復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高邊坡穩(wěn)定項目中抗滑樁運用分析

史勁

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411105）

1 研究意義

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會進(jìn)步，我國諸多行業(yè)都已經(jīng)得到了全方位的發(fā)展與完善，地質(zhì)、水利以及礦產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)也隨之來到了一個全新的發(fā)展高度。但是，在其高速發(fā)展的過程中，不可避免地會遭遇多種多樣的地質(zhì)災(zāi)害。其中最常見的地質(zhì)災(zāi)害為邊坡災(zāi)害，例如，在道路施工過程中切坡、路基以及庫邊邊坡治理。邊坡的穩(wěn)定性分析工作也越來越受到有關(guān)管理人員的重視與關(guān)注。邊坡防護(hù)一般可以分為2 個部分，分別為內(nèi)部支擋以及坡面防護(hù)，其中坡面防護(hù)又涵蓋植草、錨噴網(wǎng)護(hù)以及混凝土噴射等工程措施，而內(nèi)部支擋涵蓋擋土墻、抗滑柱以及多種多樣的支護(hù)組合?？够瑯队捎谧陨硭哂械某杀炯靶Ч麅?yōu)勢，使得其在當(dāng)前的高邊坡治理工作中得到了廣泛的應(yīng)用?？够瑯对诋?dāng)前的工程領(lǐng)域中被充分地應(yīng)用，據(jù)有關(guān)專業(yè)人士調(diào)查顯示，抗滑樁是當(dāng)前邊坡防治中應(yīng)用最為普遍的一種支護(hù)體系。諸多的專家及學(xué)者在對抗滑樁治理理論進(jìn)行研究的過程中，也取得了十分重要的研究成果。一些學(xué)者在對其樁土效應(yīng)進(jìn)行分析與研究時，做出了大量的假設(shè)，但是其并沒有對樁土之間的真實界面進(jìn)行理論研究，并且在對抗滑樁進(jìn)行涉及的過程中，抗滑樁的安全系數(shù)相對較高，從而使得抗滑樁的真正承載力并沒有被充分地發(fā)揮出來，進(jìn)而導(dǎo)致當(dāng)前邊坡防治成本的提升。所以，需要切實做好抗滑柱設(shè)計及研制，并使用正確且科學(xué)的理論來對其應(yīng)用進(jìn)行指導(dǎo)，進(jìn)而有效地提升復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高邊坡穩(wěn)定項目中抗滑柱的實際運用質(zhì)量及水平。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

2.1 國外研究現(xiàn)狀分析

邊坡穩(wěn)定問題最早源于18 世紀(jì)，當(dāng)時的士兵在修建土石壩時便遇到了邊坡問題，隨后在其對水庫以及道路建設(shè)的過程中都相繼遇到了同樣的邊坡問題。后經(jīng)由運河工程師威廉姆.史密斯，在對大量的工程實例進(jìn)行分析與總結(jié)后，得出巖層相序理論。后于19 世紀(jì)中葉，由Gregoty、Collin 借助工程實例，分析并總結(jié)出滑動面的形狀以及在特定的條件下，滑坡在滑動的過程中所生產(chǎn)的滑動曲線，并開始對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析與研究。

危險滑動面最早起源于瑞典，分條法是對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析的基本方法，在實際的工程中有著極廣泛的應(yīng)用，分條法對邊坡的滑動進(jìn)行了一系列的假設(shè)，其中涵蓋滑動面的形狀以及庫倫準(zhǔn)則。西方學(xué)者弗蘭紐斯于20 世紀(jì)30 ～40 年代，根據(jù)瑞典分條法，并在計算機的幫助下，得出了兩條極為重要的結(jié)論。第一，內(nèi)摩擦角度為0 的黏土其危險滑動面需要經(jīng)由坡角，由此便可以借助圖解法，對其臨界圓心位置進(jìn)行確定。第二，非黏性土質(zhì)，其滑動面所在的圓心，在其臨界圓心上會向上進(jìn)行移動。

