預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在滑坡加固中的應(yīng)用研究

李智韜

【摘 要】為了研究抗滑樁在滑坡加固中的應(yīng)用，本文以實際邊坡模型為研究對象開展了相關(guān)研究，基于數(shù)值模擬軟件分析了錨索抗滑樁加固邊坡的作用效果，研究結(jié)果表明：在路堤修筑成形后滑坡斷面的安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求的最低值，進行加固后滑坡斷面的安全系數(shù)值有明顯的提高，并有一定的安全儲備；抗滑樁內(nèi)力以及錨索軸力分析結(jié)果來看，加固方案充分發(fā)揮了加固作用，方案合理可行，能夠滿足路堤的長期穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】抗滑樁；滑坡；穩(wěn)定性；加固

0 引言

隨著我國交通建設(shè)的迅速發(fā)展，建設(shè)的區(qū)域逐漸向中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，然而，中西部地區(qū)多屬于山區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，山高坡陡，在公路、鐵路的修建過程中將不可避免的對其進行開挖與填方，因此，大量的邊坡工程也隨之產(chǎn)生，邊坡的穩(wěn)定與否直接影響公路、鐵路在修建過程中以及運營階段的安全性，若邊坡穩(wěn)定性不足，將直接對人們的生命、財產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅，此外對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境也將產(chǎn)生一定的影響。統(tǒng)計資料表明，滑坡、火山以及地震已經(jīng)成為現(xiàn)階段全球威脅最大的三大地質(zhì)災(zāi)害，每年由此產(chǎn)生的各項損失非常巨大。

預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是近年來發(fā)展起來并得到廣泛推廣的支擋結(jié)構(gòu)，隨著設(shè)計理論與設(shè)計方法的不斷發(fā)展，在滑坡工程的治理方面發(fā)揮著非常重要的作用。預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁是在抗滑樁的頂部施加預(yù)應(yīng)力，其結(jié)構(gòu)由于施加了一定的預(yù)應(yīng)力值其抗滑結(jié)構(gòu)為主動抗滑結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用中其受力情況比普通抗滑樁更為合理，所能夠承受的土體推力較大，在造價方面也更加經(jīng)濟。

到目前為止雖然預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁在實際工程中的應(yīng)用越來越多，但是在其設(shè)計過程中海油很多不足之處，很多參數(shù)在設(shè)計階段采用的都是經(jīng)驗建議值，通過對前人的研究成果進行總結(jié)并參考其值的選取。然而，不同的實際工程所遇到的實際問題是有很大的差異的，若在設(shè)計過程中盲目的選用經(jīng)驗值，會在設(shè)計過程中留下安全隱患，因此在實際工程的施工之前需要對其設(shè)計方案進行相關(guān)的模擬，以確定該方案的安全性，盡量將安全隱患降到最低。為此，本文在實際設(shè)計資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)本文滑坡工程的地質(zhì)勘查資料，結(jié)合有限元數(shù)值模擬軟件對本文所涉及的滑坡工程的設(shè)計方案進行模擬，驗證該方案的準(zhǔn)確性，為工程的施工提供參考，其研究價值具有一定的實用性與理論意義。

1 工程概況

貴州省六盤水至盤縣高速公路第6合同段K27+100～K27+300段位于水城縣發(fā)耳鄉(xiāng)躍進村，該路段主要為填方路基，填土高度為5～24m，最大填土高（自然溝處）約25m。2009年12月中旬，該路段填方路堤基本成型后，由于發(fā)耳地區(qū)11、12月普降暴雨，K23+300左側(cè)約80m附近新建的民房附近出現(xiàn)走向為N20°～40°W的裂縫，裂縫寬度一般為0.2～3cm之間，裂縫主要集中在左側(cè)邊坡坡頂附近；在K27+250附近的蓋板涵地基見寬約3cm的裂縫，其走向約為N55°～70°W，貫穿K27+100～K27+300邊坡右下腳已修筑的水溝，延伸至K27+290右側(cè)約95m處的水稻田內(nèi)，其中在水溝溝底沿水溝延伸方向見三條裂縫，裂縫基本平行，裂縫寬度介于0.2～2.5cm之間，在水溝兩側(cè)由于土體較松散，裂縫多被掩埋；K23+300左側(cè)民房的裂縫在路基填土進一步填筑的條件下有擴展的趨勢，裂縫寬度變大，裂縫東北側(cè)相對有輕微錯動下沉的跡象，且裂縫在民房后緣的坡頂呈弧形改變走向，走向漸變?yōu)镹80°W左右。出現(xiàn)上述情況后立即組織對其地質(zhì)條件進行勘探，并提出相應(yīng)的處置方案。

