論抗滑樁加固邊坡方案的影響因素

雷得鴻

摘要 基于某公路工程路基邊坡防護實例，明確常見抗滑樁設計的缺點，并通過對抗滑樁加固前后邊坡穩定性參數的比較，明確樁間距、抗滑樁長度、樁位置、截面尺寸等因素與邊坡安全系數的關聯性。研究結果指出：（1）保持其他條件不變的情況下，隨著截面尺寸和樁長增加，邊坡安全系數增大且兩者存在非線性相關性，隨著樁間距增大邊坡安全系數呈現非線性減小。（2）增加樁長與截面尺寸，可明顯提升邊坡安全系數。（3）于阻滑段后半部設置抗滑樁，可降低抗滑樁越頂受損風險。

關鍵詞 公路工程項目；路基邊坡；抗滑樁；影響因素分析

中圖分類號 TU457文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0113-03

0 引言

抗滑樁適用范圍廣、抗滑性能突出、樁位靈活，在滑坡防治領域內應用廣泛。該文基于某高速公路路基邊坡防護工程實例，對樁間距、抗滑樁樁長、截面尺寸、抗滑樁位置等與邊坡安全系數間關系進行分析，基于研究結果優化設計抗滑樁繞地、越頂等情況，為抗滑樁邊坡加固提供技術參考。

1 工程概況

某公路項目位于丘陵地區，地形特征復雜。極端天氣影響下，邊坡滑塌風險大。地質勘測結果顯示，場地抗震基本設防烈度為6級。場地地層包括泥盤系基巖層、殘積層、沖洪積層、人工填土層四層，基于地形特點，無須單獨進行地震工況下邊坡穩定性校驗。

2 邊坡穩定性分析

數值分析法和極限平衡法為邊坡穩定性分析的常用手段。該項目目標邊坡有多個滑面，以不平衡推力法為基礎求得安全系數值在0.98～1.35之間，故邊坡穩定性不佳，需采取支擋加固邊坡，詳見圖1所示。以該項目特點，擬選用矩形抗滑樁進行支護，以提高邊坡結構穩定性，改善其安全系數[1]。采用單因素分析明確樁間距、截面尺寸、抗滑樁長度與安全系數關聯性，從而獲得最佳的抗滑樁支護邊坡方案并確定相關參數與安全系數的內在關聯。

3 抗滑樁加固對邊坡穩定性的影響

3.1 抗滑樁加固原理

抗滑樁加固是處置邊坡滑移的重要措施，通過將抗滑樁貫穿于坡體滑動面使其作用于持力層，為邊坡提供較好的錨固力，以平衡邊坡受力[2]。抗滑樁滑動面主要作用力包括滑坡推力、樁前滑體動力，詳見圖2所示。滑坡推力與滑坡抗力差作用于抗滑樁樁體，沿樁體傳遞至底層中，借助抗滑樁將下滑力抵消，從而提高邊坡安全系數提高其穩定性[3]。

3.2 抗滑樁長度的影響

邊坡加固施工過程中，需將抗滑樁穿越滑動面，方可為邊坡提供足夠的錨固力，以增加邊坡的安全系數。確定抗滑樁位置后，選定抗滑樁間距為4 m，且截面尺寸保持2～2 m，分別設置抗滑樁樁長為6～10 m，通過對抗滑樁樁長度與邊坡穩定性關系分析，得出不同樁長條件下的邊坡安全系數，詳見圖3所示[4]。

由圖3可知：①隨著抗滑樁樁長增加，邊坡安全系數增加，兩者呈現非線性關系，邊坡安全系數F取值達到穩定安全系數值Fst=1.35，隨著樁長增加，邊坡安全系數增幅變小；②抗滑樁樁長6 m時邊坡安全系數為0.99，邊坡處于不穩定狀態下，抗滑樁長度小于潛在滑裂面，該長度抗滑樁難以為邊坡提供足夠錨固力，滑坡抗力值不足；③抗滑樁樁長為8.5 m時，邊坡安全系數為1.39，邊坡處于穩定狀態，抗滑樁長度大于潛在滑裂面，能為邊坡提供足夠錨固力，該長度達標。

3.3 樁間距的影響

合理控制抗滑樁樁距可以有效地發揮抗滑樁間土拱效應，從而提升邊坡結構穩定性，該文固定抗滑樁位置和界面尺寸，選定4～10 m區間間隔1 m設置抗滑樁間距[5]，計算不同樁間距條件下邊坡安全系數，探究樁間距與邊坡穩定性之間的關系，詳見圖4所示。

