作者簡(jiǎn)介：

蔣志強(qiáng)（1975—），高級(jí)工程師，主要從事高速公路投資、建設(shè)與管理工作。

摘要：兩級(jí)公路邊坡因其復(fù)雜的材料、結(jié)構(gòu)組成常產(chǎn)生滑坡災(zāi)害，為公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。文章以廣西賀巴高速公路某古滑坡ZK7-9截面為研究對(duì)象，采用極限平衡法研究雙排抗滑樁對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：在上臺(tái)階設(shè)抗滑樁時(shí)，樁長(zhǎng)越大安全系數(shù)越高，而在下臺(tái)階設(shè)置第二根抗滑樁時(shí)，安全系數(shù)在28 m樁長(zhǎng)時(shí)達(dá)到最優(yōu)；增大樁的彈性模量和樁徑可以提高邊坡安全系數(shù)，但達(dá)到一定值后對(duì)安全系數(shù)影響不大。

關(guān)鍵詞：雙排抗滑樁；公路邊坡；極限平衡法；穩(wěn)定性分析

中圖分類號(hào)：U416.1+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 20 063 3

0 引言

隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略推進(jìn)，越來(lái)越多的公路工程走向地勢(shì)復(fù)雜的山谷丘陵，這對(duì)公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了挑戰(zhàn)［1-2］。多級(jí)公路邊坡因其含有多個(gè)滑坡帶，因此在實(shí)際工程中更易發(fā)生失穩(wěn)［3-4］，這引得許多學(xué)者對(duì)此開(kāi)始研究。楊校輝等［5］基于瑞典條分法，提出了多級(jí)黃土高邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法和多級(jí)邊坡滑移面搜索模型，結(jié)果表明，該多級(jí)邊坡穩(wěn)定性算法和多級(jí)邊坡滑移面搜索模型可以評(píng)價(jià)多級(jí)邊坡整體穩(wěn)定性。戴維森等［6］以某高速公路多級(jí)邊坡為例，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)和數(shù)值反演分析多級(jí)邊坡穩(wěn)定性，結(jié)果顯示其采用的錨桿支護(hù)方案對(duì)邊坡加固效果顯著。以往，抗滑樁加固多級(jí)邊坡多采用單個(gè)抗滑樁，因此研究雙排抗滑樁加固多級(jí)邊坡很有意義。

本文以廣西賀巴高速公路某古滑坡ZK7-9截面為研究對(duì)象，使用Geo Studio軟件，分析雙排抗滑樁長(zhǎng)、樁的彈性模量以及樁徑對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

1 模型的建立

廣西賀巴高速公路某古滑坡ZK7-9截面左側(cè)高81 m，右側(cè)高30 m，水平寬度為180 m，兩級(jí)邊坡臺(tái)階的坡率約為1∶1.5。采用Geo Studio軟件進(jìn)行建模，模型全局網(wǎng)格尺寸為2 m，滑帶處網(wǎng)格尺寸為1 m，抗滑樁處網(wǎng)格尺寸為0.5 m（如圖1所示）。邊坡土層材料參數(shù)和樁的初始參數(shù)如表1、表2所示。

2 未加固邊坡穩(wěn)定性分析

采用極限平衡法計(jì)算邊坡在無(wú)加固條件下的穩(wěn)定性，所得滑動(dòng)面如圖2所示，上部滑面安全系數(shù)為1.341，下部滑面安全系數(shù)為1.229。根據(jù)規(guī)范，下部滑面未達(dá)到要求。邊坡表現(xiàn)出淺層破壞形式，滑帶土在上、下部滑面中占約1/3區(qū)域，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大。

3 雙排抗滑樁加固邊坡穩(wěn)定性因素分析

3.1 樁長(zhǎng)的影響

上臺(tái)階抗滑樁的研究范圍取34～50 m，下臺(tái)階抗滑樁的研究范圍取17～33 m，得到不同樁長(zhǎng)條件下的安全系數(shù)如圖3所示。由圖3可知，上臺(tái)階設(shè)樁加固后，上下滑面的安全系數(shù)均有提高，增幅分別為3.8%和3.4%，隨著樁長(zhǎng)增加，上臺(tái)階滑面安全系數(shù)緩慢增加，在樁長(zhǎng)為50 m時(shí)，增幅達(dá)到5.4%。下臺(tái)階滑面安全系數(shù)先較快增加，隨后增速放緩，在樁長(zhǎng)為47 m時(shí)略有下降，之后繼續(xù)保持增長(zhǎng)。上臺(tái)階抗滑樁的最佳樁長(zhǎng)可取46 m，保持其不變，對(duì)下臺(tái)階設(shè)樁進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。由于下臺(tái)階的抗滑樁未經(jīng)過(guò)上部滑面，故其安全系數(shù)幾乎不變，但相比只設(shè)置單根樁時(shí)，安全系數(shù)增加了0.002～0.004。這是由于樁的加固作用使土體間更緊密，降低了下滑力。下部滑面安全系數(shù)先保持增大，隨后在樁長(zhǎng)＞28 m后趨于平緩，故取28 m作為下臺(tái)階樁的最佳樁長(zhǎng)。