自20 世紀(jì)的70 年代以來，多種樣式的抗滑柱支護(hù)方式便開始應(yīng)用在邊坡治理中。奧地利第一次將抗滑樁與錨索進(jìn)行有機結(jié)合，并將其成功地應(yīng)用在實際的邊坡治理中，其抗滑樁深入基巖7m 左右。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

20 世紀(jì)，我國學(xué)者潘家錚提出了極大值原理以及極小值原理，對滑坡理論的發(fā)展起到了極大的推動作用。當(dāng)滑坡出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象時，其會優(yōu)先選擇抗滑性相對較小的滑動面來進(jìn)行滑動。待其確定滑動面后，則滑動面的內(nèi)部應(yīng)力會進(jìn)行調(diào)整，并以滑坡面抗滑性最大的滑動面為主。

隨著時間的推移，邊坡穩(wěn)定性理論以及實際的工程應(yīng)用都已經(jīng)得到了全方位的發(fā)展，邊坡穩(wěn)定性分析及研究問題，也逐漸成為當(dāng)前工程施工領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。當(dāng)前有關(guān)邊坡穩(wěn)定性的研究其重點可以分成3 個部分來進(jìn)行闡述：第一，持續(xù)加強邊坡穩(wěn)定性理論的研究與分析，切實做好試驗分析，從而客觀地驗證出穩(wěn)定性分析法的優(yōu)缺點，進(jìn)而更好地對其邊坡穩(wěn)定性分析法進(jìn)行完善與補充。第二，相對較為單一的邊坡穩(wěn)定性分析法已然無法再滿足當(dāng)前穩(wěn)定性的分析要求。復(fù)合分析法是當(dāng)前邊坡穩(wěn)定性分析研究中的新型分析方法，復(fù)合分析法所使用的理論以及研究方式都十分契合當(dāng)前的實際工程情況。第三，由于邊坡問題相對較為復(fù)雜，技術(shù)人員借助可靠度法以及灰色理論法都可以充分地對其邊坡穩(wěn)定性問題進(jìn)行分析與研究。

我國技術(shù)人員在20 世紀(jì)80 年代，便對其抗滑樁的參數(shù)、理論以及分析方法進(jìn)行了全方位的研究，并取得了優(yōu)異的成績。隨著計算機技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷革新，抗滑樁到如今已經(jīng)被應(yīng)用在諸多的行業(yè)中，其抗滑樁治理效果也得到了外界一致的好評。

3 高邊坡穩(wěn)定性分析

本文將以我國南方某山區(qū)公路施工為實例，對其復(fù)雜地質(zhì)下高邊坡穩(wěn)定項目進(jìn)行分析。案例工程為地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地段，其高邊坡出現(xiàn)的主要地質(zhì)災(zāi)害為滑坡，工程案例區(qū)四季分明，年平均氣溫為17 ～18℃，工程案例地區(qū)產(chǎn)生滑坡的主要原因與其區(qū)域內(nèi)的河流徑流有著直接的關(guān)系，其區(qū)域內(nèi)河道相對較寬，汛期最高水位可至230m，河流對其兩岸的沖擊作用相對較為明顯，該地多為灰?guī)r及板巖，其風(fēng)化程度相對較大。主山體坡度為17°～24°，局部地區(qū)的坡度高達(dá)26°，巖層裸露相對較為明顯，堆積層分布相對不均。

