徐峰光，韓 雨，趙 丹

(中冀建勘集團有限公司，河北 石家莊 050200)

0 前言

山區(qū)邊坡工程地形地貌復雜，邊坡工程穩(wěn)定性問題較為普遍，因此，為了使邊坡有較大的安全儲備，在進行加固設(shè)計時，通常采用有較大抗剪能力的抗滑樁對邊坡進行加固。李建平等[1，2]對樁基加固地鐵高速涵洞的效果進行了多方案的對比研究，隨后采用三維有限元對后續(xù)的樁基沉降位移進行了可靠預測，將數(shù)值計算結(jié)果與施工過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比，驗證了數(shù)值計算結(jié)果的可用性，并進一步采用數(shù)值模擬對未來工程項目使用年限內(nèi)的沉降位移進行了預測，結(jié)果表明，該樁基加固方案穩(wěn)妥可行。敬靜等[3-5]采用基于快速拉格朗日差分方法的數(shù)值計算軟件FLAC3D對樁基加固節(jié)理巖質(zhì)邊坡的施工效果進行了分析研究，在對邊坡進行安全系數(shù)計算時，采用了強度折減法，詳細探討了邊坡節(jié)理面傾角、樁設(shè)置長度、樁設(shè)置位置與加固后的邊坡安全性的關(guān)系，結(jié)果指示：當樁長大于臨界樁長時，繼續(xù)增加樁的長度，在加固效果不會有明顯提升，位于節(jié)理面以上的樁基長度決定著樁基對邊坡的加固效果；樁基位置選擇極大影響加固效果；此外，樁自身承受的剪力和抗彎彎矩對不同情況下的樁基均表現(xiàn)處周期性的變化波形，在樁身與巖質(zhì)邊坡的節(jié)理面交點處樁身所承受剪力最大，而剪力為0處，樁基所承受的抗彎彎矩最大。最后作者給出了樁基設(shè)計的建議，幫助了類似工程邊坡的加固設(shè)計。李善等[6-7]試圖通過對常見樁基施工加固措施和方法的對比基礎(chǔ)上，獲取新的可靠樁基加固施工方案從而解決工程中由于施工方法存在缺陷而導致的樁底脫空問題，其在確定了新的施工工藝后，對采用新的施工工藝的樁基加固工程進行了應力和變形監(jiān)測，結(jié)果證明了所提新的施工工藝的性能。吳中鑫等[8-9]研究了傳統(tǒng)反壓系統(tǒng)的特點，提出了新的反壓系統(tǒng)設(shè)置方案，從而為加固橋梁橋墩提供了經(jīng)濟、有效、可靠且能夠縮短施工工期的新型方法，該方法得到了明確驗證，為施工單位提供了幫助。陸亞明等[10-11]從三維角度對采用樁基加固形式的邊坡安全系數(shù)變化進行了分析研究，通過采用有限元數(shù)值模擬中的強度折減法分別計算三種不同性質(zhì)的樁基加固邊坡后的效果，獲取相應的安全系數(shù)，并作為基準值與規(guī)范中其他理論計算方法進行了對比研究，結(jié)果說明在采用不同性質(zhì)樁基加固邊坡時，理論計算方法應加以甄別后才能有效可靠計算加固后的邊坡安全系數(shù)。

本文采用Geo-studio軟件開展對位于某南方省份的實體土體邊坡的樁基加固方案研究，主要分析了兩排和三排樁加固方案條件下的臨界滑面上的應力、彎矩、安全系數(shù)隨著計算時程的變化過程和最終平衡狀態(tài)的安全系數(shù)值，用以反應不同數(shù)量樁基設(shè)置時，邊坡穩(wěn)定性的特點。

1 工程地質(zhì)

該工程位于某南部省份海邊山區(qū)公路旁邊坡，邊坡的穩(wěn)定性對于道路的通暢運營至關(guān)重要，邊坡剖面示意圖如圖1所示，邊坡土體主要有三層組成，最下層為花崗巖基巖層，中間層為弱風化花崗巖層，最上層是全風化殘積土層，表1總結(jié)了各層材料的物理力學參數(shù)。

圖1 土質(zhì)邊坡剖面

表1 各層材料物理力學參數(shù)

2 Geo-studio簡介

Geo-studio軟件建模方便，計算效率高，同一邊坡，不同加固方式設(shè)計效果研究時，不需要重復建模，只需改變或者增加相應的加固條件，即可實現(xiàn)重復高效計算，從而為邊坡工程的研究提供了極大便利。

