樁板墻結構加固邊坡作用效果數值分析

侯淑倩

（新疆交通建設管理局項目執行二處，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

近年來，國內學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，采用現場監測、室內試驗和數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，結果表明，該項目設計方案效果良好。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+預應力錨索框架加固方案的有效性，表明通過計算該設計方案能滿足邊坡穩定性要求。羅渝等［7］依托某工程，采用理論分析、室內試驗和數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

項目區地質構造復雜，植被發育較為旺盛，屬于剝蝕型低山面貌，受降雨影響較大?？睖y發現，項目區內不存在斷層帶，巖層的產狀為190°∠23°，存在節理3 組，節理產狀分別為295°∠84°、186°∠36°和28°∠84°，節理間距在65～380 mm 范圍內，為封閉型節理，節理間填充為淤泥質雜土?，F場地質勘察顯示，滑坡區土層從上向下依次為人工填土、粉質黏土，厚度依次為2～8 m 和3.5～6.5 m。

2 現狀穩定性分析及治理措施

2.1 邊坡穩定性分析

由于該邊坡中存在節理，且裂隙水發育，在持續性降雨的情況下會致使路基內積水，隨著時間的推移，滑體重量不斷增大，土體的物理力學參數不斷降低。原設計擋土墻坡趾位于滑動面上，邊坡在持續降雨的影響下逐漸達到臨界狀態，從而發生滑塌。

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

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定狀態見表1。

表1 土體的物理力學參數

2.2 加固措施

通過現場具體分析，擬采用樁板墻結合剛性反壓支護方案，此種支護方法不僅可以減小邊坡發生滑塌現象，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 網格建立，土體采用摩爾庫倫模型，樁體采用彈性模型?？够瑯冻叽鐬?.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 數值模型

3.2 材料參數

邊坡土體的物理力學參數見表2，支護結構的物理力學參數見表3。

表2 土體的物理力學參數

表3 支護結構的物理力學參數

3.3 結果分析

采用樁板墻結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摩擦角進行逐步折減，將折減系數變化設置為從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，得到邊坡安全系數與水平位移關系曲線見圖4。

圖4 邊坡安全系數與水平位移關系曲線

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

4 結語

（1）采用樁板墻結合剛性反壓支護方案可以有效的增大邊坡穩定性，加固后邊坡最大位移減小了55.6%，安全系數增大了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定性，且采用強度折減法可以對邊坡加固前后的安全穩定性進行計算。