(hù)能有效增加邊坡的穩(wěn)定性；魏海寶[2]對(duì)邊坡防護(hù)及支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工狀況，采用預(yù)應(yīng)力錨桿與抗滑樁支護(hù)結(jié)合的方式，能有效防止坡體下滑；駱龍飛[3]對(duì)邊坡滑坡治理中預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)進(jìn)行了研究，表明采用預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)形式能有效地治理山體滑坡。

本文總結(jié)了以上研究關(guān)于邊坡支護(hù)的措施及效果，對(duì)邊坡的支護(hù)措施進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)邊坡支護(hù)抗滑樁的剪力、邊坡的位移、邊坡巖土體所受應(yīng)力進(jìn)行分析，將實(shí)際測(cè)量與數(shù)值模擬位移數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。

1 工程概況

某新建小型水庫(kù)邊坡高53.4 m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘測(cè)，邊坡上層為風(fēng)化土，中層為風(fēng)化巖，下層為軟巖(表1)。由于該市夏季雨量充沛，邊坡匯水面積大，易形成流量大、流速快的徑流，造成邊坡失穩(wěn)。因此，對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)。邊坡的支護(hù)采用擋土墻、抗滑樁、錨桿、噴混的方式。在坡中設(shè)置錨桿8根，每根長(zhǎng)度為12.0 m，縱向間距3.8 m，錨桿置入邊坡角度為17.5°。坡下位置設(shè)置圓柱體抗滑樁，直徑為1 m，長(zhǎng)度為12 m?？够瑯锻?.5 m處設(shè)置擋土墻，擋土墻上表面為2.2 m，下表面為4.3 m，高度為6.2 m。邊坡表面噴射C30混凝土。

表1 邊坡巖土物理參數(shù)

2 模型建立及分析方法

2.1 模型建立與網(wǎng)格劃分

選擇摩爾-庫(kù)侖彈塑性本構(gòu)模型，按照現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)狀況及邊坡支護(hù)情況建立模型。邊坡支護(hù)后，在A-B點(diǎn)內(nèi)設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 邊坡支護(hù)措施斷面圖

2.2 計(jì)算參數(shù)選取

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)劃分巖土層厚度并賦予支護(hù)材質(zhì)參數(shù)。錨桿彈性模量為2.075×104MPa，泊松比為0.2，容重為78.3 kN/m3。擋土墻彈性模量為2.100×103MPa，泊松比為0.2，容重為22.5 kN/m3?？够瑯稄椥阅Ａ繛?.180×103MPa，泊松比為0.2，容重為26.3 kN/m3。為保證模擬精度和運(yùn)算效率，邊坡坡面及模型邊界分別按照0.5 m和2.0 m的精度劃分網(wǎng)格。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 抗滑樁所受剪力分析

邊坡開挖后，坡面巖土層在滑坡推力下，巖土體變形導(dǎo)致邊坡開挖部分應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生改變，在沒有加固措施的情況下，邊坡易發(fā)生失穩(wěn)破壞。因此對(duì)開挖后的邊坡實(shí)施錨桿、抗滑樁、擋土墻的加固措施[4-6]。根據(jù)數(shù)值模擬分析，得出抗滑樁水平方向剪力及錨桿水平方向軸力，如圖2所示。

圖2 抗滑樁水平方向剪力及錨桿水平方向軸力

如圖2(a)所示，抗滑樁水平方向所受剪力從上至下先增大再減小。在樁頂位置水平方向所受剪力最小，其值為10.7 kN。在滑坡推力下，從樁頂往下水平方向所受剪力逐漸增大，在達(dá)到4 m位置時(shí)，抗滑樁水方向所受剪力最大，為1.4×102kN。根據(jù)抗滑樁的材質(zhì)屬性，其許可剪力為4.5×103kN，抗滑樁所受最大剪力未超過(guò)其許可值，抗滑樁的材質(zhì)符合工程要求。

如圖2(b)所示，錨桿水平方向的軸力從上至下逐漸增大，在滑坡推力下，坡體最上方錨桿水平方向軸力最小，為10.04 kN。越靠近擋土墻的錨桿，水平方向軸力越大，最大值為1.66×102kN。根據(jù)錨桿所受軸力方式，可適當(dāng)減小坡體最上方錨桿的長(zhǎng)度，增加坡體最下方錨桿的長(zhǎng)度，此方式可分擔(dān)錨桿水平方向軸力，減小巖土體的應(yīng)力集中。