2 計算模型的建立

貴州省六盤水至盤縣高速公路第6合同段K27+100～K27+300段滑坡典型斷面為研究對象，對典型斷面在路堤填筑完成后一集預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁施加后的穩(wěn)定性情況進行研究。通過數(shù)值模擬計算得出預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁加固滑坡的效果，為工程施工提供一定的參考。本文的計算模型區(qū)域土層以及網(wǎng)格的劃分如圖2所示，截面共劃分2477個單元，2533個節(jié)點。

本文對預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁加固滑坡數(shù)值模擬采用相應(yīng)邊坡土體實測巖土層力學(xué)參數(shù)進行分析，確定的計算分析采用的各土層參數(shù)見表1。

3 穩(wěn)定性計算結(jié)果分析

（1）穩(wěn)定性分析結(jié)果

本文所分析的滑坡斷面主要以種植土與粉質(zhì)粘土組成，其穩(wěn)定性受到巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)影響較大，所以本文采用Janbu方法對安全系數(shù)進行計算。圖3、4分別是加固前后邊坡安全系數(shù)分析情況。如圖可知，加固前后滑坡安全系數(shù)值分別為Fs=0.859、Fs=1.857；當(dāng)路堤施工基本完成后滑坡斷面穩(wěn)定性分析結(jié)果來看，其邊坡處于危險狀態(tài)，若采取相應(yīng)的加固措施，產(chǎn)生滑坡的可能性是非常大的；當(dāng)采取設(shè)計加固方案后滑坡斷面的穩(wěn)定性情況得到很好的改善，能夠確保路堤的長期穩(wěn)定。

（2）抗滑樁模擬結(jié)果

抗滑樁剪力分布特征以及彎矩分布特征如圖5、6所示。從圖5可知，抗滑樁剪力在不同深度有不同的變化趨勢，抗滑樁的最大正剪力為475.8kN，位于樁頂；最大負(fù)剪力值為403.4kN，位于距樁頂5m處，在此處剪力逐漸向正剪力發(fā)生突變。從圖6可知，抗滑樁彎矩呈“S”形分布，最大正彎矩值與最大負(fù)彎矩值分別為667.7kN、947.1kN；對于抗滑樁而言，曲線的兩個反彎點，樁身的極值均充分說明了在預(yù)應(yīng)力錨索施加后樁身的內(nèi)力分布情況得到了很大的改善；預(yù)應(yīng)力錨索的施加不僅能夠在一定程度上抵消滑坡的推力，而且能夠使抗滑樁的結(jié)構(gòu)體系得到改善，從而在一定程度上減少抗滑樁截面的尺寸與埋深。

（3）預(yù)應(yīng)力錨索模擬結(jié)果

圖7、8分別為預(yù)應(yīng)力錨索錨固段軸力分布特征。從圖中可以看出，預(yù)應(yīng)力錨索的軸力值在錨索上的分布很不均勻，對于上、下兩根錨索而言，錨索的軸力（錨固段）變化趨勢是一致的；隨著錨索錨固段長度的增加，距錨索自由段越遠(yuǎn)錨索的軸力越小，在與錨索自由段連接處錨索預(yù)應(yīng)力最大，最大值分別為729.3kN、356.2kN；上排錨索的軸力值比下排錨索的軸力值要大，這時由于上排錨固力要大于下排錨索。

4 結(jié)論

通過選取典型斷面對預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁加固方案的加固效果進行數(shù)值模擬可知，在路堤修筑成形后滑坡斷面的安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求的最低值，進行加固后滑坡斷面的安全系數(shù)值有明顯的提高，并有一定的安全儲備；抗滑樁內(nèi)力以及錨索軸力分析結(jié)果來看，加固方案充分發(fā)揮了加固作用，方案合理可行，能夠滿足路堤的長期穩(wěn)定。

【參考文獻】

[1]潘家錚.建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析[M].北京：水利出版社，1980.

[2]徐邦棟，馬驥.確定滑坡推力的工程地質(zhì)比擬法[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1979（1）：124-129.

[3]王恭先.滑坡防治工程措施的國內(nèi)外現(xiàn)狀[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報， 1998（1）：102-106.

[4]沈珠江.樁的抗滑阻力和抗滑樁的極限設(shè)計[J].巖土工程學(xué)報，1992，14（1）：51-56.

[5]馬驥.單根抗滑樁受力條件的試驗研究[C]//滑坡文集（第六集），中國鐵道出版社，1988.

[6]徐良德，尹道成，劉惠明.抗滑樁模型試驗第一階段報告—樁前滑體抗力分布的研究[C]//滑坡文集（第六集），中國鐵道出版社，1988.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]