作者簡介：杜 沖（1990—），工程師，主要從事公路設(shè)計工作。

摘要：文章探討了抗滑樁在邊坡中的加固效果以及抗滑樁參數(shù)變化對邊坡穩(wěn)定性的影響，得到以下結(jié)論：采用抗滑樁加固時，邊坡整體水平位移減小93%，且能有效阻止邊坡塑性區(qū)出現(xiàn)貫穿，具有良好的加固效果；一定范圍內(nèi)增大抗滑樁長度和樁徑可以有效增大邊坡安全系數(shù)和減小邊坡塑性區(qū)范圍；相比于增大樁長，增大抗滑樁樁徑對增大邊坡安全系數(shù)更有利；抗滑樁尤其是短樁，一般應(yīng)設(shè)置在坡體中下部，且以設(shè)置在坡腳最佳，不應(yīng)設(shè)置在坡體中上部。

關(guān)鍵詞：邊坡工程；抗滑樁；參數(shù)分析；數(shù)值模擬

中圖分類號：U416.1⁺4

0 引言

近年來，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，人們越來越重視工程建設(shè)的安全性和穩(wěn)定性。在坡度大、土壤松弛、水土流失等復(fù)雜地質(zhì)條件下，很多工程都面臨著土體滑動導(dǎo)致的安全隱患，而邊坡抗滑樁技術(shù)作為一種較為成熟的解決方案，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)工程領(lǐng)域中^[1-4]。邊坡抗滑樁是一種增加土體抗滑強(qiáng)度并降低滑坡風(fēng)險的工程結(jié)構(gòu)，其通過樁身的摩阻和樁內(nèi)的鋼筋混凝土，增加了土體和樁之間的粘結(jié)力，從而形成一種有效的抗滑結(jié)構(gòu)體系^[5-6]。一般而言，邊坡抗滑樁方案的設(shè)計涉及多種因素，如邊坡坡度、地層性質(zhì)、坡面荷載等，在抗滑樁的長度、直徑、間距等設(shè)計參數(shù)上，也需要依據(jù)工程現(xiàn)場情況靈活調(diào)整^[7-10]。因此，對邊坡抗滑樁技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計和參數(shù)影響研究，有助于提高邊坡的抗滑能力和工程安全穩(wěn)定能力^[11-12]。本文旨在探討抗滑樁在邊坡中的加固效果以及抗滑樁參數(shù)變化對邊坡穩(wěn)定性的影響，以期為邊坡工程抗滑措施的優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。

1 工程概況

某邊坡位于西南某地區(qū)，以粉質(zhì)黏土為主，土質(zhì)較為松軟，導(dǎo)致路基邊坡的穩(wěn)定性存在一定隱患，給公路交通帶來了安全風(fēng)險。為了提高邊坡的穩(wěn)定性和可靠性，擬采用抗滑樁加固技術(shù)。圖1為抗滑樁加固邊坡示意圖。

2 數(shù)值建模

2.1 模型的建立

如圖2所示，使用大型有限元軟件ANSYS建立了數(shù)值分析二維模型，該邊坡模型整體長和高分別為105 m和40 m?？够瑯堕L度取12 m，抗滑樁截面為圓形，樁徑為1.4 m，樁位為10 m。建模過程中所有結(jié)構(gòu)均采用實體模型建立，計算采用摩爾-庫侖本構(gòu)模型。

2.2 參數(shù)賦值

表1為邊坡土體的物理力學(xué)參數(shù)表。表2是抗滑樁的基本力學(xué)參數(shù)。

3 抗滑樁加固邊坡及影響因素分析

3.1 抗滑樁加固前后邊坡穩(wěn)定性分析

下頁圖3所示為抗滑樁加固前后的邊坡的水平位移對比云圖。由圖3可知，當(dāng)無抗滑樁時，邊坡最大水平位移出現(xiàn)在坡趾附近，最大水平位移為1.83 m；當(dāng)采用抗滑樁加固時，邊坡整體水平位移明顯減小，最大水平位移出現(xiàn)在了抗滑樁樁頂附近，邊坡最大水平位移為0.13 m，同比減小了93%。

圖4所示為抗滑樁加固前后的邊坡等效塑性應(yīng)變云圖。由圖4可知，當(dāng)無抗滑樁時，邊坡塑性區(qū)出現(xiàn)了從坡頂?shù)狡轮旱呢灤?，最大?yīng)變值為0.39；當(dāng)采用抗滑樁加固時，由于抗滑樁的存在，有效阻止了邊坡塑性區(qū)出現(xiàn)貫穿，且塑性區(qū)寬度變窄，此時最大應(yīng)變值為0.33，較無抗滑樁時減小了15.4%。