3.2 邊坡的位移分析

根據(jù)數(shù)值模擬對(duì)邊坡的位移分析，得出邊坡的水平位移和豎向位移，如圖3所示。

圖3 邊坡的位移

如圖3(a)所示，坡體開挖后，在滑坡推力作用下，坡體受力下滑，原邊坡力學(xué)平衡被打破，邊坡各點(diǎn)應(yīng)力重新調(diào)整，達(dá)到新的平衡。邊坡支護(hù)后，在滑坡推力作用下，邊坡最大水平位移集中在風(fēng)化土區(qū)域，距坡頂豎向距離在16.4～26.0 m范圍內(nèi)，水平位移最大值為5.2 mm。在豎向從坡頂至6.3 m范圍水平位移最小。盡管坡體的開挖產(chǎn)生了較大的位移，但潛在滑動(dòng)面基本沒有變化。根據(jù)邊坡防護(hù)要求，此處抗滑樁的預(yù)警水平位移為20 mm，抗滑樁的最大水平位移未超過(guò)其預(yù)警值，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。由此說(shuō)明，邊坡的防護(hù)有效防止坡體下滑，滿足工程要求。

如圖3(b)所示，坡體開挖后，在滑坡推力作用下，坡體受力下滑。在邊坡支護(hù)后，邊坡的豎向位移往坡底下移，坡面大位移范圍縮小。隨著坡體的開挖，潛在滑動(dòng)面向下偏移。邊坡支護(hù)后，在滑坡推力作用下，邊坡的最大豎向位移集中在風(fēng)化土區(qū)域，風(fēng)化土區(qū)域距坡頂豎向距離22.8～34.2 m范圍內(nèi)，豎向位移最大值為1.1 mm。根據(jù)邊坡防護(hù)相關(guān)規(guī)范要求，此處邊坡的預(yù)警豎向位移為20 mm，邊坡的最大豎向位移未超過(guò)其預(yù)警值，由此說(shuō)明，邊坡的支護(hù)增強(qiáng)了邊坡穩(wěn)定性，消除了坡面下滑的安全隱患。

3.3 邊坡巖土層所受應(yīng)力分析

根據(jù)數(shù)值模擬對(duì)邊坡巖土層所受應(yīng)力分析，得出水平應(yīng)力和豎向應(yīng)力，如圖4所示。

圖4 邊坡所受應(yīng)力云圖

如圖4(a)所示，邊坡支護(hù)后，坡體表面的風(fēng)化土在滑坡推力作用下，從坡頂往下邊坡巖土層所受水平方向應(yīng)力先增大再減小，在距坡頂豎向距離10.8～18.4 m范圍內(nèi)的錨桿附近，水平方向應(yīng)力達(dá)到最大，為6.7 kN/m。因水平方向應(yīng)力范圍占邊坡巖土體總量的1.2%，可知邊坡所受水平方向應(yīng)力并不集中。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)邊坡防護(hù)要求，邊坡所受應(yīng)力許可值為5.4×103kN/m，水平方向應(yīng)力的最大值未超過(guò)許可應(yīng)力值，由此可知邊坡的巖土層應(yīng)力并未集中，不會(huì)使邊坡產(chǎn)生塑形應(yīng)變。

如圖4(b)所示，邊坡支護(hù)后，坡體表面的風(fēng)化土在滑坡推力作用下，從坡頂往下邊坡巖土層所受豎向應(yīng)力先增大再減小。增大的豎向應(yīng)力主要集中在錨桿附近，在距坡頂豎向距離13.6～38.8 m范圍內(nèi)，豎向應(yīng)力最大，為3.3 kN/m。距坡底豎向距離16.4～18.3 m范圍內(nèi)，在擋土墻附近豎向應(yīng)力最小。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)邊坡防護(hù)要求，邊坡巖土層所受應(yīng)力許可值為5.4×103kN/s，豎向應(yīng)力的最大值未超過(guò)許可應(yīng)力值。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.35，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。相較于開挖后的邊坡穩(wěn)定系數(shù)1.05，支護(hù)狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定性有顯著提高。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)邊坡的支護(hù)措施進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)邊坡支護(hù)抗滑樁的梁?jiǎn)卧獌?nèi)力、平面單元內(nèi)力及位移進(jìn)行分析，實(shí)際測(cè)量與數(shù)值模擬位移進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明邊坡支護(hù)后，抗滑樁所受剪力從上至下先增大再減小，在滑坡推力作用下，邊坡的應(yīng)力與應(yīng)變未超過(guò)其許可值，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。采用抗滑樁、擋土墻及錨桿的支護(hù)措施，可有效防止坡體下滑。