李海燕

（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局林家村水電站,陜西 寶雞 721000）

0 前言

錨桿的設(shè)置位置選擇在錨桿支護(hù)加固方式中十分關(guān)鍵,不同的位置選擇,會(huì)造成錨桿支護(hù)對(duì)邊坡的加固效果不同,在采用相同數(shù)量錨桿對(duì)邊坡進(jìn)行加固時(shí),位置選擇恰當(dāng)有時(shí)會(huì)達(dá)到事半功倍的效果,但是,現(xiàn)代邊坡工程錨桿支護(hù)加固施工中,由于設(shè)計(jì)的安全系數(shù)較高,往往忽略了這一點(diǎn)。張宗領(lǐng)等[1]認(rèn)識(shí)到在基坑轉(zhuǎn)角處錨桿復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)墻體有明顯的空間效應(yīng)的特點(diǎn),提出可對(duì)這一優(yōu)點(diǎn)加以利用,以節(jié)約轉(zhuǎn)角處錨桿的用量,以免該位置處設(shè)計(jì)過(guò)于保守,增加工程量和造價(jià),通過(guò)在三維有限元軟件中建立全尺寸模型,分析計(jì)算相應(yīng)的基坑轉(zhuǎn)角處的空間優(yōu)化效應(yīng),為錨桿支護(hù)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了根據(jù)。程建華等[2]為進(jìn)一步研究復(fù)合錨桿支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性,在討論極限平衡法及有限元法局限性的基礎(chǔ)上,提出運(yùn)用突變論評(píng)價(jià)體系穩(wěn)定性的新思路。首先,根據(jù)錨桿支護(hù)的加固機(jī)理將復(fù)合支護(hù)體系簡(jiǎn)化為作用于釘土加固體的單一支護(hù)體系,并建立簡(jiǎn)化力學(xué)模型；其次,根據(jù)釘土加固體的能量方程建立勢(shì)函數(shù),引入突變模型,通過(guò)變量轉(zhuǎn)換得出標(biāo)準(zhǔn)形式；最后,由失穩(wěn)判據(jù)求解釘土加固體的臨界狀態(tài)。研究結(jié)果表明將復(fù)合錨桿支護(hù)體系視為釘土加固體,以塑型耗散能增量作為突變判據(jù),可用于評(píng)判其整體穩(wěn)定性。所提出的方法對(duì)于推進(jìn)復(fù)合錨桿支護(hù)體系的穩(wěn)定性分析有著一定的參考作用和借鑒意義。朱曉云等[3]采用FLAC3D分別研究了錨桿墻與樁錨組合支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)北京某深基坑的加固效果,得出了在采用兩種不同方案時(shí),基坑的哪些部位可以進(jìn)行縮短或弱化處理,為節(jié)約工程成本提供了參考。苑金秒等[4]通過(guò)結(jié)合工程實(shí)例分析了錨桿墻在基坑開(kāi)挖工程中的設(shè)計(jì)方法上的進(jìn)一步改進(jìn)方向。朱彥鵬等[5]采用有限元PLAXIS軟件對(duì)西北某深基坑工程進(jìn)行了初次支護(hù)及二次加固的二維數(shù)值計(jì)算,然后將獲得的數(shù)值結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照后,認(rèn)為該基坑經(jīng)過(guò)二次加固后的穩(wěn)定性良好。

下文對(duì)黏土邊坡進(jìn)行錨桿不同位置設(shè)置的邊坡穩(wěn)定性研究,通過(guò)模擬同一邊坡同種數(shù)量的錨桿支護(hù)條件下,上部錨桿位置設(shè)置不同時(shí),指示邊坡穩(wěn)定性的邊坡安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果和指示邊坡穩(wěn)定性的最終的臨界滑面上土體的摩擦強(qiáng)度大小結(jié)果的分析比較,得出該黏土邊坡在采用錨桿加固方式對(duì)其進(jìn)行加固時(shí),錨桿應(yīng)設(shè)置的位置。

1 工程地質(zhì)

該土質(zhì)邊坡工程位于陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局林家村水電站,邊坡的穩(wěn)定對(duì)水電站運(yùn)行非常關(guān)鍵,第四紀(jì)沉積黏土構(gòu)成了該邊坡土體的主要組成成分,第四紀(jì)沉積黏土的相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1,該邊坡的幾何特征見(jiàn)圖1。

圖1 黏土邊坡剖面

表1 沉積黏土層參數(shù)

2 Geo-studio軟件簡(jiǎn)介

Geo-studio巖土工程軟件內(nèi)置了多個(gè)分析計(jì)算模塊,各個(gè)模塊設(shè)置專為不同的特別計(jì)算分析,其中的Slope是設(shè)計(jì)為邊坡相關(guān)工程的計(jì)算分析服務(wù)的,在該模塊中,既可以進(jìn)行樁基和支護(hù)方式對(duì)邊坡工程進(jìn)行加固設(shè)置,又可以進(jìn)行錨桿支護(hù)的加固方式設(shè)置。通過(guò)將錨桿的位置坐標(biāo)進(jìn)行變化,即可進(jìn)行相應(yīng)不同位置下錨桿支護(hù)對(duì)邊坡加固效果的研究分析。

3 邊坡體模型建立

依托如圖1中所示的公路路塹邊坡模型,構(gòu)建成了如圖2所示用于數(shù)值計(jì)算的邊坡模型,通過(guò)將下部錨桿位置進(jìn)行固定,變化上部另一根錨桿的具體位置,分析兩種情形下,得到的穩(wěn)定性相關(guān)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。

圖2 邊坡計(jì)算模型

4 模擬結(jié)果

先固定最下端一根錨桿位置,變化上部錨桿位置時(shí)計(jì)算求解的安全系數(shù)和土體抗剪強(qiáng)度,比較不同位置錨桿加固時(shí)邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。

