張 偉，余祥銀，孫春輝

（1.山東省交通規(guī)劃設(shè)計院集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250031；2.昭通市高速公路建設(shè)辦公室，云南 昭通 657000；3.山東高速城鄉(xiāng)發(fā)展集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250031）

引言

因粵北地區(qū)構(gòu)造發(fā)育、煤系地層分布廣泛，巖層分布無規(guī)律可循，坡體多呈現(xiàn)蠕動變形，常見的錨固措施如錨桿、錨索等難以根治坡體變形，近年來抗滑樁作為主要的治理煤系地層邊坡的措施被廣泛應(yīng)用，舒海明等［1］在某煤系地層邊坡中采用樁徑2.2 m 圓形抗滑樁對滑坡進(jìn)行治理，效果較理想；計算軟件及方法也較多研究，杜興無等［2］采用ANSYS 有限元模型對門式抗滑樁進(jìn)行分析計算；孫勇［3］將公路橋梁多排樁計算的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法引入到雙排抗滑樁計算中，并提出了修正后的m法，同時采用有限桿單元法對雙排樁的連梁剛度進(jìn)行了分析。

粵北地區(qū)常年多雨，由于煤系地層具有雨水塌孔等不利因素，人工挖孔抗滑樁存在較大安全隱患且效率較低，旋挖鉆機(jī)圓形抗滑樁由于機(jī)械施工方便、快捷，在治理粵北煤系地層滑坡中廣泛應(yīng)用，但是對于大中型滑坡由于滑坡推力較大，單排樁往往需要大樁徑、雙排甚至多排配筋才能滿足抗滑要求。

1 滑坡巖土體特征及剩余下滑力計算

在建龍懷高速K132 滑坡在地質(zhì)條件、剩余下滑力相同的條件下分別對單排直徑2.6 m 抗滑樁、雙排樁頂有和無系梁直徑2.0 m 抗滑樁進(jìn)行側(cè)向位移及內(nèi)力分計算，分析比對三種樁型的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況采用最優(yōu)樁型組合對該邊坡進(jìn)行處置。

滑體為含碎石粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（含高嶺石泥巖）及全風(fēng)化炭質(zhì)頁巖；滑床為強(qiáng)-中風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r夾全風(fēng)化炭質(zhì)頁巖；滑動面上部切割含碎石粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，中部切割全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（含高嶺石泥巖）軟弱面及全風(fēng)化炭質(zhì)頁巖層面，下部沿全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖與中風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r層面滑動。根據(jù)鉆孔中強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r雨水容易沿裂隙面開裂，強(qiáng)度降低，巖層互層現(xiàn)象。

根據(jù)深孔測斜數(shù)據(jù)擬定滑面，按照現(xiàn)狀邊坡安全系數(shù)Fs=1.1 進(jìn)行抗剪強(qiáng)度指標(biāo)反算：黏聚力 c=16 kPa、內(nèi)摩擦角φ=15°，邊坡按照設(shè)計斷面卸載后穩(wěn)定安全系數(shù)Fs=1.2 時，剩余下滑力為1 000 kN。

2 GEO 有限元分析模型

計算采用庫倫GEO5 2017 版巖土工程有限元分析模塊模擬雙排樁內(nèi)力及位移變形，雙排樁計算模型見圖1。

圖1 雙排樁計算模型

2.1 基本假設(shè)

（1）按照平面應(yīng)變建立有限元模型，選用全牛頓-拉普森迭代方法，每進(jìn)行一次平衡迭代修改剛度矩陣一次。邊界條件為左右兩側(cè)水平約束，下部固定，上部為自由邊界。邊界范圍對有限元計算精度影響較大，模型范圍：坡腳到左側(cè)邊界的距離為坡高的1.5 倍，坡頂?shù)接叶诉吔绲木嚯x為坡高的2.5倍，上下邊界總高度不低于2 倍坡高。模型長度為125 m，高度60 m，厚度15 m，見圖2。

圖2 有限元網(wǎng)格

（2）后排樁后始終作用主動土壓力。樁間土和前排樁被動區(qū)的土采用彈簧模擬；整個結(jié)構(gòu)是一個門型鋼架結(jié)構(gòu)；被動區(qū)土體的反力不能大于被動土壓力。

（3）用梁單元模擬抗滑樁，抗滑樁與系梁的連接均為剛性節(jié)點(diǎn)，可以協(xié)調(diào)前后排樁的變形并傳遞彎矩及剪力，并根據(jù)之前SLOPE 軟件計算的剩余下滑力換算成梁荷載均勻并垂直加至后排樁（梁）上，樁后土體豎向應(yīng)力等效成荷載加至樁后土體上，進(jìn)行初始地應(yīng)力分析，見圖3。

圖3 進(jìn)行初始地應(yīng)力分析

2.2 材料參數(shù)