3 構(gòu)建實體工程模型

由圖1中的實體土質(zhì)工程邊坡，構(gòu)建相應的數(shù)值模擬計算邊坡模型，首先構(gòu)建邊坡輪廓，劃分不同區(qū)域，用以區(qū)別不同的材料層，并建立相應材料屬性賦予各個土層，最后，用于計算的土質(zhì)邊坡數(shù)值模型如圖2和圖3所示。

圖2 兩排樁基加固邊坡模型

圖3 三排樁基加固邊坡模型

4 數(shù)值模擬結(jié)果

分別比較兩種樁基不同數(shù)量加固條件下的邊坡安全系數(shù)，從而確定有效的加固邊坡的樁基設(shè)計方案。

4.1 兩排樁基加固時

如圖4所示是采用兩排樁基對該土質(zhì)邊坡進行加固時的計算結(jié)果，圖中主要表征了計算后的安全系數(shù)，同時有邊坡形態(tài)，相應安全系數(shù)的臨界滑面，以及數(shù)值計算過程中采用的計算方法-條分法和各層材料圖例，由圖可知，在采用兩排樁基樁端持力層進基巖的加固方式對其加固后，土體邊坡的安全系數(shù)為1.117，該安全系數(shù)值大于1，表明采用兩排樁基加固時，能夠使邊坡穩(wěn)固，但是安全系數(shù)與1.0較為接近。

圖4 兩排樁基加固時的計算結(jié)果

如圖5所示是對應兩排樁基加固方式時的臨界滑面上的力學參數(shù)的變化過程，由圖可知，計算過程中，臨界滑面所承受的力逐漸增大，而所承受的彎矩則隨著計算時程的增加而不斷減小，最后，力和力矩均達到了一個平衡值，該平衡值對應相應的安全系數(shù)。

圖5 兩排樁基加固時力學特性變化

4.2 對實體土質(zhì)邊坡工程三排樁基加固時

如圖6所示是采用三排樁基對該土質(zhì)邊坡進行加固時的計算結(jié)果，圖中主要表征了計算后的安全系數(shù)，同時有邊坡形態(tài)，相應安全系數(shù)的臨界滑面，以及數(shù)值計算過程中采用的計算方法-條分法，由圖可知，在采用三排樁基樁端持力層進基巖的加固方式對其加固后，土體邊坡的安全系數(shù)提升為1.186，明顯高于采用兩排樁基進行加固時的值，同時，該安全系數(shù)值大于1，表明采用三排樁基加固時，能夠使邊坡穩(wěn)固，此時，邊坡的安全系數(shù)相較于采用兩排樁基加固方式加固時的值更為遠離1.0的臨界安全系數(shù)值，因此，由此安全系數(shù)表征結(jié)果，可以看出，采用三排樁基對邊坡進行加固時更為可靠。

圖6 采用三排樁基加固時模擬結(jié)果

由圖7所示，三排樁基加固方式下，實體土質(zhì)邊坡工程的臨界滑面上的力學參數(shù)變化過程與采用兩排加固方式時類似。因此，在計算過程中，臨界滑面所承受的力逐漸增大，而所承受的彎矩則隨著計算時程的增加而不斷減小。最后，力和力矩均達到了一個平衡值，該平衡值對應相應的平衡時的安全系數(shù)。說明數(shù)值軟件計算過程中，土體所承受的力和力矩不斷變化，主要變化形式是，土體最初由于有著向下的運動趨勢，而由于界面之間的摩擦作用，這種運動趨勢受到阻礙，這就自然使土體所承受的力矩較大，而隨著土體之間的相互摩擦蠕變，力矩逐漸轉(zhuǎn)化成以力的形式存在于土體中，因此有了上述隨著計算的不斷向前，力和力矩的相應變化過程，這與實體開挖工程邊坡開挖后的土體中的內(nèi)力和內(nèi)力矩變化過程一致，說明了計算過程的正確性和所獲結(jié)果的有效性。

圖7 三排樁基加固時的力學特性變化

5 結(jié)語

(1)該實體土質(zhì)邊坡工程在采用兩排樁基進行加固時，其中，兩排樁基樁端均保證進入基巖，計算所得該實體土體邊坡工程的安全系數(shù)為1.117，與1.0值較為接近。

(2)該實體土質(zhì)邊坡工程在采用三排樁基進行加固時，其中，同樣的，三排樁基樁端均保證進入基巖，建立固定端型樁基，計算所得該實體土體邊坡工程的安全系數(shù)為1.186，高于兩排樁基加固時的安全系數(shù)。

(3)由于三排樁基加固方式所獲邊坡穩(wěn)定性優(yōu)于兩排樁基加固方式的，因此，建議采用三排樁基加固方式。