綜上可知，采用抗滑樁對邊坡坡體加固具有良好的應(yīng)用效果。

3.2 抗滑樁參數(shù)變化時的邊坡穩(wěn)定性分析

抗滑樁加固效果的發(fā)揮與參數(shù)的選擇密切相關(guān)，為了研究抗滑樁參數(shù)變化對邊坡穩(wěn)定性的影響，本節(jié)主要研究抗滑樁樁長L、樁徑D和樁位R的影響。

3.2.1 抗滑樁樁長L的影響

如圖5所示，給出了邊坡安全系數(shù)隨抗滑樁樁長變化曲線，樁長分別取10 m、12 m、14 m、16 m、18 m、20 m和22 m。由圖5可知，相比于樁長取10 m時，樁長取12 m、14 m、16 m、18 m、20 m和22 m時邊坡安全系數(shù)分別增大了2.0%、3.5%、4.5%、6.2%、6.9%和6.8%，即當(dāng)樁長＜20 m時，邊坡安全系數(shù)隨著樁長的增大基本呈現(xiàn)出線性增長。在樁長20 m時邊坡安全系數(shù)達(dá)到峰值1.262，此時邊坡安全系數(shù)相比樁長為10 m時增大了6.9%，當(dāng)樁長繼續(xù)增大時，邊坡安全系數(shù)略減小。由此說明，增大抗滑樁長度一定程度上可以有效增大邊坡安全系數(shù)，但當(dāng)抗滑樁長度超過一定值后，增大樁長反而會降低邊坡安全系數(shù)。

為了對抗滑樁樁長變化帶來的影響進(jìn)行更加細(xì)致的分析，如圖6所示，給出了不同抗滑樁樁長時的邊坡等效塑性應(yīng)變云圖，重點對樁長取18 m、20 m和22 m時的工況進(jìn)行分析。

由圖6可知，當(dāng)抗滑樁樁長取18 m時，抗滑樁的樁底遭受剪切作用，邊坡塑性區(qū)出現(xiàn)了明顯從坡頂?shù)狡轮旱呢灤?，最大?yīng)變值為0.31；當(dāng)抗滑樁樁長取20 m時，由于樁的加長，使得原來貫穿的塑性區(qū)被阻斷，且坡頂塑性區(qū)寬度明顯減小，此時最大應(yīng)變值為0.15；當(dāng)抗滑樁樁長取22 m時，由于樁的持續(xù)加長，使得原來貫穿的塑性區(qū)進(jìn)一步得到阻斷，但相對樁長取20 m時邊坡塑性區(qū)范圍無明顯改善，此時最大應(yīng)變值為0.14。

綜上可知，增大抗滑樁長度可以有效減小邊坡塑性區(qū)范圍，但當(dāng)抗滑樁的樁長過小時，仍無法承受上部滑體產(chǎn)生的下滑力，因此，從安全和經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，該工程中抗滑樁樁長以取20 m為宜。

3.2.2 抗滑樁樁徑D的影響

抗滑樁樁徑D對抗滑樁作用的發(fā)揮有著重要的影響，如圖7所示，給出了邊坡安全系數(shù)隨抗滑樁樁徑變化曲線，樁徑分別取1.2 m、1.4 m、1.6 m、1.8 m、2.0 m和2.2 m。由圖7可知，相比于樁徑取1.2 m時，取1.4 m、1.6 m、1.8 m、2.0 m和2.2 m時邊坡安全系數(shù)分別增大了2.2%、3.3%、5.2%、7.2%和7.3%，即隨著樁徑的增大，邊坡安全系數(shù)呈現(xiàn)出整體增大的變化趨勢。在樁徑＜2.0 m時，邊坡安全系數(shù)隨著樁徑的增大基本呈現(xiàn)出線性增長，當(dāng)樁徑繼續(xù)增大時，邊坡安全系數(shù)增長變緩小。由此說明，一定范圍內(nèi)增大抗滑樁樁徑可以有效增大邊坡安全系數(shù)，但當(dāng)抗滑樁樁徑超過一定值后，再增大抗滑樁樁徑時邊坡安全系數(shù)基本不再增加。此外，對比圖5和圖7可以發(fā)現(xiàn)，相比于增大樁長，增大抗滑樁樁徑對增大邊坡安全系數(shù)更有利。

如圖8所示，給出了不同抗滑樁樁徑時的邊坡等效塑性應(yīng)變云圖，重點對樁徑取1.8 m、2.0 m和2.2 m時的工況進(jìn)行分析。由圖8可知，當(dāng)抗滑樁樁徑取1.8 m時，邊坡出現(xiàn)了兩道明顯的塑性區(qū)；隨著樁徑的增大，當(dāng)抗滑樁樁徑取2.0 m時，邊坡塑性區(qū)只剩余明顯的一道，且塑性區(qū)范圍也明顯減小；當(dāng)抗滑樁樁徑取2.2 m時，邊坡塑性區(qū)基本無變化。綜上可知，一定程度上增大抗滑樁樁徑，可以有效減小邊坡塑性區(qū)范圍，提高邊坡的穩(wěn)定性，從安全和經(jīng)濟(jì)角度考慮，該工程中抗滑樁樁徑以取2.0 m為宜。

