論抗滑樁加固邊坡方案的影響因素

雷得鴻

摘要 基于某公路工程路基邊坡防護(hù)實(shí)例，明確常見抗滑樁設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，并通過對抗滑樁加固前后邊坡穩(wěn)定性參數(shù)的比較，明確樁間距、抗滑樁長度、樁位置、截面尺寸等因素與邊坡安全系數(shù)的關(guān)聯(lián)性。研究結(jié)果指出：（1）保持其他條件不變的情況下，隨著截面尺寸和樁長增加，邊坡安全系數(shù)增大且兩者存在非線性相關(guān)性，隨著樁間距增大邊坡安全系數(shù)呈現(xiàn)非線性減小。（2）增加樁長與截面尺寸，可明顯提升邊坡安全系數(shù)。（3）于阻滑段后半部設(shè)置抗滑樁，可降低抗滑樁越頂受損風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；路基邊坡；抗滑樁；影響因素分析

中圖分類號 TU457文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0113-03

0 引言

抗滑樁適用范圍廣、抗滑性能突出、樁位靈活，在滑坡防治領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用廣泛。該文基于某高速公路路基邊坡防護(hù)工程實(shí)例，對樁間距、抗滑樁樁長、截面尺寸、抗滑樁位置等與邊坡安全系數(shù)間關(guān)系進(jìn)行分析，基于研究結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)抗滑樁繞地、越頂?shù)惹闆r，為抗滑樁邊坡加固提供技術(shù)參考。

1 工程概況

某公路項(xiàng)目位于丘陵地區(qū)，地形特征復(fù)雜。極端天氣影響下，邊坡滑塌風(fēng)險(xiǎn)大。地質(zhì)勘測結(jié)果顯示，場地抗震基本設(shè)防烈度為6級。場地地層包括泥盤系基巖層、殘積層、沖洪積層、人工填土層四層，基于地形特點(diǎn)，無須單獨(dú)進(jìn)行地震工況下邊坡穩(wěn)定性校驗(yàn)。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

數(shù)值分析法和極限平衡法為邊坡穩(wěn)定性分析的常用手段。該項(xiàng)目目標(biāo)邊坡有多個(gè)滑面，以不平衡推力法為基礎(chǔ)求得安全系數(shù)值在0.98～1.35之間，故邊坡穩(wěn)定性不佳，需采取支擋加固邊坡，詳見圖1所示。以該項(xiàng)目特點(diǎn)，擬選用矩形抗滑樁進(jìn)行支護(hù)，以提高邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善其安全系數(shù)[1]。采用單因素分析明確樁間距、截面尺寸、抗滑樁長度與安全系數(shù)關(guān)聯(lián)性，從而獲得最佳的抗滑樁支護(hù)邊坡方案并確定相關(guān)參數(shù)與安全系數(shù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

3 抗滑樁加固對邊坡穩(wěn)定性的影響

3.1 抗滑樁加固原理

抗滑樁加固是處置邊坡滑移的重要措施，通過將抗滑樁貫穿于坡體滑動面使其作用于持力層，為邊坡提供較好的錨固力，以平衡邊坡受力[2]。抗滑樁滑動面主要作用力包括滑坡推力、樁前滑體動力，詳見圖2所示?；峦屏εc滑坡抗力差作用于抗滑樁樁體，沿樁體傳遞至底層中，借助抗滑樁將下滑力抵消，從而提高邊坡安全系數(shù)提高其穩(wěn)定性[3]。

3.2 抗滑樁長度的影響

邊坡加固施工過程中，需將抗滑樁穿越滑動面，方可為邊坡提供足夠的錨固力，以增加邊坡的安全系數(shù)。確定抗滑樁位置后，選定抗滑樁間距為4 m，且截面尺寸保持2～2 m，分別設(shè)置抗滑樁樁長為6～10 m，通過對抗滑樁樁長度與邊坡穩(wěn)定性關(guān)系分析，得出不同樁長條件下的邊坡安全系數(shù)，詳見圖3所示[4]。

由圖3可知：①隨著抗滑樁樁長增加，邊坡安全系數(shù)增加，兩者呈現(xiàn)非線性關(guān)系，邊坡安全系數(shù)F取值達(dá)到穩(wěn)定安全系數(shù)值Fst=1.35，隨著樁長增加，邊坡安全系數(shù)增幅變??；②抗滑樁樁長6 m時(shí)邊坡安全系數(shù)為0.99，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)下，抗滑樁長度小于潛在滑裂面，該長度抗滑樁難以為邊坡提供足夠錨固力，滑坡抗力值不足；③抗滑樁樁長為8.5 m時(shí)，邊坡安全系數(shù)為1.39，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，抗滑樁長度大于潛在滑裂面，能為邊坡提供足夠錨固力，該長度達(dá)標(biāo)。

3.3 樁間距的影響

合理控制抗滑樁樁距可以有效地發(fā)揮抗滑樁間土拱效應(yīng)，從而提升邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，該文固定抗滑樁位置和界面尺寸，選定4～10 m區(qū)間間隔1 m設(shè)置抗滑樁間距[5]，計(jì)算不同樁間距條件下邊坡安全系數(shù)，探究樁間距與邊坡穩(wěn)定性之間的關(guān)系，詳見圖4所示。

