路堑高边坡双排抗滑桩排列方式及间距支护优化

游桂芳

（深圳道森工程设计有限公司，广东 深圳 518000）

引言

路堑边坡支护中抗滑桩支护的应用十分广泛，对边坡滑坡治理效果明显[1-3]。随着越来越多的高边坡出现，双排抗滑桩支护技术不断应用到实际工程，工程技术也在不断成熟[4-6]。

1 工程概况

某路堑高边坡地处丘陵地区，岩土体主要以强风化碳质砂岩组成，坡高比为1∶1.2，边坡断面示意见图1，模型具体岩体参数见表1。

图1 边坡断面示意/m

表1 岩体参数

2 模型参数及分析工况

2.1 强度折减法

强度折减法是指对岩土体的抗剪强度进行不断折减，使得边坡刚好处于临界破坏状态时，此时岩土的实际抗剪强度与临界破坏的抗剪强度之比为边坡的安全系数[7]。通过不断调整岩土体的黏聚力c及内摩擦角 ，将岩土体的强度参数折减Ftrial倍后得到新的强度参数（cnext及next）代入有限元中进行计算，反复计算直至边坡失稳，此时折减系数Ftrial即为边坡的稳定性系数。

2.2 土拱效应

桩间的土拱效应最初是由Terzaghi在活动门试验中证实并命名的，其作用原理就是滑坡推力作用在土体介质的传递中，作用于抗滑桩，抗滑桩与周围土体发生相对位移造成土体的应力重分布，作用于土拱上的压力又传递给周边土体。综上所述，土拱效应即土体通过发挥自身强度来调整土体内部应力分布的力学现象[8]。

2.3 数值模型建立

利用Midas/GTS有限元软件对边坡开挖稳定性进行数值分析，网格模型见图2。

图2 边坡开挖及支护模型

采取的支护方式为抗滑桩支护，同时对边坡开挖面进行喷射混凝土处理，混凝土支护参数见表2。

表2 支护参数

3 数值模拟结果分析

3.1 双排桩排列方式对比分析

针对双排抗滑桩排列方式的设置分析，通过控制变量的方式固定抗滑桩的长度及间距，长度选为20 m，间距中列间距选为4 m，排间距选取5 m，将双排抗滑桩排列方式设置为交叉排列及并列排列两种方案，具体设置方式示意见图3。

图3 抗滑桩布设方案

通过数值分析导出不同抗滑桩排列方式设置下边坡的塑性变形见图4。

图4 抗滑桩位置对边坡位移影响

导出双排抗滑桩不同排列方式下边坡塑性变形最大值及边坡安全系数，见表3。

表3 抗滑桩位置对边坡安全系数影响

从表3可以看到：（1）双排抗滑桩交叉布设下边坡的塑性变形最大值为3.46×10-2，相比并列双排布设下边坡塑性变形最大值4.91×10-2减小了1.45×10-2，交叉双排布设对控制边坡滑坡面的变形效果更好。（2）从边坡安全系数上看，交叉双排布设下边坡安全系数为1.3，并列双排布设下安全系数只有1.24。（3）从两个角度分析可以得到，双排抗滑桩支护时交叉双排布设对边坡支护的加固效果强于并列双排布设方式。

3.2 双排桩间距优化分析

3.2.1 列间距

针对双排抗滑桩列间距优化分析，通过控制变量的方式固定抗滑桩布设方式及排间距，选取交叉布设，排间距取5 m，模拟四种抗滑桩列间距工况，工况分别为3 m、4 m、5 m、6 m，见图5。

图5 抗滑桩列间距方案

通过数值分析导出不同抗滑桩列间距下边坡的塑性变形以及安全系数，绘制折线图，见图6、图7。

图6 边坡塑性变形图（列间距：6 m）

图7 边坡最大塑性变形及安全系数变化

从图7可以看到：（1）随着双排抗滑桩的列间距的增大，边坡的最大塑性变形值也不断增大，且增大的趋势进一步扩大，边坡安全系数在不断减小，且减小趋势在不断扩大。（2）随着抗滑桩列间距的增大，边坡的失稳风险在进一步增高。列间距从3 m增大到 4 m的过程中，边坡最大塑性变形值从3.28×10-2增大至3.46×10-2，边坡安全系数从1.33减小至1.30，边坡整体稳定性依然较好，进一步扩大抗滑桩列间距失稳风险迅速增大，因此，双排抗滑桩列间距选4 m为最优。

3.2.2 排间距

针对双排抗滑桩排间距优化分析，通过控制变量的方式固定抗滑桩布设方式及列间距，选取交叉布设，列间距取4 m，模拟四种抗滑桩排间距工况，工况分别为5.0 m、12.5 m、20.0 m、27.5 m，见图8。

图8 抗滑桩排间距方案/m

通过数值分析导出不同抗滑桩排间距下边坡的塑性变形以及安全系数，绘制折线图见图9、图10。

图9 边坡塑性变形图（排间距：12.5 m）

从图10可以看到，随着双排抗滑桩排间距的增大，边坡的最大塑性变形值呈现先减小后增大的整体趋势，而边坡的安全系数则相反，为先增大后减（下小的趋势；而且在排间距从5 m增大至20 m的过程中，边坡最大塑性变形值的增大幅度以及边坡安全系数的减小幅度不断增大，而排间距再增大至27.5 m后边坡整体稳定性有所降低。因此，适当增大双排抗滑桩的排间距有利于边坡稳定性，但并不代表抗滑桩排间距越大越好，依据边坡变形以及安全系数角度，双排抗滑桩排间距选20 m最优。

图10 边坡最大塑性变形及安全系数变化

4 结语

（1）双排抗滑桩支护时，交叉双排布设对边坡支护的加固效果强于并列双排布设方式。（2）随着双排抗滑桩的列间距增大，边坡最大塑性变形值不断增大，但边坡安全系数整体变化趋势则相反，因此，从边坡变形及整体稳定性角度考虑，双排抗滑桩列间距选4 m最优。（3）随着双排抗滑桩的排间距增大，边坡最大塑性变形值呈现先减小后增大的趋势，而边坡的安全系数则相反。因此，适当增大双排抗滑桩的排间距有利于边坡稳定性，但并非越大越好，从边坡变形以及整体稳定性角度考虑，双排抗滑桩排间距选20 m为最优。