劉立鋒

中國成達工程有限公司 成都 610041

在山區(qū)化工裝置的場平設計中，經(jīng)常會遇到高填方邊坡，如何保證高大邊坡的穩(wěn)定，一直以來是岸土工程研究的熱點問題。當填方邊坡下地基土的力學性能較好時，邊坡的穩(wěn)定可以滿足，可不做處理。當?shù)鼗恋牧W性能較好時，邊坡的整體穩(wěn)定滿足不了要求時，需對邊坡及地基采用相關的加強措施以保證邊坡的整體穩(wěn)定。邊坡的失穩(wěn)主要原因是邊坡在自重和附加荷載作用下，因邊坡回填土及地基土的抗剪強度不足，在邊坡內(nèi)部形成了一個滑動面，滑動面以上的土體整體滑出，具體見圖1所示。該滑動面的大小和位置隨土體的抗剪強度而變化，土體的抗剪強度越大，滑動面的位置越深，滑動面的長度越長，相應的邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)越大。因此，對于邊坡穩(wěn)定的加強措施就是增強滑動面周邊范圍內(nèi)的土體的抗剪強度。增強的措施有多種，通過設置土工格柵加強回填土的強度；對于淺層滑面，可以通過強夯增加地基土的強度；對于深層滑面，可采用鉆孔灌注樁或高壓旋噴樁或碎石樁來進行深層地基的處理。

圖1 邊坡滑動面

1 邊坡穩(wěn)定加固措施分析

對于邊坡穩(wěn)定的加固措施有多種，但哪一種措施最合適，還是要根據(jù)邊坡具體的高度、回填土及地基土的力學性能進行具體分析。以下以某一項目的高填方邊坡為例，根據(jù)其場地的實際情況，擬采用土工格柵、鉆孔灌注樁以及高壓旋噴樁3種方式進行邊坡的加固，并通過有限元模型對邊坡的整體穩(wěn)定性進行分析，對比各種加固措施對邊坡整體穩(wěn)定性的影響效果，并根據(jù)分析結果給出最適用于本邊坡的具體加固措施的建議。

1.1 邊坡穩(wěn)定分析條件

該邊坡的最高高度為35.5m，坡率為1：1.75，邊坡沿高度方向每8m設一馬道，馬道寬3m。具體斷面尺寸見圖2。

圖2 斷面尺寸圖

邊坡回填土及邊坡以下地基土的力學參數(shù)見表1。

表1 地基土的力學參數(shù)

1.2 邊坡穩(wěn)定分析工況

在邊坡分析過程中，主要考慮2個設計狀況：正常使用設計狀況和地震設計狀況。其中，正常使用設計狀況包括自重和上部附加荷載70kN/m2，地震設計狀況除包含正常作用狀況下的荷載外，還要考慮五千年一遇的水平地震作用，即0.075g的水平地震力，這兩個工況也是一般邊坡穩(wěn)定分析的主要工況。

1.3 邊坡穩(wěn)定分析中采用的加固措施

在分析過程中，對于邊坡的加固措施，選用3種加固方式：①土工格柵，土工格柵間距為2.0m，土工格柵的長期強度為100kN/m；②鉆孔灌注樁，樁徑為1.5m，間距為3m，位于邊坡的下端；③高壓旋噴樁，樁徑為0.5m，間距為2m，位于邊坡底端自坡腳20m范圍內(nèi)，旋噴樁的設計強度為5MPa。對于每一種加固措施，分別建立有限元模型進行分析，得到相應的邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)。

1.4 有限元模型

本次分析采用PLAXIS-2D巖土有限元軟件進行分析，對于邊坡中的土體，采用15節(jié)點平面應變單元進行模擬，采用摩爾庫侖模型考慮土體的彈塑性，對于樁，采用板單元進行模板，對于土工格柵，采用土工格柵單元進行模擬。具體的有限元模型見圖3。

圖3 有限元模型

2 邊坡穩(wěn)定分析結果

為得到不同加固措施對邊坡整體穩(wěn)定的影響效果，對邊坡未加固情況下的整體穩(wěn)定性進行了分析，具體結果如下：

2.1 邊坡未加固時的整體穩(wěn)定結果

根據(jù)規(guī)范要求，邊坡的穩(wěn)定計算需要考慮兩種設計狀況，分別為正常使用狀況和地震狀況，以下是兩種設計狀況下的分析結果：

2.1.1 正常使用狀況下的整體穩(wěn)定

在正常使用狀況下，邊坡只受自重和上部附近加荷載的作用，該工況下的穩(wěn)定系數(shù)Sf=1.371，變形圖及安全系數(shù)見圖4。

圖4 正常使用設計狀況下的安全系數(shù)

