不同抗滑樁在復合多層滑床條件下的受力分析

梅文杰

（廣東城華工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510660）

1 工程概況

某典型復合多層滑床的滑坡體位于河岸下游，經(jīng)歷多次暴雨后，發(fā)生了較大變形，尤其在滑坡的后緣出現(xiàn)了很多裂縫，寬約30 cm；通過工程地質(zhì)勘察，大致確定了滑坡的邊緣范圍，根據(jù)實際測量，該滑坡的面積6 320 m2，體積約1.68×105m3；根據(jù)滑坡體積劃分，該滑坡屬于大中型滑坡，從上至下分別為土夾石滑體部分，砂巖、泥巖、砂巖以及基巖，見圖1。

圖1 復合多層滑床的滑坡圖

2 模型建立及參數(shù)選擇

為了對該滑坡支護，防止滑坡滑動造成災害，選取該滑坡主截面采用Geostudio 中的SEEP/W 模塊建立數(shù)值模型。模型水平寬度1 100 m，垂直高度260 m，共劃分15 760 個單元，采用三角形和四邊形相結(jié)合的網(wǎng)格進行劃分，模型兩側(cè)地下水位以下采取定水頭邊界，底部設置為不透水邊界。

滑坡坡體由四種不同的材料組成，最上面的部分為滑體，由土夾石構(gòu)成。抗滑樁的固定段主要由砂巖和泥巖組成，固定段以下為滑床下基巖。滑體土夾石主要部分為粉質(zhì)粘土和碎石，滑床下的基巖主要以長石英巖和粉質(zhì)泥巖互層為主，巖體的傾向與滑體方向一致?；聨r土物理力學參數(shù)如表1所示。

表1 巖土物理力學參數(shù)表

3 不同抗滑樁的承載性能研究

暴雨對滑坡的穩(wěn)定性造成嚴重的影響，對該滑坡進行抗滑樁加固和坡體表面排水等措施，防止坡體滑動，但地表仍有變形?，F(xiàn)計劃采用單排抗滑樁、雙排抗滑樁進行加固，比較不同樁型的承載性能，選取最合適的加固措施。為保證模擬試驗的準確，設定兩種樁型所用的混凝土體積相同，單排抗滑樁截面尺寸寬度2.40 m，高度3.50 m，樁長22.50 m，雙排抗滑樁截面尺寸寬度1.40 m，高度3 m，樁長22.50 m，排距6 mm。

3.1 單排抗滑樁支護承載性能分析

采用單排抗滑樁，建立了相應的計算模型，使用FLAC3D中的pile 單元對抗滑樁進行了模擬計算。由于在坡腳部位設置抗滑樁會受到水位變化的影響，增加施工難度，因此選擇在坡體中部植入單排抗滑樁，數(shù)值模擬計算經(jīng)抗滑樁加固的邊坡安全系數(shù)1.23，此時邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

據(jù)模擬數(shù)據(jù)得到的單排抗滑樁位移曲線見圖2?？够瑯妒芰ψ陨隙?，離樁底越高，頂部位移越大，22.50 m 時頂部位移最大0.17 m，10 m 處，頂部位移0.03 m，15 m 時，頂部位移0.07 m。因受力位置離樁底高度大于10 m時，抗滑樁水平位移快速增大，說明滑動面以上的抗滑樁是整體變形，小于10 m時，抗滑樁水平位移增加緩慢，樁底時抗滑樁水平位移基本為零。抗滑樁越靠近滑動面，樁體受力越大，樁身變形隨之越大；當抗滑樁受到滑坡推力時，位于滑面上的抗滑樁將推力傳遞到樁身，產(chǎn)生擠壓形變，水平位移隨之增加。

圖2 抗滑樁水平位移圖

根據(jù)模擬數(shù)據(jù)，可得單排抗滑樁的彎矩和剪力分布情況。結(jié)果顯示抗滑樁在滑坡推力作用下樁身會產(chǎn)生形變?？够瑯对谑艿交峦屏?，一側(cè)會受到拉力，隨著抗滑樁在滑坡的深度的增加，抗滑樁的彎矩先增大再減小，抗滑樁在滑坡深度14.10 m處彎矩最大，為8.90×107N·m，抗滑樁在深度22 m處彎矩為0。抗滑樁在滑坡深度17.50 m 處，抗滑樁受到的剪力為0，抗滑樁在深度20 m處，抗滑樁受到的剪力最大，為3.40×107N。結(jié)合抗滑樁的受力特性，抗滑樁的受力極限值大于抗滑樁受力的最大值，這表明抗滑樁在受力后，能夠承受較大的彎矩和剪力，有效地抵抗滑坡的推力，確保邊坡的穩(wěn)定性。