（1）上部錨桿位置位于第二根時(shí)

如圖3 所示（圖中之所以建立四根,是為了方便描述錨桿設(shè)置位置,其中的兩根沒(méi)有設(shè)置相應(yīng)的作用力）,采用兩根錨桿進(jìn)行加固時(shí),將上部錨桿位置設(shè)置成第二根時(shí),計(jì)算求解得到的穩(wěn)定性相關(guān)參數(shù)和滑移面指示結(jié)果,圖中位于上方紅圈旁邊位置處的橫線上方的標(biāo)注值是最終計(jì)算得到的安全系數(shù),由圖中可知,當(dāng)上部錨桿位置設(shè)置成第二根時(shí),該第四紀(jì)黏土邊坡經(jīng)過(guò)兩根錨桿加固后的安全系數(shù)值為1.332,滿足《建筑基坑設(shè)計(jì)規(guī)范》中的邊坡工程應(yīng)具有大于1.2 的安全系數(shù)要求,說(shuō)明邊坡是安全的。

圖3 第二根和第四根有作用力時(shí)的邊坡穩(wěn)定性

圖4所示為設(shè)置第二根和第四根錨桿有作用力時(shí)臨界滑面上土體的摩擦強(qiáng)度隨著X值的變化特征,由圖可知,當(dāng)設(shè)置第二根和第四根錨桿有作用力,對(duì)該邊坡進(jìn)行加固時(shí),土體中臨界滑面上土體的最大摩擦強(qiáng)度約為95 kPa,并且從臨界滑面的最左側(cè)土條開(kāi)始,隨著土條位置逐漸向右,摩擦強(qiáng)度逐漸增大,當(dāng)在18 m左右位置達(dá)到極大值95 kPa后,迅速減小,當(dāng)?shù)竭_(dá)位置21 m左右處,減小至0 kPa左右,在達(dá)到27 m時(shí),最終減小至0 kPa,說(shuō)明臨界滑體的左半邊土體承受的摩擦強(qiáng)度較大,在臨界滑面上發(fā)揮了較大作用。

圖4 第二根和第四根有作用力時(shí)的滑面抗剪強(qiáng)度

（2）上部錨桿位置位于最上端時(shí)

如圖5 所示（圖中之所以建立四根,是為了方便描述錨桿設(shè)置位置,其中的兩根沒(méi)有設(shè)置相應(yīng)的作用力）,采用兩根錨桿進(jìn)行加固時(shí),將上部錨桿位置設(shè)置成第一根時(shí),計(jì)算求解得到的穩(wěn)定性相關(guān)參數(shù)和滑移面指示結(jié)果,圖中位于上方紅圈旁邊位置處的橫線上方的標(biāo)注值是最終計(jì)算得到的安全系數(shù),由圖中可知,當(dāng)上部錨桿位置設(shè)置成第一根時(shí),該第四紀(jì)黏土邊坡經(jīng)過(guò)兩根錨桿加固后的安全系數(shù)值為1.101,明顯小于將該根錨桿位置設(shè)置為第二根時(shí)的安全系數(shù)求解結(jié)果,且不滿足《建筑基坑設(shè)計(jì)規(guī)范》中的邊坡應(yīng)具有大于1.2 的安全系數(shù)要求,說(shuō)明邊坡是有可能發(fā)生失穩(wěn)破壞的。

圖5 最上端和最下端兩根錨桿有作用力時(shí)的邊坡穩(wěn)定性

圖6所示為設(shè)置第一根和第四根錨桿有作用力時(shí)臨界滑面上土體的摩擦強(qiáng)度隨著X值的變化特征,由圖中可知,當(dāng)設(shè)置第一根和第四根錨桿有作用力,對(duì)該邊坡工程進(jìn)行加固時(shí),土體中臨界滑面上土體的最大摩擦強(qiáng)度約為96 kPa,并且從臨界滑面的最左側(cè)土條開(kāi)始,隨著土條位置逐漸向右,摩擦強(qiáng)度逐漸增大,當(dāng)在18 m左右位置達(dá)到極大值96 kPa后,迅速減小,當(dāng)?shù)竭_(dá)位置21 m左右處,減小至0 kPa左右,右端土條與臨界滑面的摩擦作用力明顯小于設(shè)置第二根和第四根錨桿有作用力時(shí)的情況,在達(dá)到24 m左右時(shí),最終減小至0 kPa,說(shuō)明左半邊土體承受的摩擦強(qiáng)度較大,在臨界滑面上發(fā)揮了較大作用,同時(shí)說(shuō)明了臨界滑體相對(duì)于設(shè)置第二根和第四根錨桿有作用力時(shí)的臨界滑體體積較小,臨界滑面上發(fā)揮摩擦作用的土條相對(duì)較少。

圖6 最上端和最下端兩根錨桿有作用力時(shí)的滑面抗剪強(qiáng)度

5 結(jié)論

（1）采用兩根錨桿對(duì)土質(zhì)邊坡進(jìn)行加固時(shí),當(dāng)上部錨桿位置設(shè)置成第一根時(shí),該第四紀(jì)黏土邊坡經(jīng)過(guò)兩根錨桿加固后的安全系數(shù)值為1.101,明顯小于將該根錨桿位置設(shè)置為第二根時(shí)的安全系數(shù)求解結(jié)果。

（2）采用兩根錨桿對(duì)土質(zhì)邊坡進(jìn)行加固時(shí),當(dāng)上部錨桿位置設(shè)置成第一根時(shí),臨界滑體相對(duì)于設(shè)置成第二根時(shí)的臨界滑體體積較小,臨界滑面上發(fā)揮摩擦作用的土條相對(duì)較少。