抗滑樁及樁頂系梁為C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，滑體主要有全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（含高嶺土成分較高），滑床為中強(qiáng)風(fēng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖及炭質(zhì)頁巖互層，部分鉆孔見空洞，巖性復(fù)雜。有限元分析時，抗滑樁、樁頂系梁、滑床巖土體為線彈性材料，僅需考慮彈性模量、泊松比、重度，樁和巖土體相關(guān)材料參數(shù)見表1。

表1 材料物理力學(xué)參數(shù)

3 數(shù)值模擬結(jié)果對比分析

在下滑力及相關(guān)參數(shù)不變的情況下，分別建立直徑2.6 單排抗滑樁、雙排直徑2 m 有樁頂系梁抗滑樁和雙排直徑2 m 無樁頂系梁抗滑樁三種有限元模型，并對比三種模型抗滑樁內(nèi)力及位移分布的異同?？够瑯赌Ｐ蛥?shù)及受力參數(shù)見表2、表3。

表2 模型相關(guān)參數(shù)

表3 抗滑樁受力相關(guān)參數(shù)

3.1 三種模型彎矩分布及分析

三種不同抗滑樁樁身彎矩布設(shè)，見圖4～圖6。

圖4 單排抗滑樁彎矩

圖5 雙排樁頂無系梁抗 滑樁彎矩

圖6 雙排樁頂有系梁抗滑樁彎矩

可以看出，圖4、圖5 最大彎矩位于位于滑面以下，圖6 最大彎矩位于樁頂，這是由于樁頂系的設(shè)置與抗滑樁組成了超靜定鋼架結(jié)構(gòu)，連接處形成反彎矩，與前兩種類型相比，樁頂加系梁抗滑樁滑面以下最大彎矩大幅度減少，并且前、后排樁受力均勻，分布較協(xié)調(diào)，抗滑樁彎矩對比見表4。

表4 抗滑樁彎矩對比

3.2 三種模型剪力分布及分析

三種不同抗滑樁樁身剪力布設(shè)見圖7～圖9，最大剪力均位于滑面處，雙排抗滑樁與單排樁相比滑面處最大剪力明顯較少，樁頂加系梁抗滑樁最大彎矩與無系梁相比變化不大，但是樁頂剪力有所增大，樁底剪力大幅減小，并且前、后排樁受力均勻，分布較協(xié)調(diào)，剪力對比見表5。

表5 抗滑樁剪力對比

圖7 單排抗滑樁剪力

圖8 雙排樁頂無系梁抗 滑樁剪力

圖9 雙排樁頂有系梁抗 滑樁剪力

3.3 三種模型位移分析

單排樁樁頂位移明顯大于雙排樁樁頂位移量，但是雙排加系梁抗滑樁由于樁頂系梁的設(shè)置，整體剛度增大，整體性較雙排不加系梁更好，位移量最小且前后排樁樁頂位移趨于一直，變形更協(xié)調(diào)，樁頂位移見表6。

表6 抗滑樁位移對比

3.4 雙排樁其他優(yōu)點(diǎn)比較

雙排抗滑樁由于彎矩較單排樁大幅減少，雖然混凝土方量每延米增加0.97 m3，但是彎矩可減少近5 000 kN·m，同等地質(zhì)鉆孔條件下，可大幅減少造價，更經(jīng)濟(jì)合理。

由于前后排樁彎矩、剪力相差不大，便于工程設(shè)計時采用同樣類型的樁基配筋，避免增加不必要的工序。而由于坡體下滑力較大，單排抗滑樁經(jīng)常需配置雙層鋼筋才能滿足抗拉要求，且單排樁須采用大噸位旋挖鉆機(jī)，煤系地層邊坡易塌孔，對場地范圍要求較高。

4 結(jié)語

（1）三種形式抗滑樁均能治理滑坡體，但是雙排抗滑樁抵抗力大、樁頂位移小而均勻，較單根大直徑抗滑樁和雙排無系梁抗滑樁節(jié)相比具有造價低、便于施工等優(yōu)點(diǎn)。（2）傳統(tǒng)計算方法m、k 法中地基系數(shù)的取值對抗滑樁內(nèi)力位移計算影響較大，因粵北地區(qū)構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)條件發(fā)雜，常見巖性互層現(xiàn)象，對地基系數(shù)的選擇靠經(jīng)驗(yàn)值選擇較多，而GEO5 有限元模塊僅對彈性模量和泊松比取值要求，對邊界條件荷載條件、地層條件處理較簡單，事實(shí)證明采用該軟件進(jìn)行抗滑樁的內(nèi)力、位移計算是可行的。（3）綜合考慮雙排樁頂加系梁抗滑樁的內(nèi)力、位移變形特點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)、施工因素，在大中型復(fù)雜煤系地層邊坡中建議采用雙排樁頂加系梁的抗滑樁形式。