樁板墻在滑坡治理中的應用及其數值模擬分析

張海波

(貴州省興義公路管理局 興義 562400)

1 工程概況

項目區(qū)位于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，地處望謨縣大觀鎮(zhèn)境內，屬于貴州省余慶至安龍高速公路羅甸至望謨段第7標段YK60+180-YK60+280段。由于羅甸望謨地區(qū)連續(xù)強降雨，導致該路段右側填方路堤墻開裂、被擠壓推移，路面產生開裂、襯砌拱出現裂縫，邊坡產生滑移，滑坡區(qū)地表裂縫圖見圖1?；麦w縱向長約80 m，寬約22 m，根據鉆探揭露，滑動面深5～12 m，滑坡面積約1 800 m2，滑坡體積約14 500 m3，該滑坡為填土類中層小型滑坡。該段線位沿斜坡展布，分幅路基左側為挖方通過，右幅為填方通過，右幅填方采用6 m填土路堤墻進行支擋防護。該路段后緣右幅路基路面形成2條拉張裂縫，裂縫呈半弧形鋸齒狀，裂縫寬2～5 cm，長分別為8.6 m和47.5 m，路堤墻在YK60+250處出現明顯橫向開裂，裂縫寬約3 cm，位移5～8 cm，滑坡現處于強變形階段。

圖1 滑坡區(qū)地表裂縫圖

2 工程水文地質條件

項目區(qū)地處云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，屬烏蒙山脈東南側邊緣山區(qū)。場區(qū)海拔612.0～756.0 m，相對高差144.0 m；軸線通過段地面高程為648.2～658.9 m，相對高差10.7 m?？v坡較緩，植被發(fā)育，屬于構造剝蝕型低山地貌。測區(qū)屬珠江流域之紅水河水系，場區(qū)地表徑流為路基右側小河，屬雨源型山區(qū)河流，流程短，易漲易退，流量受降雨量控制。場區(qū)內位于揚子準地臺-黔南臺陷-望謨北西向構造變形區(qū)。場區(qū)無斷層、斷裂發(fā)育，巖層產狀為200°∠25°。場區(qū)主要有節(jié)理2組，產狀分別為300°∠87°，25°∠89°，均為密閉型節(jié)理，節(jié)理間距50～400 mm，節(jié)理面平直，風化層中局部泥質充填。

根據地質調繪、鉆探資料，滑坡區(qū)巖土層自上而下為：青灰色松散～稍密狀人工填土，粒徑5～15 cm，厚度0～11.0 m；黃褐色可塑狀殘坡積粉質黏土，含少量泥質粉砂巖碎石，厚度1.0～6.0 m?；聟^(qū)下伏基巖為三疊系中統(tǒng)許滿組(T2xm)薄～中厚層泥質粉砂巖夾泥巖。根據巖體的節(jié)理、裂隙發(fā)育特征，硬度與完整性，將其劃分為強、中風化2層。其中強風化泥質粉砂巖夾泥巖節(jié)理裂隙發(fā)育，厚1.0～4.0 m。場區(qū)地下水類型為松散層孔隙水和基巖裂隙水。

3 滑坡產生的原因分析

根據滑坡勘查區(qū)現場實際情況，從3個方面分析該段路塹邊坡產生滑移的原因[1]。

1) 地質構造及巖性。該邊坡該上覆松散～稍密狀人工填土，厚度0～11.0 m，黃褐色可塑狀殘坡積粉質黏土，含少量泥質粉砂巖碎石，厚度1.0～6.0 m，人工填土力學性質較差。下伏基巖為三疊系中統(tǒng)許滿組(T2xm)薄～中厚層泥質粉砂巖夾泥巖。泥質粉砂巖夾泥巖受水的作用易軟化，力學參數降低。

2) 雨水的作用。由于場區(qū)巖體節(jié)理、裂隙水發(fā)育，連續(xù)強降雨使得填方路基內積水，地下水位上升，當降水滲入到巖層面時，使接觸帶的砂性黏性土含水量增大，填方體重度增大、巖土體物理力學參數降低。造成YK60+193-YK60+258段擋墻基底巖土體軟化，導致?lián)鯄Τ霈F開裂滑移，路基局部沉降牽引路面及下邊坡襯砌拱開裂該段路基匯水沿裂縫下滲，潛蝕巖土體，導致軟弱結構面力學參數降低，邊坡達到臨界狀態(tài)發(fā)生蠕動滑移。

4 滑坡治理

4.1 滑坡穩(wěn)定性分析

路段區(qū)位于斜坡中部的緩坡地帶，右幅路面已形成2條拉張裂縫，裂縫呈半弧形鋸齒狀，路堤墻在YK60+250處出現明顯橫向開裂，裂縫寬約3 cm，位移約5～8 cm，滑坡現處于強變形階段。路堤墻右側平臺附近地表上覆土層為粉質黏土，厚4～6 m，填方路基內未能有效及時排水，路基整體欠穩(wěn)定狀態(tài)。根據表1參數，以K60+220斷面為典型斷面進行穩(wěn)定性計算K60+220橫斷面示意圖見圖2，計算結果見表2[2-3]。