邊坡加固前后及兩根樁底部附近X方向應(yīng)力分布如圖4所示。由圖4可知，在設(shè)樁加固前，邊坡應(yīng)力水平從上到下依次提高，下方滑帶靠近坡腳位置存在100 kPa的應(yīng)力突變，表明該處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，可能發(fā)生滑動(dòng)。設(shè)樁加固后，樁與滑帶、基巖交界處存在應(yīng)力突變的現(xiàn)象，而樁底存在鮞狀分布的應(yīng)力集中區(qū)域，與現(xiàn)有研究結(jié)果一致，最大應(yīng)力近1 200 kPa，位于上部臺(tái)階樁底部，表明抗滑樁發(fā)揮了加固效果，提高了邊坡穩(wěn)定性。下部臺(tái)階樁的應(yīng)力集中現(xiàn)象相對(duì)不明顯，表明其加固效果不如上部臺(tái)階樁。

雙樁加固后沿樁身的力矩及剪切力分布如圖5、圖6所示。對(duì)于上部臺(tái)階樁，力矩出現(xiàn)了3個(gè)極值點(diǎn)，分別位于兩層滑帶和基巖與滑體交界處附近；剪切力則呈不規(guī)則分布，最大值產(chǎn)生于下方滑帶與最下層滑體交界處附近。對(duì)于下部臺(tái)階樁，力矩呈S型分布，有兩個(gè)極值點(diǎn)，絕對(duì)值較大的極值產(chǎn)生于滑帶與基巖之間，靠近下方滑帶，較小的極值產(chǎn)生于上方滑帶以上；剪切力有3個(gè)極值點(diǎn)，分別位于基巖與滑體交界處、下方滑帶與最下層滑體交界處及樁埋深3 m附近。由于邊坡存在兩條滑帶及土石交界面，故力矩和彎矩分布表現(xiàn)出了多極值分布的形態(tài)，極值多發(fā)生滑帶及各土層交界處附近。

3.2 樁彈性模量的影響

保持樁長(zhǎng)不變，分析彈性模量。抗滑樁的彈性模量分別取0.5 GPa、1 GPa、30 GPa、50 GPa、100 GPa、150 GPa、300 GPa、600 GPa和900 GPa，樁徑為2～6 m，步長(zhǎng)為0.5 m，得到的安全系數(shù)如圖7所示。計(jì)算結(jié)果表明，彈性模量較小時(shí)安全系數(shù)隨之增加較快，超過(guò)150 GPa基本保持不變。

彈性模量增大過(guò)程中，計(jì)算得到的兩根抗滑樁中的最大正剪切力如圖8所示。從圖8可知，安全系數(shù)隨著彈性模量呈現(xiàn)出先快速增長(zhǎng)后趨于不變的趨勢(shì)。

3.3 樁徑的影響

分析樁徑對(duì)加固效果的影響，模擬得到的邊坡安全系數(shù)隨樁徑變化如圖9所示。從圖9可知，安全系數(shù)隨樁徑增加持續(xù)提高，樁徑增大到一定值后安全系數(shù)變化較小。樁徑增大過(guò)程中，計(jì)算得到的兩根抗滑樁中的最大正剪切力如圖10所示，最大剪切力隨樁徑變化先較快增長(zhǎng)后逐漸趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以廣西賀巴高速公路某古滑坡ZK7-9截面為研究對(duì)象，采用極限平衡法分析了雙排抗滑樁對(duì)邊坡的加固效果及影響因素，獲得了樁長(zhǎng)、彈性模量和樁徑對(duì)加固效果的影響，主要結(jié)論如下：

（1）在上臺(tái)階設(shè)抗滑樁時(shí)，樁長(zhǎng)越大，安全系數(shù)越大，46 m為最優(yōu)樁長(zhǎng)。在此基礎(chǔ)上設(shè)置第二根抗滑樁于下部臺(tái)階時(shí)，安全系數(shù)先隨樁長(zhǎng)增加而提高隨后趨于穩(wěn)定，28 m為最優(yōu)樁長(zhǎng)。

（2）樁的彈性模量和樁徑增大均能提高邊坡安全系數(shù)，但當(dāng)兩者增大到一定值后影響安全系數(shù)變化不明顯。

（3）在樁長(zhǎng)優(yōu)化后的雙樁加固條件下，樁與滑帶、基巖交界處發(fā)生應(yīng)力突變，樁底存在應(yīng)力集中區(qū)，下部臺(tái)階樁的應(yīng)力集中程度不如上部臺(tái)階樁。沿樁身力矩和彎矩曲線呈多極值分布狀態(tài)，極值多發(fā)生于滑帶及土層交界處附近。

參考文獻(xiàn)

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