基于極限平衡方法的堆積體斜坡穩(wěn)定性分析與抗滑樁加固措施敏感性討論

廖海龍林煥

（1 貴州路橋集團有限公司；西南交通大學(xué)）

基于極限平衡方法的堆積體斜坡穩(wěn)定性分析與抗滑樁加固措施敏感性討論

廖海龍1林煥2

（1 貴州路橋集團有限公司；西南交通大學(xué)）

以貴州省官渡至官渡河公路K11+030～K11+150段堆積體路塹邊坡改擴建工程為依托，運用極限平衡分析的方法，對邊坡的穩(wěn)定性進行了分析，并在此基礎(chǔ)上，以抗滑樁加固方案中抗滑樁間距、截面尺寸等為參數(shù)，研究了邊坡處治方案對其穩(wěn)定性的影響。

堆積體斜坡；極限平衡分析法；邊坡穩(wěn)定性；抗滑樁

邊坡是在地殼運動或人工開挖過程中形成的擾動體，其內(nèi)部大多存在著潛在滑動面。對于工程開挖過程中形成的邊坡，其穩(wěn)定性受到邊坡的巖土體組成、存在的地質(zhì)環(huán)境等相關(guān)因素制約，開挖后需及時采取支護措施。根據(jù)邊坡類型的差異，選擇合理的治理措施，如擋土墻、抗滑樁、錨桿支護、漿砌片石護坡等。本文以貴州省官渡至官渡河公路改擴建工程K11+030～K11+150段堆積體路塹邊坡為依托，主要利用極限平衡分析方法，對該堆積層邊坡的穩(wěn)定性與加固效果進行分析，并在此基礎(chǔ)上進行抗滑樁加固方案中設(shè)計參數(shù)的敏感性分析。

1 工程概況

貴州省官渡至官渡河公路改擴建工程官渡至馬尿溪段K11+030～K11+150段路基為路塹邊坡，路基開挖3～6米時，右側(cè)邊坡上的民房開始有開裂的跡象，導(dǎo)致施工無法繼續(xù)進行，大量地表水及滑坡體上的民用水池滲漏出來的水體長期對邊坡的影響，崩積層的淺表層巖土體不斷開裂，對路基及滑坡下方的石堡鄉(xiāng)政府產(chǎn)生較大的安全隱患。

地質(zhì)勘探資料顯示，滑坡的形狀大體呈正方形，滑坡邊長約120米，滑坡體厚度呈非線性分布，最大垂直滑面厚度在13米左右，整個滑坡面積大約14000平方米左右，滑坡體積約為6萬立方米，屬于推移式大型滑坡。目前坡腳處已有少量坍塌和局部推移的現(xiàn)象。

結(jié)合常規(guī)處理方案，設(shè)計思路如下：

根據(jù)試驗資料，綜合考慮滑坡滑動巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)，計算采用滑體容重r=20KN/m3，內(nèi)聚力C=5.0KPa，內(nèi)摩擦角φ=13.2°。

根據(jù)滑坡體情況，采用抗滑樁加固坡體。抗滑樁布設(shè)在線路路基右側(cè)9.0米處，截面尺寸均為2.0×3.0米（長邊與滑坡體滑移方向一致），樁心距為6.0米，樁長14.0米，總計16根。抗滑樁間采用擋墻進行封閉。

在滑坡周邊位置設(shè)置環(huán)狀截水溝，滑坡體內(nèi)設(shè)置樹枝狀排水溝，以便將地表積水和民用水池排出的水體及時排出滑坡體外。

2 計算模型及參數(shù)

對于斜坡堆積體極限平衡分析計算模型，其水平向相對長度133米，豎向相對長度取78米。根據(jù)堆積體斜坡的地質(zhì)特性，將模型分為二塊，其中上部堆積體厚度約4m至29m。

推測斜坡堆積體滑動面屬淺層滑動，在計算中未考慮空隙水壓力的影響。

3 極限平衡計算方法所得結(jié)果

極限平衡條分分析中，滑動面上共設(shè)置30塊土柱。計算中選用了Morgenstern-Price、Janbu與Spencer法等三種方法計算斜坡堆積體安全系數(shù)均小于1，其中，Morgenstern-Price法與Spencer法所得結(jié)果基本一致（0.933與0.931），Janbu法所得結(jié)果略?。?.901）。計算表明坡體處于欠穩(wěn)定至不穩(wěn)定狀態(tài)，需進一步加固處理以策工程安全。

4 抗滑樁設(shè)計參數(shù)的影響

4.1 斜坡堆積體的抗滑樁加固方案

為在計算中實現(xiàn)對抗滑樁加固方案的穩(wěn)定性分析，需將空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題，反映到計算模型中，采用等效連續(xù)墻方案進行處理。

等效連續(xù)墻方案是將加固范圍內(nèi)的抗滑樁及樁間土視為一列縱向連續(xù)墻，等效連續(xù)墻的容重按式（2）計算，強度指標按式（3）、（4）確定。

