抗滑樁錨桿組合在庫岸邊坡治理中的應用

郭 晟

(江西省水投建設集團有限公司，江西 南昌 330000)

邊坡不合理的開挖將導致坡體下滑、巖土層崩塌，需采取防止邊坡失穩的支護措施。學者們對邊坡的支護措施進行了多方面研究，王立民[1]對工程邊坡防護技術進行了分析，結果表明，通過植被防護和砌筑防護能有效增加邊坡的穩定性；魏海寶[2]對邊坡防護及支護施工技術進行了研究，結果表明，結合現場施工狀況，采用預應力錨桿與抗滑樁支護結合的方式，能有效防止坡體下滑；駱龍飛[3]對邊坡滑坡治理中預應力錨索技術進行了研究，表明采用預應力錨索的支護形式能有效地治理山體滑坡。

本文總結了以上研究關于邊坡支護的措施及效果，對邊坡的支護措施進行數值模擬，對邊坡支護抗滑樁的剪力、邊坡的位移、邊坡巖土體所受應力進行分析，將實際測量與數值模擬位移數據進行了對比。

1 工程概況

某新建小型水庫邊坡高53.4 m。經現場地質勘測，邊坡上層為風化土，中層為風化巖，下層為軟巖(表1)。由于該市夏季雨量充沛，邊坡匯水面積大，易形成流量大、流速快的徑流，造成邊坡失穩。因此，對邊坡進行支護。邊坡的支護采用擋土墻、抗滑樁、錨桿、噴混的方式。在坡中設置錨桿8根，每根長度為12.0 m，縱向間距3.8 m，錨桿置入邊坡角度為17.5°。坡下位置設置圓柱體抗滑樁，直徑為1 m，長度為12 m。抗滑樁往下7.5 m處設置擋土墻，擋土墻上表面為2.2 m，下表面為4.3 m，高度為6.2 m。邊坡表面噴射C30混凝土。

表1 邊坡巖土物理參數

2 模型建立及分析方法

2.1 模型建立與網格劃分

選擇摩爾-庫侖彈塑性本構模型，按照現場地質狀況及邊坡支護情況建立模型。邊坡支護后，在A-B點內設置檢測點，如圖1所示。

圖1 邊坡支護措施斷面圖

2.2 計算參數選取

根據現場勘測數據劃分巖土層厚度并賦予支護材質參數。錨桿彈性模量為2.075×104MPa，泊松比為0.2，容重為78.3 kN/m3。擋土墻彈性模量為2.100×103MPa，泊松比為0.2，容重為22.5 kN/m3。抗滑樁彈性模量為3.180×103MPa，泊松比為0.2，容重為26.3 kN/m3。為保證模擬精度和運算效率，邊坡坡面及模型邊界分別按照0.5 m和2.0 m的精度劃分網格。

3 計算結果分析

3.1 抗滑樁所受剪力分析

邊坡開挖后，坡面巖土層在滑坡推力下，巖土體變形導致邊坡開挖部分應力場發生改變，在沒有加固措施的情況下，邊坡易發生失穩破壞。因此對開挖后的邊坡實施錨桿、抗滑樁、擋土墻的加固措施[4-6]。根據數值模擬分析，得出抗滑樁水平方向剪力及錨桿水平方向軸力，如圖2所示。

圖2 抗滑樁水平方向剪力及錨桿水平方向軸力

如圖2(a)所示，抗滑樁水平方向所受剪力從上至下先增大再減小。在樁頂位置水平方向所受剪力最小，其值為10.7 kN。在滑坡推力下，從樁頂往下水平方向所受剪力逐漸增大，在達到4 m位置時，抗滑樁水方向所受剪力最大，為1.4×102kN。根據抗滑樁的材質屬性，其許可剪力為4.5×103kN，抗滑樁所受最大剪力未超過其許可值，抗滑樁的材質符合工程要求。

