樁板墻結(jié)構(gòu)加固邊坡作用效果數(shù)值分析

侯淑倩

（新疆交通建設(shè)管理局項目執(zhí)行二處，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

近年來，國內(nèi)學(xué)者在路堤邊坡加固方面進行了一些研究，李梅等［1-2］以工程項目為研究背景，采用現(xiàn)場監(jiān)測、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬等手段重點研究了樁板墻加固邊坡效果，并重點對樁板墻受力和變形進行了分析，表明樁板墻具有較好的加固作用。倪號葉等［3-4］采用數(shù)值模擬方法，對樁板墻加固邊坡進行了分析，并分析了樁間距的影響，結(jié)果表明，該項目設(shè)計方案效果良好。羅云松和周勇［5-6］以某改擴建工程路塹邊坡治理為研究對象，分析了抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索框架加固方案的有效性，表明通過計算該設(shè)計方案能滿足邊坡穩(wěn)定性要求。羅渝等［7］依托某工程，采用理論分析、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬的方法重點分析了樁板墻加固邊坡效果、擋土板對樁身受力的影響等，研究表明隨著荷載增加，擋土板承受的土壓力不斷增加，擋土板所受的土壓力峰值均在滑體以下部分，樁距較大時，兩樁間土體呈拱形向下滑動，擋土板強度對邊坡加固效果影響不大。

1 工程概況

項目區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，植被發(fā)育較為旺盛，屬于剝蝕型低山面貌，受降雨影響較大。勘測發(fā)現(xiàn)，項目區(qū)內(nèi)不存在斷層帶，巖層的產(chǎn)狀為190°∠23°，存在節(jié)理3 組，節(jié)理產(chǎn)狀分別為295°∠84°、186°∠36°和28°∠84°，節(jié)理間距在65～380 mm 范圍內(nèi)，為封閉型節(jié)理，節(jié)理間填充為淤泥質(zhì)雜土。現(xiàn)場地質(zhì)勘察顯示，滑坡區(qū)土層從上向下依次為人工填土、粉質(zhì)黏土，厚度依次為2～8 m 和3.5～6.5 m。

2 現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析及治理措施

2.1 邊坡穩(wěn)定性分析

由于該邊坡中存在節(jié)理，且裂隙水發(fā)育，在持續(xù)性降雨的情況下會致使路基內(nèi)積水，隨著時間的推移，滑體重量不斷增大，土體的物理力學(xué)參數(shù)不斷降低。原設(shè)計擋土墻坡趾位于滑動面上，邊坡在持續(xù)降雨的影響下逐漸達到臨界狀態(tài)，從而發(fā)生滑塌。

現(xiàn)場路堤滑裂面見圖1，地表出現(xiàn)明顯的弧形滑裂縫，且由于填筑土為粉質(zhì)黏土，排水效果差，導(dǎo)致路基在長時間浸水而處于臨界破壞狀態(tài)。

圖1 邊坡滑裂面

采用巖土理正軟件進行計算，采用搜索圓弧滑動法計算得到正常工況和暴雨工況的邊坡穩(wěn)定狀態(tài)見表1。

表1 土體的物理力學(xué)參數(shù)

2.2 加固措施

通過現(xiàn)場具體分析，擬采用樁板墻結(jié)合剛性反壓支護方案，此種支護方法不僅可以減小邊坡發(fā)生滑塌現(xiàn)象，還能有效降低滑裂體位移，且該種支護模式的使用年限較長。結(jié)合工程實際，選取抗滑樁尺寸為2.0 m×2.5 m，樁長取14 m，剛性反壓支護為標號C25 片石混凝土形式。

3 數(shù)值模擬分析

3.1 模型建立

采用大型有限元軟件ABAQUS 建模進行計算分析，計算方式為強度折減法。模型長、寬、高分別取70 m、30 m 和2.5 m，除模型上邊界外，其他邊界均進行位移和邊界約束。邊坡采用C8D8 網(wǎng)格建立，土體采用摩爾庫倫模型，樁體采用彈性模型。抗滑樁尺寸為2.0 m×2.5 m，樁長取14 m，樁間距為5 m，抗滑樁之間采用厚度為30 cm 的擋土板進行剛性連接，見圖2。

圖2 數(shù)值模型

3.2 材料參數(shù)

邊坡土體的物理力學(xué)參數(shù)見表2，支護結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)見表3。

表2 土體的物理力學(xué)參數(shù)

表3 支護結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)

3.3 結(jié)果分析

采用樁板墻結(jié)合剛性反壓支護方案加固前后的邊坡位移等值線見圖3。

圖3 邊坡位移等值線

由圖3 可以看出，該邊坡加固前最大位移為49.3 mm，當采取樁板墻結(jié)合剛性反壓支護加固后最大位移為21.9 mm，相比于加固前，加固后邊坡最大位移減小了55.6%，說明采用樁板墻結(jié)合剛性反壓支護加固的效果比較明顯。

采用強度折減法對材料的黏聚力和內(nèi)摩擦角進行逐步折減，將折減系數(shù)變化設(shè)置為從1～5，以防止過早收斂，遞增間隔取0.3。通過對樁板墻結(jié)合剛性反壓支護加固后的邊坡進行模擬分析，得到邊坡安全系數(shù)與水平位移關(guān)系曲線見圖4。

圖4 邊坡安全系數(shù)與水平位移關(guān)系曲線

由圖4 可以看出，曲線拐點為判斷邊坡安全系數(shù)的標志，該邊坡加固后的安全系數(shù)達1.51，而加固前邊坡安全系數(shù)僅為1.06，相比于加固前增大了42%，說明該邊坡采取樁板墻結(jié)合剛性反壓支護方案起到了很好地加固效果。

4 結(jié)語

（1）采用樁板墻結(jié)合剛性反壓支護方案可以有效的增大邊坡穩(wěn)定性，加固后邊坡最大位移減小了55.6%，安全系數(shù)增大了42%。（2）樁板墻+剛性反壓支護加固可以有效提高邊坡的整體穩(wěn)定性，且采用強度折減法可以對邊坡加固前后的安全穩(wěn)定性進行計算。