對圖4分析可知：①邊坡安全系數隨抗滑樁間距增大而非線性減小；②抗滑樁間距為4 m時，邊坡安全系數為1.38大于穩定安全系數1.35，邊坡結構穩定，此時抗滑樁間距較小，不會出現邊坡失穩；③抗滑樁間距為8 m，邊坡安全系數為1.21，邊坡處于不穩定狀態。抗滑樁間距增大，樁間土強度難以承擔上部坡體傳遞的滑坡推力[6]。

3.4 截面尺寸的影響

抗滑樁邊坡支護施工中矩形截面抗滑樁應用廣泛，研究指出抗滑樁截面尺寸與抗滑能力之間關系密切。選定固定樁長，保持抗滑樁的位置固定，探究不同抗滑樁截面尺寸與邊坡穩定性之間的關系。選取截面寬度為2 m，截面長度從2.2 m增加到3.4 m，計算不同截面尺寸情況下對應的邊坡安全系數，詳見圖5所示。

對圖5分析可知：①邊坡安全系數隨著抗滑樁截面長度增大而非線性增加，且增幅不斷減小。抗滑樁截面長度從2.4 m增大至3.4 m時，邊坡安全系數從1.31增加為1.38，由此可見邊坡安全系數隨著截面尺寸增加而增大，且截面尺寸增大的同時，邊坡安全系數增幅減緩；②抗滑樁截面尺寸的增加對改善邊坡穩定性有積極作用，但是其改善邊坡穩定性的作用存在限度，盲目擴大樁身尺寸增強邊坡安全系數的做法不可取[7]。

3.5 抗滑樁越頂或繞底破壞的影響

滑坡體主滑面或次滑面以上的抗滑樁越長，滑坡樁頂更不會出現滑面，抗滑樁越頂破壞的概率越小，詳見圖6所示。抗滑樁長度不足會導致嵌巖深度不達標，從而引發繞底破壞。

綜上所述，抗滑樁樁長為8.5 m時邊坡安全系數為1.35，故結合項目特點選擇樁長為9 m，保持樁間距為5 m，固定截面尺寸為2 m×3 m，分析抗滑樁越頂破壞和繞底破壞情況，詳見圖7、8所示。

對圖7、8分析可知，樁長9 m、樁間距5 m、截面尺寸2 m×3 m條件下，邊坡安全系數大于1.35，滑動面經過抗滑樁時不會出現繞底破壞，符合項目要求。抗滑樁樁頂的安全系數為1.20，小于穩定安全系數1.35，即該情況下抗滑樁無法為邊坡提供足夠錨固力，可能出現越頂破壞，需對其進行驗算[8]。

抗滑樁布設完畢后，應力作用下抗滑樁穩定性不斷提升，樁頂處坡體結構穩定性未增強，易出現次級滑動面并對滑坡越頂破壞的出現產生直接影響[9]。抗滑樁位置的選擇與越頂破壞之間的關系密切，為提高邊坡結構穩定性多將抗滑樁設定于抗滑樁后半部，詳見圖9所示。

由圖9可知，邊坡阻滑段后半部分設置抗滑樁情況下，邊坡安全系數在1.35～2.0之間，以不平衡推力法計算的邊坡安全系數值為1.51，大于穩定邊坡安全系數1.35，符合規范值，即邊坡處于穩定狀態。由此可知，抗滑樁位置的合理選擇能有效地降低越頂破壞風險[10]。

4 結論

綜上所述，影響抗滑樁加固邊坡方案穩定性的因素表現為如下3個方面：

（1）邊坡安全系數隨著抗滑樁的樁長和截面尺寸增加而增大，邊坡安全系數增大趨勢逐漸減小，邊坡安全系數與樁長、截面尺寸之間為非線性關系。抗滑樁間距增大，邊坡安全系數減小，兩者之間為非線性關系。

（2）有效加固范圍內，邊坡安全系數隨著抗滑樁樁長、截面尺寸增大而增加，超出加固范圍后，樁長和截面尺寸增大，并不會改善邊坡安全系數。

（3）設樁位置會明顯影響邊坡越頂破壞，抗滑樁設于阻滑段后半部，能有效地降低邊坡越頂破壞風險。

圖9 調整設樁位置后邊坡穩定性計算結果

參考文獻

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