如圖2(b)所示，錨桿水平方向的軸力從上至下逐漸增大，在滑坡推力下，坡體最上方錨桿水平方向軸力最小，為10.04 kN。越靠近擋土墻的錨桿，水平方向軸力越大，最大值為1.66×102kN。根據錨桿所受軸力方式，可適當減小坡體最上方錨桿的長度，增加坡體最下方錨桿的長度，此方式可分擔錨桿水平方向軸力，減小巖土體的應力集中。

3.2 邊坡的位移分析

根據數值模擬對邊坡的位移分析，得出邊坡的水平位移和豎向位移，如圖3所示。

圖3 邊坡的位移

如圖3(a)所示，坡體開挖后，在滑坡推力作用下，坡體受力下滑，原邊坡力學平衡被打破，邊坡各點應力重新調整，達到新的平衡。邊坡支護后，在滑坡推力作用下，邊坡最大水平位移集中在風化土區域，距坡頂豎向距離在16.4～26.0 m范圍內，水平位移最大值為5.2 mm。在豎向從坡頂至6.3 m范圍水平位移最小。盡管坡體的開挖產生了較大的位移，但潛在滑動面基本沒有變化。根據邊坡防護要求，此處抗滑樁的預警水平位移為20 mm，抗滑樁的最大水平位移未超過其預警值，邊坡處于穩定狀態。由此說明，邊坡的防護有效防止坡體下滑，滿足工程要求。

如圖3(b)所示，坡體開挖后，在滑坡推力作用下，坡體受力下滑。在邊坡支護后，邊坡的豎向位移往坡底下移，坡面大位移范圍縮小。隨著坡體的開挖，潛在滑動面向下偏移。邊坡支護后，在滑坡推力作用下，邊坡的最大豎向位移集中在風化土區域，風化土區域距坡頂豎向距離22.8～34.2 m范圍內，豎向位移最大值為1.1 mm。根據邊坡防護相關規范要求，此處邊坡的預警豎向位移為20 mm，邊坡的最大豎向位移未超過其預警值，由此說明，邊坡的支護增強了邊坡穩定性，消除了坡面下滑的安全隱患。

3.3 邊坡巖土層所受應力分析

根據數值模擬對邊坡巖土層所受應力分析，得出水平應力和豎向應力，如圖4所示。

圖4 邊坡所受應力云圖

如圖4(a)所示，邊坡支護后，坡體表面的風化土在滑坡推力作用下，從坡頂往下邊坡巖土層所受水平方向應力先增大再減小，在距坡頂豎向距離10.8～18.4 m范圍內的錨桿附近，水平方向應力達到最大，為6.7 kN/m。因水平方向應力范圍占邊坡巖土體總量的1.2%，可知邊坡所受水平方向應力并不集中。根據現場邊坡防護要求，邊坡所受應力許可值為5.4×103kN/m，水平方向應力的最大值未超過許可應力值，由此可知邊坡的巖土層應力并未集中，不會使邊坡產生塑形應變。

如圖4(b)所示，邊坡支護后，坡體表面的風化土在滑坡推力作用下，從坡頂往下邊坡巖土層所受豎向應力先增大再減小。增大的豎向應力主要集中在錨桿附近，在距坡頂豎向距離13.6～38.8 m范圍內，豎向應力最大，為3.3 kN/m。距坡底豎向距離16.4～18.3 m范圍內，在擋土墻附近豎向應力最小。根據現場邊坡防護要求，邊坡巖土層所受應力許可值為5.4×103kN/s，豎向應力的最大值未超過許可應力值。根據數值模擬結果，邊坡穩定安全系數為1.35，邊坡整體處于穩定狀態。相較于開挖后的邊坡穩定系數1.05，支護狀態下邊坡的穩定性有顯著提高。

4 結 論

本文通過對邊坡的支護措施進行數值模擬，對邊坡支護抗滑樁的梁單元內力、平面單元內力及位移進行分析，實際測量與數值模擬位移進行對比，結果表明邊坡支護后，抗滑樁所受剪力從上至下先增大再減小，在滑坡推力作用下，邊坡的應力與應變未超過其許可值，邊坡處于穩定狀態。采用抗滑樁、擋土墻及錨桿的支護措施，可有效防止坡體下滑。