3.2.3 抗滑樁樁位R的影響

如圖9所示，給出了邊坡安全系數(shù)隨抗滑樁樁位變化曲線，這里定義從樁中心至邊坡坡腳的水平距離為“樁位R”，樁位R分別取0 m、5 m、10 m、15 m、20 m、25 m和30 m。由圖9可知，相比于樁位取0 m時，樁位取5 m、10 m、15 m、20 m、25 m和30 m時邊坡安全系數(shù)分別減小了1.8%、1.9%、2.4%、2.1%、4.1%和6.0%，即隨著樁位R的增大，邊坡安全系數(shù)呈現(xiàn)出整體減小的變化趨勢，說明抗滑樁設(shè)置在坡腳時邊坡穩(wěn)定性最好。當(dāng)樁位R＜20 m時，隨著樁位的增大，邊坡安全系數(shù)減小趨勢較緩慢；在樁位＞20 m時，隨著樁位的增大，邊坡安全系數(shù)急劇降低。因此，抗滑樁一般應(yīng)設(shè)置在坡體中下部，且以設(shè)置在坡腳最佳，不應(yīng)設(shè)置在坡體中上部。

如下頁圖10所示，給出了不同抗滑樁樁位時的邊坡等效塑性應(yīng)變云圖，重點對樁位R取15 m、20 m和25 m時的工況進(jìn)行分析。由圖10可知，當(dāng)樁位由15 m增大至20 m時，邊坡塑性區(qū)進(jìn)一步增大，抗滑樁的作用效果進(jìn)一步削弱；當(dāng)樁位繼續(xù)增大至25 m時，邊坡塑性區(qū)基本發(fā)生貫通。由此可知，邊坡抗滑樁應(yīng)合理的布設(shè)在邊坡坡體的中下部，尤其當(dāng)樁長較短時。

4 結(jié)語

本文以某邊坡加固為例，探討了抗滑樁在邊坡中的加固效果以及抗滑樁參數(shù)變化對邊坡穩(wěn)定性的影響，得到以下結(jié)論：

（1）采用抗滑樁加固時，邊坡整體水平位移減小了93%，且能有效阻止邊坡塑性區(qū)出現(xiàn)貫穿，具有良好的加固效果。

（2）一定程度上增大抗滑樁長度和樁徑可以有效增大邊坡安全系數(shù)和減小邊坡塑性區(qū)范圍，從安全和經(jīng)濟(jì)角度考慮該工程中抗滑樁樁長以取20 m、樁徑以取2.0 m為宜。

（3）相比于增大樁長，增大抗滑樁樁徑對增大邊坡安全系數(shù)更有利。

（4）抗滑樁尤其是短樁，一般應(yīng)設(shè)置在坡體中下部，且以設(shè)置在坡腳最佳，不應(yīng)設(shè)置在坡體中上部。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏 巍.抗滑樁加固邊坡降雨條件下的穩(wěn)定性[J].山西建筑，2021，47（9）：49-50，53.

[2]柴軍鋒.基于數(shù)值模擬方法的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁加固邊坡分析[J].福建交通科技，2022（6）：31-34.

[3]何村染.抗滑樁加固邊坡的穩(wěn)定可靠度分析[J].工程技術(shù)研究，2018（14）：84-85.

[4]劉玉蓮.預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在公路邊坡加固中的應(yīng)用研究[J].西部交通科技，2022（7）：75-77.

[5]李見飛.抗滑樁加固邊坡三維穩(wěn)定因素的敏感性分析[J].工業(yè)建筑，2021，51（6）：156-164.

[6]王立超，曹雪嬌.抗滑樁加固邊坡的數(shù)值模擬研究[J].江蘇建筑，2021（6）：78-81.

[7]王素群，陳澤華.錨桿與抗滑樁在高速公路高邊坡加固中的應(yīng)用效果比選分析[J].黑龍江交通科技，2016，39（1）：7-9.

[8]韓 雷.抗滑樁加固邊坡影響因素分析[J].公路與汽運(yùn)，2022（5）：58-61.

[9]姜紅斌.錨桿抗滑樁加固邊坡的數(shù)值模擬研究[J].地下水，2023，45（1）：195-197.

[10]黃 延，陳雪亮.基于不同排布型式的弧形抗滑樁邊坡加固效果研究[J].能源與環(huán)保，2022，44（4）：24-29，44.

[11]黨偉華.采用抗滑樁的邊坡加固優(yōu)化設(shè)計[J].工程抗震與加固改造，2023，45（2）：136-141.

[12]丘 浩.抗滑樁加固邊坡效應(yīng)數(shù)值模擬分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2022，28（12）：62-66.