樁土置換率的計算公式為

其中，m為樁土置換率；

l 為抗滑樁短邊邊長；

L為樁間距。

等效連續(xù)墻容重計算公式為

其中，Cp為樁體材料的抗剪強度指標，綜合考慮C30混凝土的容許剪應(yīng)力，以及樁中鋼筋對強度貢獻，取為1.2MPa；

Cs, φs為土體材料的抗剪強度指標，分別取5KPa，13.2°；

η為土體材料強度指標發(fā)揮系數(shù)，論文中其取值為0.5。

實際工程中對于堆積體斜坡采用抗滑樁方案進行加固，其中，樁徑為2×3m、樁間距為6m，樁長14m。

采用抗滑樁加固后，極限平衡分析所得安全系數(shù)均大于1，則坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)。其中，Morgenstern-Price法與Spencer法所得結(jié)果基本一致（1.339與1.320），Janbu法所得結(jié)果略?。?.274）。

4.2 抗滑樁材料的影響

實際工程中，抗滑樁采用C30混凝土澆筑，若將其改為C20混凝土材料，公式（3）中的Cp取0.8MPa，通過計算抗滑樁混凝土材料由C30改為C20，Morgenstern-Price、Janbu，Spencer等三種方法計算得加固斜坡體穩(wěn)定性系數(shù)仍大于1，但較混凝土材料為C30時均有一定折減，其折減系數(shù)約為10%。

4.3 抗滑樁間距的影響

2.漸進(1964—1978年)：率先完成“四類分子”摘帽的經(jīng)驗。1964年1月14日，中共中央發(fā)出了《關(guān)于依靠群眾力量，加強人民民主專政，把絕大多數(shù)四類分子改造成新人的指示》，同時轉(zhuǎn)發(fā)公安部蹲點楓橋形成的《諸暨縣楓橋區(qū)社會主義教育運動中開展對敵斗爭的經(jīng)驗》。同年2月，第13次全國公安會議提出在全國推廣“楓橋經(jīng)驗”。

為研究抗滑樁樁間距對所加固斜坡安全系數(shù)影響，保持計算模型中其它參數(shù)不變，將抗滑樁樁間距分別取4m、5m、6m、7m、8m，按公式1～4得計算模型中等效連續(xù)墻材料參數(shù)。等效連續(xù)墻參數(shù)計算得坡體穩(wěn)定系數(shù)可以看出，樁間距在4～8m范圍內(nèi)，隨著樁間距增大，坡體安全系數(shù)呈非線性減小趨勢。

4.4 抗滑樁截面寬度的影響

抗滑樁截面寬度對所加固斜坡安全系數(shù)敏感性分析中，將計算模型中其它參數(shù)固定，抗滑樁截面長邊邊長分別變?yōu)?m、2.5m、3m、3.5m、4m，計算模型中等效連續(xù)墻材料參數(shù)仍按標準取值。

通過計算，樁體截面長邊邊長在2～4m范圍內(nèi)，隨著樁體截面積增大，坡體安全系數(shù)近似呈線性增長趨勢。當樁截面為邊長2m的正方形時，計算得坡體穩(wěn)定安全系數(shù)約為1.19，若樁身抗傾覆、抗剪等驗算容許，可進一步在設(shè)計方案基礎(chǔ)上適當減小樁體截面長邊邊長以優(yōu)化設(shè)計；樁體截面長邊邊長至4m時，計算得坡體安全系數(shù)約為樁體截面長邊邊長3m情況所得量值的110%。

5 結(jié)論

針對貴州省官渡至官渡河公路改擴建工程K11+030～K11 +150段堆積體路塹邊坡，利用極限平衡分析方法就其穩(wěn)定性進行了分析，并在此基礎(chǔ)上，針對抗滑樁加固方案中抗滑樁間距，截面尺寸等工程設(shè)計中較關(guān)心的參數(shù)進行了敏感性分析，得到以下幾點認識：

（1）采用Morgenstern-Price、Janbu與Spencer等三種方法對斜坡堆積體進行了極限平衡分析，結(jié)果顯示，Morgenstern-Price與Spencer法計算得安全系數(shù)接近，而Janbu法所得安全系數(shù)略小。采用上述三種方法對加固前坡體進行穩(wěn)定性計算，其安全系數(shù)均小于1，坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）采用抗滑樁加固后，極限平衡分析所得安全系數(shù)均為1.3，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)?？够瑯痘炷敛牧嫌蒀30改為C20，Morgenstern-Price、Janbu，Spencer等三種方法計算得加固斜坡體穩(wěn)定性系數(shù)仍大于1，但較混凝土材料為C30時均有一定折減，其折減系數(shù)約為10%。

（3）抗滑樁樁間距在4～8m范圍內(nèi)，隨著樁間距增大，坡體安全系數(shù)呈非線性減小趨勢。

（4）抗滑樁樁體截面長邊邊長在2～4m范圍內(nèi)，隨著樁體截面積增大，坡體安全系數(shù)近似呈線性增長趨勢。