3.1 有限元分析

技術(shù)人員優(yōu)先對其高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析與總結(jié)，并使用GeoStudio 以及PLAXIS 模型對其進(jìn)行對比分析，并借助控制變量法對其參數(shù)的實際影響程度進(jìn)行分析。技術(shù)人員優(yōu)先選擇非均質(zhì)邊坡，其邊坡高為30m，坡率為1:1，其上層土質(zhì)為碎石土，下層為巖石，在對其邊坡進(jìn)行簡化處理后，技術(shù)人員借助有限元計算方法，對其安全系數(shù)進(jìn)行了計算，其安全系數(shù)為1.269。技術(shù)人員在對兩種模型機械能有限元計算后，其所計算出的安全系數(shù)相對較小、之后，技術(shù)人員又通過PLAXIS 模型對其土體質(zhì)量、坡角、黏力、內(nèi)摩擦角以及坡高要素進(jìn)行綜合的分析，其對高邊坡穩(wěn)定影響最大的為內(nèi)摩擦角，其次為黏力、質(zhì)量、邊坡角度以及邊坡高度。

3.2 有限元模式構(gòu)建

技術(shù)在對其有限元模型的構(gòu)建上，所選取的斷面為滑動斷面，其邊坡為巖土混合體，針對其滑坡問題，技術(shù)人員采用了抗滑樁加固治理方式，其抗滑樁參數(shù)如表1 所示。

表1 抗滑樁參數(shù)表

3.3 抗滑樁加固計算分析

技術(shù)人員在對單排抗滑樁進(jìn)行設(shè)計時，可以將抗滑樁設(shè)置在左側(cè)邊界的60 ～140m 處，并借助有限元穩(wěn)定性計算，對其抗滑樁的不同安全系數(shù)進(jìn)行分析，其計算結(jié)果如表2 所示。

表2 抗滑樁（單排）安全參數(shù)表

由上表可知，當(dāng)對其邊坡設(shè)置單排抗滑樁時，其安全參數(shù)最高為1.034，也就是抗滑樁距離其左側(cè)邊界120m 處。

當(dāng)技術(shù)人員在設(shè)置雙排抗滑樁后，仍需要借助有限元穩(wěn)定計算來對其安全參數(shù)進(jìn)行計算。例如，在60m、120m 處設(shè)置抗滑樁，則表示技術(shù)人員會在其左側(cè)邊界60m 以及120m 處設(shè)置抗滑樁。

由表3 可知，雙排抗滑樁的安全參數(shù)要普遍高于單排抗滑樁，其雙排抗滑樁的最高安全參數(shù)為1.733，也就是抗滑樁距離左側(cè)邊界60 ～120m 處。

表3 抗滑樁（雙排）安全參數(shù)表

4 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下高邊坡穩(wěn)定項目中抗滑樁運用分析

4.1 抗滑樁施工

（1）技術(shù)人員需要在實際的工程作業(yè)中對抗滑樁的中心位置以及十字護(hù)樁位置進(jìn)行確定，并使用長度為100cm 的鋼筋對巖體進(jìn)行嵌入，其嵌入深入不少于30cm，技術(shù)人員需要對其嵌入穩(wěn)定性進(jìn)行保證。之后便可以對其鎖口進(jìn)行澆筑，其鎖口一般為鋼混結(jié)構(gòu)，呈矩形，需要高出地面約40cm 左右，并在其周圍60cm 的范圍內(nèi)進(jìn)行混凝土硬化處理，同時做好排水，并要對其設(shè)置不低于1.2m 的安全防護(hù)欄，以此來保證其抗滑樁的安全。通常情況下，施工人員會在電葫蘆的幫助下，進(jìn)行施工作業(yè)，電葫蘆需要具有自動剎車保險，同時技術(shù)人員需要定期對其使用性能進(jìn)行檢測，在對其抗滑樁孔洞進(jìn)行開挖之前，需要將其井字架固定在其支撐面上。