表1 推薦巖土體物理力學指標參數表

圖2 K60+220橫斷面示意圖

工況搜索圓弧滑動穩(wěn)定系數K穩(wěn)定狀態(tài)正常1.057基本穩(wěn)定暴雨0.958不穩(wěn)定

根據該路段路基填方現場填筑情況及現場調匯，根據《公路路基設計規(guī)范》和工點勘察報告，對典型剖面的邊坡進行剩余下滑力的計算。正常工況下，取安全系數Ks=1.3，滑動面參數取土層參數。暴雨工況下，取安全系數Ks=1.2，滑動面參數取土層參數。計算結果見表3。

表3 各剖面剩余下滑力計算結果

綜上，目前該段路堤正常工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。但均不滿足規(guī)范穩(wěn)定性要求。

4.2 滑坡治理方案比選

結合地質資料和現場踏勘，提出如下方案：

方案1。樁板墻+剛性反壓方案。抗滑樁尺寸1.8 m×2.4 m，長度12～14 m，剛性反壓體采用C20片石混凝土。

方案2。仰斜式路堤擋墻+剛性反壓方案。路堤墻高6～8 m，剛性反壓體采用C20片石混凝土。

表4對各方案的造價及優(yōu)缺點進行對比分析見表4。由表4可見，方案1雖然造價較高，但抗滑樁加固滑坡體，抗滑效果優(yōu)于抗滑擋墻，且抗滑

樁施工開挖量小于擋土墻，對填方體的影響小，最終推薦方案1。

表4 各方案對比分析

5 有限元數值模擬分析

5.1 模型建立

依據有限元強度折減法，采用ABAQUS計算軟件對經樁板墻加固后的邊坡進行數值模擬，分析加固后邊坡的穩(wěn)定性和變形特性[5-8]。以K60+220橫斷面為典型斷面建立ABAQUS模型圖，模型長60 m、高26 m，采用Mohr-Coulomb強度準則和彈塑性理論分析樁土接觸問題。計算時位移邊界條件：模型底部和側邊設置為限制滑坡體底部的水平和豎直方向的位移，兩側土體可產生水平位移，模型上部為自由邊界。計算時將土體和抗滑支擋作為變形體，分析加固后邊坡以及抗滑支擋結構的穩(wěn)定性和變形特性。

抗滑樁截面尺寸1.8 m×2.4 m，樁長14 m，樁位中心點距離路堤墻頂右側3.5 m、下方2 m。樁間距6 m，抗滑樁間采用擋土板連接，板厚0.3 m。

利用對稱性，選取前述典型邊坡斷面，加固后的平面示意圖見圖3。模型示意圖取陰影部分進行分析。按照以上尺寸建立簡化的有限元網格模型，網格模型見圖4。邊界條件設置為限定模型左右兩面X方向上的位移，限定前后兩面Z方向上的位移，以及限定模型底部X、Y、Z3個方向上的位移。分析中，樁體及擋土板為彈性材料，土體采用理想線彈塑性Mohr-Coulomb模型，土、樁參數分別見表1、表5。

圖4 算例有限元網格模型

表5 抗滑樁和擋土板計算參數

5.2 結果分析

圖5表示邊坡加固前的位移等值線云圖，圖6表示邊坡加固后的位移等值線云圖，從圖中可以看出，經過加固后的邊坡位移明顯小于邊坡加固前的位移，說明加固效果明顯。

圖5 邊坡加固前的位移等值線云圖

圖6 邊坡加固后的位移等值線云圖

基于ABAQUS的強度折減原理，通過場變量FV1(即安全系數)對巖土體的內摩擦角φ和黏聚力с進行折減，場變量個數為1個，為防止迭代計算中由于連續(xù)的計算收斂導致過早的計算終止，將折減系數的變化范圍從1遞增至3，遞增大小為0.25。得出場變量FV1與樁頂附近處水平位移U1的關系，以坡頂位移拐點作為評價指標，邊坡加固后的安全系數為1.48，說明樁板墻的加固效果非常明顯。

6 結語

本文依托具體工程滑坡實例，結合地質資料分析了滑坡產生的原因和滑坡體的穩(wěn)定性，因樁板墻適用于散體結構，土或石質土與上軟下硬邊坡，故本文提出了樁板墻+混凝土剛性反壓的治理方案。經過計算表明，樁板墻加固方案可有效提高邊坡的整體性和穩(wěn)定性，在此類滑坡治理中具有良好的適用性，加固效果良好。在本文基礎上還可對樁板墻加固滑坡體作進一步研究，從樁板墻的樁間距、樁長對方案設計作進一步優(yōu)化。