對圖4分析可知：①邊坡安全系數(shù)隨抗滑樁間距增大而非線性減?。虎诳够瑯堕g距為4 m時(shí)，邊坡安全系數(shù)為1.38大于穩(wěn)定安全系數(shù)1.35，邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，此時(shí)抗滑樁間距較小，不會出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)；③抗滑樁間距為8 m，邊坡安全系數(shù)為1.21，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)?？够瑯堕g距增大，樁間土強(qiáng)度難以承擔(dān)上部坡體傳遞的滑坡推力[6]。

3.4 截面尺寸的影響

抗滑樁邊坡支護(hù)施工中矩形截面抗滑樁應(yīng)用廣泛，研究指出抗滑樁截面尺寸與抗滑能力之間關(guān)系密切。選定固定樁長，保持抗滑樁的位置固定，探究不同抗滑樁截面尺寸與邊坡穩(wěn)定性之間的關(guān)系。選取截面寬度為2 m，截面長度從2.2 m增加到3.4 m，計(jì)算不同截面尺寸情況下對應(yīng)的邊坡安全系數(shù)，詳見圖5所示。

對圖5分析可知：①邊坡安全系數(shù)隨著抗滑樁截面長度增大而非線性增加，且增幅不斷減小?？够瑯督孛骈L度從2.4 m增大至3.4 m時(shí)，邊坡安全系數(shù)從1.31增加為1.38，由此可見邊坡安全系數(shù)隨著截面尺寸增加而增大，且截面尺寸增大的同時(shí)，邊坡安全系數(shù)增幅減緩；②抗滑樁截面尺寸的增加對改善邊坡穩(wěn)定性有積極作用，但是其改善邊坡穩(wěn)定性的作用存在限度，盲目擴(kuò)大樁身尺寸增強(qiáng)邊坡安全系數(shù)的做法不可取[7]。

3.5 抗滑樁越頂或繞底破壞的影響

滑坡體主滑面或次滑面以上的抗滑樁越長，滑坡樁頂更不會出現(xiàn)滑面，抗滑樁越頂破壞的概率越小，詳見圖6所示。抗滑樁長度不足會導(dǎo)致嵌巖深度不達(dá)標(biāo)，從而引發(fā)繞底破壞。

綜上所述，抗滑樁樁長為8.5 m時(shí)邊坡安全系數(shù)為1.35，故結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)選擇樁長為9 m，保持樁間距為5 m，固定截面尺寸為2 m×3 m，分析抗滑樁越頂破壞和繞底破壞情況，詳見圖7、8所示。

對圖7、8分析可知，樁長9 m、樁間距5 m、截面尺寸2 m×3 m條件下，邊坡安全系數(shù)大于1.35，滑動面經(jīng)過抗滑樁時(shí)不會出現(xiàn)繞底破壞，符合項(xiàng)目要求?？够瑯稑俄?shù)陌踩禂?shù)為1.20，小于穩(wěn)定安全系數(shù)1.35，即該情況下抗滑樁無法為邊坡提供足夠錨固力，可能出現(xiàn)越頂破壞，需對其進(jìn)行驗(yàn)算[8]。

抗滑樁布設(shè)完畢后，應(yīng)力作用下抗滑樁穩(wěn)定性不斷提升，樁頂處坡體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性未增強(qiáng)，易出現(xiàn)次級滑動面并對滑坡越頂破壞的出現(xiàn)產(chǎn)生直接影響[9]?？够瑯段恢玫倪x擇與越頂破壞之間的關(guān)系密切，為提高邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性多將抗滑樁設(shè)定于抗滑樁后半部，詳見圖9所示。

由圖9可知，邊坡阻滑段后半部分設(shè)置抗滑樁情況下，邊坡安全系數(shù)在1.35～2.0之間，以不平衡推力法計(jì)算的邊坡安全系數(shù)值為1.51，大于穩(wěn)定邊坡安全系數(shù)1.35，符合規(guī)范值，即邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。由此可知，抗滑樁位置的合理選擇能有效地降低越頂破壞風(fēng)險(xiǎn)[10]。

4 結(jié)論

綜上所述，影響抗滑樁加固邊坡方案穩(wěn)定性的因素表現(xiàn)為如下3個(gè)方面：

（1）邊坡安全系數(shù)隨著抗滑樁的樁長和截面尺寸增加而增大，邊坡安全系數(shù)增大趨勢逐漸減小，邊坡安全系數(shù)與樁長、截面尺寸之間為非線性關(guān)系?？够瑯堕g距增大，邊坡安全系數(shù)減小，兩者之間為非線性關(guān)系。

（2）有效加固范圍內(nèi)，邊坡安全系數(shù)隨著抗滑樁樁長、截面尺寸增大而增加，超出加固范圍后，樁長和截面尺寸增大，并不會改善邊坡安全系數(shù)。

（3）設(shè)樁位置會明顯影響邊坡越頂破壞，抗滑樁設(shè)于阻滑段后半部，能有效地降低邊坡越頂破壞風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 調(diào)整設(shè)樁位置后邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

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