3.2 雙排抗滑樁支護承載性能分析

在同種工況情況下，用同等體積的混凝土，改用雙排抗滑樁來支護滑坡，雙排抗滑樁的截面尺寸為寬度為1.40 m，高度為3 m，樁長為22.50 m，樁間距為6 m，在坡體中部植入雙排抗滑樁。通過數(shù)值模擬計算，經(jīng)過抗滑樁的加固，邊坡的安全系數(shù)為1.32，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

通過模擬數(shù)據(jù)，可得雙排抗滑樁水平位移情況，見圖3。結(jié)果顯示離樁底距離越遠，抗滑樁受到滑坡推力越大，前排樁和后排樁的水平位移隨之增大。距離樁底10～12 m 處，抗滑樁的前排樁和后排樁水平位移基本相同。距離樁底22.50 m處，前排樁和后排樁水平位移最大，前排樁最大值0.103 m，后排樁最大位移0.132 m，最大位移出現(xiàn)在樁頂，說明雙排抗滑樁在受到滑坡推力后也會發(fā)生整體變形，但前排樁和后排樁頂部位移差異較大，因沒有橫梁連接，樁間土體承受的擠壓作用不同。由此可知，抗滑樁離底部的距離越小，受到滑坡推力產(chǎn)生的水平位移越小，樁離底部大于12 m時，后排樁和前排樁的水平位移均快速增大，后排樁的水平位移較前排樁大。

圖3 位移曲線圖

通過模擬數(shù)據(jù)，可得雙排抗滑樁的彎矩受力情況，前排樁和后排樁均未出現(xiàn)反彎點，隨著抗滑樁在滑坡中深埋距離增加，前排樁和后排樁的彎距先增大再減小，前排樁在滑坡中深埋距離為6.20 m 處，前排樁的彎距最大，最大值為4.00×107N·m，后排樁在滑坡中深埋距離為8.10 m處，后排樁的彎矩最大，最大值為6.75×107N·m。結(jié)合抗滑樁的受力特性，前排樁和后排樁的受力許可值大于前排樁和后排樁的最大值。

通過模擬數(shù)據(jù)，可得雙排抗滑樁的彎矩剪力情況。結(jié)果表明前排樁和后排樁受到的剪力趨勢基本相同，前排樁在滑坡中深埋距離為15.50 m 處剪力為0，后排樁在滑坡中深埋距離為18.20 m處剪力為0，前排樁在滑坡中深埋距離為18 m處，前排樁受到的剪力最大，為1.51×107N,后排樁在滑坡中深埋距離為20 m處，后排樁受到的剪力最大，為2.50×107N，根據(jù)抗滑樁的材質(zhì)屬性，結(jié)合模擬數(shù)值，前排樁和后排樁均未超過其許可值，由此可知，雙排抗滑樁的支護對滑坡的治理有顯著成效。

3.3 抗滑樁不同樁型的支護效果對比

在對復合多層滑床滑坡采取加固措施后，對單排抗樁及雙排抗滑樁支護時最大水平位移及樁身彎矩和受到的剪力進行了分析，對比兩種抗滑樁的位移和受力，可得結(jié)果見表2。

表2 兩種抗滑樁的位移和受力對比表

由表2 可知，雙排抗滑樁安全系數(shù)較單排抗滑樁增加了7.30%，最大水平位移減小了20%，彎矩減小了24.10%，剪力減小了26.40%。由此可知，兩種抗滑樁對同一邊坡加固，雙排抗滑樁治理效果更好，邊坡穩(wěn)定系數(shù)更高。

4 結(jié)語

①單排抗滑樁加固滑坡時，受力位置離樁底高度大于10 m 時，抗滑樁水平位移快速增大，受力位置離樁底高度小于10 m 時，水平位移增加緩慢，抗滑樁越靠近滑動面，樁體受力越大，樁身變形越大。單排抗滑樁在受到滑坡推力后，抗滑樁可抵抗滑坡體推力彎矩和剪力均未超過抗滑樁許可值，加固效果較好。②雙排樁對滑坡加固后，離樁底距離越遠，抗滑樁受到滑坡推力越大，前排樁和后排樁的水平位移隨之增大。距離樁底10～12 m 處，抗滑樁的前排樁和后排樁的水平位移基本相同，離底部大于12 m 時，水平位移均快速增大，后排樁水平位移較前排樁的位移大。隨著抗滑樁在滑坡中深埋距離增加，前排樁和后排樁彎距均先增大再減小，彎矩和剪力均未超過抗滑樁許可值，加固效果較好。