2.1.2 地震狀況下的整體穩(wěn)定

在地震狀況下，邊坡除了受自重和上部附加荷載外，還承受五千年一遇地震荷載的作用，該工況下的穩(wěn)定系數(shù)Sf=1.102，變形圖及安全系數(shù)見圖5。

圖5 地震設計狀況下的安全系數(shù)

如果上述分析得到的安全系數(shù)滿足桿關規(guī)范要求，可不進行邊坡加固處理；如不滿足，則需要加固處理。本項目的邊坡不滿足相關規(guī)范要求，需進行邊坡加固處理，以下是不同加固方式得到的整體穩(wěn)定安全系數(shù)。

2.2 采用土工格柵加固后邊坡的整體穩(wěn)定結果

對應于邊坡未設置加固措施的設計工況，采用加固措施后仍按兩種設計狀況給出結果，具體如下：

2.2.1 正常使用狀況下的整體穩(wěn)定

根據(jù)有限元分析，使用土工格柵加固時正常使用設計狀態(tài)下的安全系數(shù)Sf=1.443，分析得到的變形圖及安全系數(shù)見圖6。

圖6 土工格柵加固時正常使用設計狀況下的安全系數(shù)

2.2.2 地震狀況下的整體穩(wěn)定

根據(jù)有限元分析，使用土工格柵回固時地震設計狀態(tài)下的安全系數(shù)Sf=1.159，分析得到的變形圖及安全系數(shù)見圖7。

圖7 土工格柵加固時地震設計狀況下的安全系數(shù)

2.3 采用鉆孔灌注樁加固后邊坡的整體穩(wěn)定結果

采用鉆孔灌注樁加固措施后按兩種設計狀況給出的分析結果，具體如下：

2.3.1 正常使用狀況下的整體穩(wěn)定

根據(jù)有限元分析，采用鉆孔樁時正常使用設計狀態(tài)下的安全系數(shù)Sf=1.466，分析得到的變形圖及安全系數(shù)見圖8。

圖8 鉆孔灌注樁加固時正常使用設計狀況下的安全系數(shù)

2.3.2 地震狀況下的整體穩(wěn)定

根據(jù)有限元分析，采用鉆孔樁時地震設計狀態(tài)下的安全系數(shù)Sf=1.18，分析得到的變形圖及安全系數(shù)見圖9。

圖9 鉆孔灌注樁加固時地震設計狀況下的安全系數(shù)

2.4 采用高壓旋噴樁加固后邊坡的整體穩(wěn)定結果

采用高壓旋噴樁加固后按兩種設計狀況給出的分析結果，具體如下：

2.4.1 正常使用狀況下的整體穩(wěn)定

根據(jù)有限元分析，采用鉆孔樁時正常使用設計狀態(tài)下的安全系數(shù)Sf=1.562，分析得到的變形圖及安全系數(shù)見圖10。

圖10 高壓旋噴樁加固時正常使用設計狀況下的安全系數(shù)

2.4.2 地震狀況下的整體穩(wěn)定

根據(jù)有限元分析，采用鉆孔樁時地震設計狀態(tài)下的安全系數(shù)Sf=1.264，分析得到的變形圖及安全系數(shù)見圖11。

圖11 高壓旋噴樁加固時地震設計狀況下的安全系數(shù)

2.5 整體穩(wěn)定結果匯總

對上述不同加固措施進行整體穩(wěn)定分析，得出的結果進行匯總整理后得到表2。

表2 不同加固措施進行整體穩(wěn)定分析匯總表

根據(jù)表2匯總結果，可得到不同加固措施下邊坡安全系數(shù)的百分比，見表3。

表3 固措施下邊坡安全系數(shù)的百分比

由表3匯總結果可知，對于該項目的邊坡來說，采用不同的加固措施均可提高邊坡的穩(wěn)定性，但加固后的效果卻不同，其中，土工格柵加固效果一般，鉆孔灌注樁的效果較好，高壓旋噴樁的加固效果最好。

3 結語

由上述結果可知，采用高壓旋噴樁加固邊坡時，無論是在正常使用設計狀況還是在地震設計狀況下，邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)提高得最快，因此從技術方面，對該項目的邊坡采用高壓旋噴樁是最有效的加固措施，建議在設計中選用。當然，實際實施過程中還要考慮各種加固措施的經(jīng)濟性和施工可行性。