（2）施工技術(shù)人員需要使用水磨打孔機對其基坑周圍進(jìn)行取樣。首先，技術(shù)人員使用水鉆對其樁基巖壁進(jìn)行取樣，其鉆芯為15cm，鉆取深度為70cm。在鉆取完成后，要保證其樁體處于四面臨空的狀態(tài)下。技術(shù)人員使用水鉆在樁體中心處，沿著水平以及垂直方向，各抽取一排巖芯，從而使得樁體變成4等份，之后同發(fā)炮制，將其分成8 等份，以便于將其樣品取出。其次，使用破樁法在巖石上嵌入鋼楔，并對鋼楔進(jìn)行錘擊，使其可以深入巖體內(nèi)部，其巖體在外部錘擊應(yīng)力的影響下，會出現(xiàn)拉裂，使得巖石破碎成小塊，技術(shù)人員分別對8 等份巖體進(jìn)行依次破碎，以便于后續(xù)的出渣作業(yè)。再次，技術(shù)人員需要通過風(fēng)鎬對巖石孔壁進(jìn)行處理修復(fù)，并對其殘渣進(jìn)行清理。最后，當(dāng)技術(shù)人員完成施工作業(yè)后，需要對其樁孔的中心、尺寸等要素進(jìn)行復(fù)刻，并對其進(jìn)行詳實的記錄。如果遇到地質(zhì)情況與其工程設(shè)計不符時，需要及時向上級進(jìn)行反饋。

4.2 擋土板施工

當(dāng)抗滑樁以及剩余錨索施工完成后，技術(shù)人員需要對其護(hù)壁混凝土進(jìn)行破除，并將其抗滑樁與其擋土板之間的連接處進(jìn)行整平，同時，搭建腳手架對其進(jìn)行擋土板澆筑，每塊擋土板都需要預(yù)留兩個排水孔洞，其抗滑樁都會預(yù)埋連接鋼筋，同時，擋土板之間都需要借助鋼筋來進(jìn)行焊接固定。技術(shù)人員還需要對抗滑樁與擋土板之間的加固模板進(jìn)行全方位的考量，在對抗滑樁的護(hù)壁進(jìn)行施工作業(yè)時，需要先在擋土板內(nèi)側(cè)進(jìn)行預(yù)埋鋼筋，之后再對其抗滑樁固定鋼筋進(jìn)行連接。針對高邊坡而言，需要對其進(jìn)行刷坡施工，將擋土板以及抗滑樁接觸的鎖口進(jìn)行清潔，對其殘渣、石渣進(jìn)行徹底的清理。其擋土板可以使用C30 混凝土來對其進(jìn)行制備，C30 混凝土需要由罐車進(jìn)行運輸，并采用吊車配合料斗的形式，對其進(jìn)行入模澆筑，并使用振搗棒對其進(jìn)行搗實。除此以外，需要對其混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，其頂部需要進(jìn)行覆蓋保溫，其側(cè)面需要對其進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的時間不得少于一周。

技術(shù)人員在進(jìn)行放坡卸載施工時，需要對其進(jìn)行逐層開挖，并對其進(jìn)行逐層防護(hù)，要最大限度地避免開挖土層長期暴露在空氣中，防止雨水對其進(jìn)行沖刷。同時，技術(shù)人員還需要注意交叉施工作業(yè)干擾，在對其進(jìn)行放坡卸載時，需要對其進(jìn)行定期監(jiān)測，并在監(jiān)測過程中形成報告，以便于對后續(xù)的工作進(jìn)行全方位的指導(dǎo)。

5 結(jié)語

綜上所述，在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下，高邊坡穩(wěn)定項目是確保當(dāng)前工程建設(shè)安全性的重要內(nèi)容。因此，在工程建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)充分、有效地將抗滑樁充分的應(yīng)用其中，不僅可以有效地對其穩(wěn)定性進(jìn)行計算，同時還可以最大限度地提升工程項目的施工安全及質(zhì)量。因此，有關(guān)技術(shù)人員需要在實際的高邊坡穩(wěn)定項目中充分地利用好抗滑樁，以此來切實提升高邊坡穩(wěn)定，從而促進(jìn)當(dāng)前工程建設(shè)的安全平穩(wěn)發(fā)展，進(jìn)而行之有效地推動我國邊坡治理工作的開展與完善。